JP2010219588A - Array antenna - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve an array antenna in which a grating lobe level is equal to or lower than that in executing full element power feed, even if executing thinning power feed in which about the half of antenna elements are parasitic elements. <P>SOLUTION: Sub-array substrates each have a structure in which points of intersection between four lines parallel to adjacent sides segmenting one side at proportion of 1, 2, 2, 2, 1 from an end on a rectangular substrate consisting of two equilateral triangles having one side of ≤4/√3 times used wavelength and four lines parallel to adjacent one side segmenting the adjacent side at proportion of 1, 2, 2, 2, 1 from the end are assumed, two parasitic elements are continuously disposed on two points of intersection from the end out of four points of intersection on one line, two feeding elements are then continuously disposed, and in the points of intersection of the adjacent lines, feeding and parasitic elements are reversely arranged. The plurality of sub-array substrates are juxtaposed in plane so that elements along the side can be deviated by half a pitch to form a hexagon as a whole. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、多数のアンテナ素子が平面上に配列され、個々のアンテナ素子に対する振幅と位相を制御することにより放射ビームの指向方向を制御するフェーズドアレーアンテナの技術分野に属する。   The present invention belongs to the technical field of a phased array antenna in which a large number of antenna elements are arranged on a plane and the directivity direction of a radiation beam is controlled by controlling the amplitude and phase with respect to the individual antenna elements.

フェーズドアレーアンテナは、ビーム走査時に所望の方向ではない方向に出るグレーティングローブと呼ばれるサイドローブが出ないようにするために、給電アンテナ素子の間隔を使用波長の2分の1以下にして多数のアンテナ素子を配列している。
また、フェーズドアレーアンテナは、上述のようにアンテナ素子単位で、振幅と位相を制御するためにアンテナ素子毎に増幅器と移相器が設けられるので、アンテナ素子数の多いフェーズドアレーアンテナでは、増幅器および移相器の数も多数となり給電系統も含めて複雑で大型のものとなる。
The phased array antenna has a large number of antennas in which the distance between the feeding antenna elements is less than one half of the wavelength used in order to prevent a side lobe called a grating lobe that goes out of a desired direction during beam scanning. Elements are arranged.
In addition, since the phased array antenna is provided with an amplifier and a phase shifter for each antenna element in order to control the amplitude and phase in units of antenna elements as described above, in a phased array antenna having a large number of antenna elements, The number of phase shifters will be large, and the power supply system will be complicated and large.

そこで、増幅器と移相器の数を減らすために、アンテナ素子の総数のうち例えば約半数のアンテナ素子は給電受電を行わず、従って増幅器も移相器も設けないいわゆる無給電素子とし、増幅器と移相器に接続されているいわゆる給電素子と無給電素子とが交互配置になるようにした間引き給電方式が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。
ところが、単純に間引きした給電では給電素子と給電素子の間に無給電素子が入ることになるため給電素子間の間隔が使用波長の2分の1より大きくなってしまい、グレーティングローブが発生するという問題がある。
Therefore, in order to reduce the number of amplifiers and phase shifters, for example, about half of the total number of antenna elements do not receive power, and thus are so-called parasitic elements that do not include amplifiers or phase shifters. A thinning power feeding method in which so-called feeding elements and parasitic elements connected to a phase shifter are alternately arranged has been proposed (for example, see Non-Patent Document 1).
However, in the case of power supply that is simply thinned out, a parasitic element is inserted between the power supply element and the power supply element, so that the interval between the power supply elements becomes larger than a half of the used wavelength, and a grating lobe is generated. There's a problem.

例えば図8のように、アンテナ素子間隔を2分の1波長以下の定間隔で、輪郭が六角形になるように配列したものを横方向の列で1列置きに白丸で示すように無給電素子とした場合について、Y方向の各列位置に対する給電素子の数をプロットして行くと図9のようになる。これを励振分布と呼んでいる。
励振分布が図9のように給電素子列の間隔である2分1波長以上の周期で山谷(増減)が存在する場合の、YZ(Zはアレー平面に垂直な方向)断面における指向性をシミュレーションすると図7の(b)に示されるように−10deg 付近に約25dBiのピークのグレーティングローブを生ずる。
そこで、グレーティングローブを抑圧することができるアレーアンテナとして、以下のようなものが提案されている。
For example, as shown in FIG. 8, antenna elements are arranged at regular intervals of a half wavelength or less and the outlines are arranged in a hexagonal shape. FIG. 9 shows a plot of the number of power feeding elements with respect to each column position in the Y direction for the case of elements. This is called an excitation distribution.
Simulate the directivity in the YZ (Z is the direction perpendicular to the array plane) cross section when the excitation distribution exists in a period of more than one-half wavelength that is the interval between the feed element arrays as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 7B, a grating lobe having a peak of about 25 dBi is generated around -10 deg.
Therefore, the following antennas that can suppress grating lobes have been proposed.

第1のグレーティングローブ抑圧アレーアンテナは、図10に示すものであり、複数のサブアレーアンテナ12、13を設け、各サブアレーアンテナ12、13は複数の素子アンテナ14から構成されているアレーアンテナ11であって、前記複数のサブアレーアンテナ12、13は、それぞれの平面形状がペンローズタイルと同じであり、平面上に非周期に配列され、前記サブアレーアンテナ12、13内において、前記素子アンテナ14の中心位置を中心とする円が互いに接し、かつ前記円が前記ペンローズタイルの外形に接するように、前記複数の素子アンテナ14が配列されているというものである(例えば、特許文献1参照)。   The first grating lobe suppression array antenna is shown in FIG. 10, and a plurality of subarray antennas 12 and 13 are provided. Each subarray antenna 12 and 13 is an array antenna 11 composed of a plurality of element antennas 14. The plurality of subarray antennas 12 and 13 have the same planar shape as the Penrose tile and are aperiodically arranged on the plane, and the center position of the element antenna 14 is set in the subarray antennas 12 and 13. The plurality of element antennas 14 are arranged so that the center circles are in contact with each other and the circle is in contact with the outer shape of the Penrose tile (see, for example, Patent Document 1).

第2のグレーティングローブ抑圧アレーアンテナは、図11に示すものであり、複数の素子アンテナ16が所定間隔sごとに一列に配列されたサブアレー部17を複数備えている。このサブアレー部17が平行に並べられて開口を構成している。サブアレー部17は、それぞれ少なくとも1つのアンテナモジュール18から構成されている。アンテナモジュール18は、例えば4個の素子アンテナ16を有し、アンテナモジュール18の個数を調整することにより、開口形状が決定されている。サブアレー部17は、一部その素子アンテナ16が配列された方向に沿ってずらして、その直角方向から視た素子アンテナ16の個数が開口形状の中心から両側に向かって順に所定間隔sごと少なくなっているというものである(例えば、特許文献2参照)。   The second grating lobe suppression array antenna is shown in FIG. 11, and includes a plurality of subarray units 17 in which a plurality of element antennas 16 are arranged in a line at predetermined intervals s. The subarray portions 17 are arranged in parallel to form an opening. Each subarray unit 17 is composed of at least one antenna module 18. The antenna module 18 includes, for example, four element antennas 16, and the opening shape is determined by adjusting the number of antenna modules 18. The subarray portion 17 is partially shifted along the direction in which the element antennas 16 are arranged, and the number of the element antennas 16 viewed from the right angle direction decreases from the center of the opening shape toward both sides by a predetermined interval s. (For example, refer to Patent Document 2).

第3のグレーティングローブ抑圧アレーアンテナは、アンテナの使用状況に応じて、消費電力や発熱量を抑制したい場合に、アレーに対する間引き給電を行うものであるが、給電を間引くだけでは給電素子間の間隔が広くなるが、その間隔でもグレーティングローブが発生しないように、使用波長を長くするため、周波数を低くすることができるように、間引き査定する場合には、周波数選択と励振モジュール選択ができるようになっているというものである(例えば、特許文献3参照)。   The third grating lobe suppression array antenna performs thinning power feeding to the array when it is desired to suppress power consumption and heat generation according to the usage status of the antenna. However, in order to reduce the frequency so that the grating can be used so that the grating lobe does not occur even in the interval, the frequency can be lowered so that frequency selection and excitation module selection can be performed. (For example, refer to Patent Document 3).

特開2008−66936号公報(段落[0009]〜[0018]、図1)JP 2008-66936 A (paragraphs [0009] to [0018], FIG. 1) 特開2003−318647号公報(段落[0017]、図1)JP 2003-318647 A (paragraph [0017], FIG. 1) 特開2005−269569号公報(段落[0009]〜[0011]、図4)Japanese Patent Laying-Open No. 2005-269569 (paragraphs [0009] to [0011], FIG. 4)

Tadashi TAKANO他2名、「Simplification of anArray Antenna by Reducing the Fed Elements 」、IEICETRANS.COMMUN.、The Institute of Electronics,Informationand Communication Engineers、NO.9 SEPTEMBER 2005 、VOL.E88-B P.3811-3814Tadashi TAKANO and two others, "Simplification of an Array Antenna by Reducing the Fed Elements", IEICETRANS.COMMUN., The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, NO.9 SEPTEMBER 2005, VOL.E88-B P.3811-3814

前記背景技術における第1のグレーティングローブ抑圧アレーアンテナは、サブアレーの基本形状は2種類であるが、サブアレー内にアンテナ素子を配置する際にその偏波方向を各サブアレー毎にそのサブアレーが配置される角度に合わせて変える必要があるため、サブアレーの種類が非常に多くなってしまうという問題がある。   The first grating lobe suppression array antenna in the background art has two types of basic shapes of subarrays, but when the antenna elements are arranged in the subarrays, the subarrays are arranged for each subarray. Since it is necessary to change according to the angle, there is a problem that the number of types of subarrays becomes very large.

前記第2のグレーティングローブ抑圧アンテナは、アンテナ素子を配列した平面内における1つの方向の垂直面におけるグレーティングローブが発生しないようにはできるが、その方向と直交する方向の垂直面においてはグレーティングローブを抑圧できないという問題がある。   The second grating lobe suppression antenna can prevent a grating lobe from occurring in a vertical plane in one direction within a plane in which antenna elements are arranged, but has a grating lobe in a vertical plane perpendicular to that direction. There is a problem that it cannot be suppressed.

第3のグレーティングローブ抑圧アンテナでは、周波数によって励振モジュールの数が増減するので、アンテナ利得が変動するという問題がある。   The third grating lobe suppression antenna has a problem that the antenna gain fluctuates because the number of excitation modules increases or decreases depending on the frequency.

本発明の課題は、上記従来技術の問題点に鑑みて、周波数を変えることなく、励振素子(給電素子)の数も変えることなくアンテナ素子総数の2分の1とし、アレー平面上総ての方位の垂直断面におけるグレーティングローブを抑圧できるフェーズドアレーアンテナを実現することにある。   In view of the above-described problems of the prior art, the object of the present invention is to reduce the frequency to one half of the total number of antenna elements without changing the number of excitation elements (feeding elements), It is to realize a phased array antenna capable of suppressing a grating lobe in a vertical cross section.

上記課題のように、アレーの平面上の方位で全方位を走査するフェーズドアレーアンテナにおいて、アレー面の中心を通る垂直面内の指向性にグレーティングローブが発生しないようにするには、アレー面と垂直面の交線をY軸とし、Y軸上の位置における、Y軸と直交する線上に存在する給電素子の数の分布に使用波長の2分の1以上の周期で谷が存在せず、Y軸の中心(0)で最も多くY軸上の距離が+方向、−方向それぞれで単調に減少するか階段状に減少するように配置されていることが必要である。
このような配置にすることにより、アンテナ素子の総数の半数が無給電素子であってもグレーティングローブの発生を避けることができる。
As described above, in a phased array antenna that scans all directions in the plane of the array, in order to prevent grating lobes from being generated in the directivity in the vertical plane passing through the center of the array plane, The intersecting line of the vertical plane is the Y axis, and there is no valley in the distribution of the number of feeding elements existing on the line orthogonal to the Y axis at a position on the Y axis with a period of one-half or more of the wavelength used, It is necessary that the distance on the Y-axis is the largest at the center (0) of the Y-axis and that the distance decreases monotonously or stepwise in each of the + direction and the − direction.
With such an arrangement, generation of grating lobes can be avoided even if half of the total number of antenna elements is a parasitic element.

本発明は、上記の課題を達成するために、以下のような構成を有する。
即ち、角々の内角が60度、120度、60度、120度で、1辺の長さdが使用波長の√3分の4倍以下の長さの4等辺の菱形基板の面上に一辺から隣接辺上の距離でd/8、d/4、d/4、d/4の間隔を置いて前記1辺に平行な4本の線と、隣接辺から一辺上の距離で同じくd/8、d/4、d/4、d/4の間隔を置いて前記隣接辺と平行な4本の線とが交叉する交叉線を仮想し、1本の線上の4つの交点のうち端から2つの交点に無給電素子を2個続けて配置し、続いて給電素子を2つ続けて配置し、隣りの線上の4つの交点には同じ側の端から2つの交点に給電素子を続けて配置し、続いて無給電素子を2つ続けて配置し、合計16の交点に給電素子8個、無給電素子8個が配置されたサブアレー基板の60度の角の先端をカットしたものを複数個その菱形辺を接して各辺に沿うアンテナ素子列同士が互いに半ピッチだけずれるようにして平面的に並べて全体で六角形としたことを特徴とするアレーアンテナである。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention has the following configuration.
That is, the inner angles of the corners are 60 degrees, 120 degrees, 60 degrees, and 120 degrees, and the length d of one side is one side on the surface of the rhomboid substrate of the four equilateral sides whose length is less than or equal to 4/3 times the wavelength used. Four lines parallel to the one side with a distance of d / 8, d / 4, d / 4, d / 4 at a distance on the adjacent side from the same, and d / Virtually intersecting lines intersecting four lines parallel to the adjacent side at intervals of 8, d / 4, d / 4, d / 4, and from the end of the four intersecting points on one line Two parasitic elements are arranged in succession at two intersections, then two feeding elements are arranged in succession, and at the four intersections on the adjacent line, the feeding elements are continued from the end on the same side to the two intersections. Next, two parasitic elements are arranged in succession, and the tips of the corners of 60 degrees of the subarray substrate on which eight feeder elements and eight parasitic elements are arranged at a total of 16 intersections are arranged. Is an array antenna, characterized in that the antenna element arrays each other along what was collected against a plurality thereof rhombus sides on each side has a hexagonal throughout arranged as shifted by half a pitch in a plane with one another.

図1の(a)は、前記課題解決手段に言うサブアレー基板である。
基板の基本形状は、カット部分4を含めて左上と右下の角の内角が60度、左下と右上の角の内角が120度、4辺の長さがdの4等辺菱形である。
dは使用波長λの4/√3以下である。丸はアンテナ素子であり、黒丸が給電素子2、白丸が無給電素子3である。その配置位置は、図示の間隔で縦方向と横方向に仮想された4本ずつの仮想線の交点上にある。
従って、隣接する3個のアンテナ素子は1辺をd/4とする正三角形の3つの頂点の位置にあることになる。
FIG. 1A shows a subarray substrate referred to in the problem solving means.
The basic shape of the substrate is a quadrilateral rhombus with an inner angle of the upper left and lower right corners including the cut portion 4 of 60 degrees, an inner angle of the lower left and upper right corners of 120 degrees, and a side length of d.
d is 4 / √3 or less of the operating wavelength λ. A circle is an antenna element, a black circle is a feeding element 2, and a white circle is a parasitic element 3. The arrangement position is on the intersection of four imaginary lines virtually imaginary in the vertical and horizontal directions at the intervals shown.
Therefore, the three adjacent antenna elements are at the positions of the three vertices of an equilateral triangle having one side of d / 4.

今、(a)のアンテナ素子の配列を列の構成として捉えると主たる列は(b)のように3通り考えられる。
そして、これらの列の間隔を見てみると(b)に示すように前記正三角形の高さhに等しいことが分かる。
ところで、前記正三角形の1辺は前述のようにd/4であり、正三角形の高さは、その√3/2であるから√3d/8となる。
Now, if the array of antenna elements in (a) is regarded as a column structure, there are three main columns as shown in (b).
Then, looking at the interval between these rows, it can be seen that it is equal to the height h of the equilateral triangle as shown in (b).
By the way, one side of the equilateral triangle is d / 4 as described above, and the height of the equilateral triangle is √3 / 2, so it becomes √3d / 8.

ところがdは前述のように、使用波長λの4/√3以下であるから結局、正三角形の高さ即ち、アンテナ素子列の間隔はλ/2以下となり、グレーティングローブを抑圧する間隔であることになる。   However, since d is 4 / √3 or less of the used wavelength λ as described above, the height of the equilateral triangle, that is, the interval between the antenna element arrays is λ / 2 or less, and is an interval for suppressing the grating lobe. become.

次に、(b)の各方向の列についての給電素子の数を見てみれば、b−1では各列とも2である。b−2も各列2である。b−3では左側の列から1、1、1、2、1、1、1となっている。
このようなサブアレー基板1を、複数個その菱形辺を接して、接し合う辺に沿うアンテナ素子列同士が半ピッチだけずれるようにして六角形を形成し、その六角形の1辺と平行な方向を列の方向として当該1辺から1列ずつの給電素子の数を見ていくと、1列進む毎にアンテナ素子が1個増加する。この増加したアンテナ素子が給電素子であれば、給電素子の数が1つ増加ということになるし、増加したアンテナ素子が無給電素子であれば、その列の給電素子の数は前の列と同じということになる。
Next, when looking at the number of power feeding elements for the columns in each direction of (b), b-1 is 2 in each column. b-2 is also each row 2. In b-3, the numbers are 1, 1, 1, 2, 1, 1, 1 from the left column.
A plurality of such sub-array substrates 1 are in contact with their rhombus sides, and a hexagon is formed so that the antenna element arrays along the contact sides are shifted by a half pitch, and a direction parallel to one side of the hexagon When the number of feeding elements for each column from the one side is viewed, the number of antenna elements increases by one for each column. If this increased antenna element is a feeding element, the number of feeding elements is increased by one. If the increased antenna element is a parasitic element, the number of feeding elements in that column is the same as the previous column. Same thing.

このように、六角形の一辺から最大幅迄の間の列の給電素子の数は、列が1つ進んだ場合に、同じか1つ増えるということで減少することはない。
即ち、列を進んで行く途中で給電素子数の谷がないということである。
最大幅の列に達した後は、前記スタートの一辺と対向する辺まで列が進むにつれて列における給電素子の数は前の列と同じか、1つ減少するという変化を示し、給電素子数の谷がないということになる。
このように各列の位置とその列の給電素子の数を、前者を横軸とし後者を縦軸としてプロットしたものを励振分布と呼んでいる。
Thus, the number of feeding elements in a row between one side of the hexagon and the maximum width does not decrease by the same or one increase when the row advances by one.
That is, there is no trough of the number of feeding elements on the way through the row.
After reaching the maximum width column, the number of feeding elements in the column is the same as the previous column or decreases by one as the column progresses to the side opposite to the one side of the start. It means that there is no valley.
A plot of the position of each column and the number of feeding elements in that column with the former as the horizontal axis and the latter as the vertical axis is called an excitation distribution.

以上のことは、六角形の最初に着目した辺とその対向辺との間だけではなく、着目した辺の左隣接辺とその対向辺との間、および右隣接辺とその対向辺との間でも全く同様である。
その理由は、六角形が図1のような菱形のサブアレー基板だけの組合せだけでできているからで、このことは、その六角形を120度回転させた場合も240度回転させた場合も、給電素子、無給電素子の配列が最初と全く同じ配列になるからである。
また、列の間隔も前述のように使用波長の2分の1以下である。
The above is not only between the first focused side of the hexagon and its opposite side, but also between the left adjacent side of the focused side and its opposite side, and between the right adjacent side and its opposite side. But it is exactly the same.
The reason is that the hexagon is made of only a combination of diamond-shaped sub-array substrates as shown in FIG. 1. This means that the hexagon is rotated 120 degrees or 240 degrees. This is because the arrangement of the feeding element and the parasitic element is exactly the same as the first.
In addition, the column spacing is also less than or equal to half the wavelength used as described above.

かくして、図1に示すサブアレー基板を並べて形成した六角形のアレーアンテナは、その中心を通り、対向する2辺に垂直で中心に対して120度ずつ向きの異なる3つの面内の指向性においてグレーティングローブが抑圧されるという効果を有する。   Thus, the hexagonal array antenna formed by arranging the sub-array substrates shown in FIG. 1 is a grating in three in-plane directivities that pass through the center, are perpendicular to the two opposite sides, and have different directions by 120 degrees with respect to the center. The effect is that the lobes are suppressed.

更に、以上の中間の角度、例えば六角形の1つの角とそれに対向する角を結ぶ線に直角の方向を列の方向として見た場合は列の間隔がd/8となり、dは前述のように、
4λ/√3以下であるから、列間隔はλ/2√3となりλ/2より充分に小さいから、列毎の給電素子の数の変化にかかわらずグレーティングローブは抑圧される。
Furthermore, when the direction perpendicular to the intermediate angle, for example, a line connecting one corner of the hexagon and the opposite corner is viewed as the column direction, the column spacing is d / 8, where d is as described above. In addition,
Since it is 4λ / √3 or less, the column spacing is λ / 2√3, which is sufficiently smaller than λ / 2, so that the grating lobe is suppressed regardless of the change in the number of feed elements for each column.

更にその間の角度では更に、列間隔が小さくなるので、上記と同様の理由によりグレーティングローブは抑圧され、結局、六角形のアレー平面の中心を通り全方位の垂直面内においてグレーティングローブが抑圧されるという効果がある。   Further, since the column spacing becomes smaller at the angle between them, the grating lobe is suppressed for the same reason as described above, and eventually the grating lobe is suppressed in the omnidirectional vertical plane through the center of the hexagonal array plane. There is an effect.

本発明のアレーアンテナを構成するサブアレー基板の平面図である。It is a top view of the subarray board | substrate which comprises the array antenna of this invention. 図1のサブアレー基板を3個用いて構成した本発明のアレーアンテナの平面図とその励振分布図である。FIG. 2 is a plan view of an array antenna of the present invention configured using three subarray substrates of FIG. 1 and its excitation distribution diagram. 図1のサブアレー基板を12個用いて構成した本発明のアレーアンテナの平面図である。It is a top view of the array antenna of this invention comprised using 12 subarray board | substrates of FIG. 図3のアレーアンテナの励振分布図である。FIG. 4 is an excitation distribution diagram of the array antenna of FIG. 3. 図1のサブアレー基板を27個用いて構成した本発明のアレーアンテナの平面図である。It is a top view of the array antenna of this invention comprised using 27 subarray board | substrates of FIG. 図5のアレーアンテナ励振分布図である。6 is an array antenna excitation distribution diagram of FIG. 5. FIG. (a)は図3のアレーアンテナの全素子を給電素子とした場合のY1方向中心垂直面指向特性のシミュレーション図である。(b)は図8のアレーアンテナのY方向垂直断面指向特性のシミュレーション図である。(c)は図3のアレーアンテナのY1方向中心垂直面指向特性のシミュレーション図である。FIG. 4A is a simulation diagram of Y1 direction center vertical plane directivity when all elements of the array antenna of FIG. FIG. 9B is a simulation diagram of the Y-direction vertical cross section directivity of the array antenna of FIG. FIG. 5C is a simulation diagram of the Y1 direction center vertical plane directivity of the array antenna of FIG. 2分の1波長以下の列間隔のアンテナ素子列の1列置きに無給電素子列とする間引き給電を行うアレーアンテナのアンテナ素子配列平面図である。It is an antenna element arrangement top view of the array antenna which performs thinning feeding which makes a parasitic element row every other antenna element row of a line interval of 1/2 wavelength or less. 図8のアンテナ素子配列におけるY方向の各列の列番を横軸に取り、縦軸に各列における給電素子数をプロットした励振分布図である。FIG. 9 is an excitation distribution diagram in which the column number of each column in the Y direction in the antenna element array of FIG. 8 is taken on the horizontal axis and the number of feed elements in each column is plotted on the vertical axis. 従来のグレーティングローブ抑圧アレーアンテナの第1の例の斜視図である。It is a perspective view of the 1st example of the conventional grating lobe suppression array antenna. 従来のグレーティングローブ抑圧アレーアンテナの第2の例のアレー平面図である。It is an array top view of the 2nd example of the conventional grating lobe suppression array antenna.

本発明のアレーアンテナは、図1に示すようなサブアレー基板を、その菱形辺を接して各辺に沿うアンテナ素子列同士が互いに半ピッチだけずれるようにして平面的に並べて六角形にして構成される。並べる数の最少は3個でこの場合は図2の(a)のようになる。次は、12個で図3のようになる。更に27個で図5のようになる。同様にしてより大きなアレーアンテナを構成することができる。   The array antenna of the present invention is formed by arranging a subarray substrate as shown in FIG. 1 in a hexagonal shape so that antenna element rows along each side are in contact with each other with a half pitch and are arranged in a plane. The The minimum number to be arranged is 3, which is as shown in FIG. Next, 12 pieces are as shown in FIG. Furthermore, 27 pieces are as shown in FIG. Similarly, a larger array antenna can be configured.

どの大きさにするかは、そのアンテナに要求されるアンテナ利得、開口面の大きさにより選択されることになる。
給電素子と無給電素子の数は、サブアレー基板において8個と8個であるので、どのような大きさのアレーアンテナについても無給電素子はアンテナ素子総数の半数ということになり、従来の技術において素子配列の1列置きに無給電素子とした場合と同様の割合になる。
従って、移相器や増幅器の数も半減できることになる。
これら移相器や増幅器はアレー基板の裏面側に給電回路網とともに設けることになる。
The size to be selected is selected depending on the antenna gain required for the antenna and the size of the aperture surface.
Since the number of feed elements and parasitic elements is 8 and 8 on the sub-array substrate, the parasitic elements are half of the total number of antenna elements for any size of array antenna. The ratio is the same as in the case where parasitic elements are used every other row of the element array.
Therefore, the number of phase shifters and amplifiers can be halved.
These phase shifters and amplifiers are provided together with the power supply network on the back side of the array substrate.

図2の(a)は3サブアレー48素子の実施例である。
(b)は、(a)の配列を3方向から見た場合の各列の給電素子数をプロットした図であり、励振分布と呼ばれる。(a)の列番Y1について見れば、目盛の数字はそこから横に引いた線が貫く素子列の番号を示す。素子列の間隔は発明の効果の項で述べたように、2分の1波長以下であり、(b)の励振分布を見ても、平坦か、単調増加か、単調減少であり谷がないので、グレーティングローブが抑圧されていることが分かる。
FIG. 2A shows an example of 48 elements of 3 subarrays.
(B) is a diagram in which the number of feed elements in each column when the arrangement of (a) is viewed from three directions is plotted, and is called an excitation distribution. Looking at the column number Y1 in (a), the number on the scale indicates the number of the element column through which a line drawn laterally penetrates. As described in the section “Effects of the Invention”, the interval between the element rows is ½ wavelength or less, and the excitation distribution in (b) is flat, monotonically increasing, or monotonically decreasing, and has no valleys. Therefore, it can be seen that the grating lobe is suppressed.

図3は12サブアレー192素子の場合の実施例である。
その励振分布は図4に示すとおりY1、Y2、Y3のいずれの方向においても谷がなく、グレーティングローブが抑圧されていることが示されている。
このアレーアンテナの中心を通るY1方向断面における指向特性をシミュレーションすると図7の(c)のようになる。これによると、グレーティングローブは−62deg 付近に約7dBiのピークを有するグレーティングローブが現れている。
FIG. 3 shows an embodiment in the case of 12 subarrays 192 elements.
As shown in FIG. 4, the excitation distribution has no valleys in any of the directions Y1, Y2, and Y3, indicating that the grating lobe is suppressed.
When directional characteristics in the Y1 cross section passing through the center of the array antenna are simulated, the result is as shown in FIG. According to this, a grating lobe having a peak of about 7 dBi appears in the vicinity of -62 deg.

図8のように、給電素子列と無給電素子列を1列置きに配列した場合の指向性は前述のように図7の(b)の通りであるからグレーティングローブのピーク値が約18dBi抑圧されていることが分かる。
因に、図3の素子配列で全素子を給電素子とした(間引き給電しない)場合の、アレー中心を通るY1方向断面の指向性をシミュレートすると、図7の(a)のようになる。
As shown in FIG. 8, the directivity when the feeding element rows and the parasitic element rows are arranged every other row is as shown in FIG. 7B, so that the peak value of the grating lobe is suppressed by about 18 dBi. You can see that.
Incidentally, when the directivity of the cross section in the Y1 direction passing through the center of the array when all the elements in the element arrangement of FIG. 3 are used as power feeding elements (no thinning power feeding), the result is as shown in FIG.

これによれば、約−67deg 付近に10dBi弱のグレーティングローブが現れている。これと、本発明実施例2の場合(図7の(c))とを較べると、(c)の方が(a)より2〜3dBi低くなっており、間引き給電をしても本発明によれば間引き給電をしない場合に較べてグレーティングローブのレベルは同等以下に抑圧されていることが分かる。   According to this, a grating lobe of less than 10 dBi appears in the vicinity of about -67 deg. When this is compared with Example 2 of the present invention ((c) in FIG. 7), (c) is 2 to 3 dB lower than (a), and even if thinned power feeding is performed, the present invention Accordingly, it can be seen that the level of the grating lobe is suppressed to the same level or less as compared with the case where no thinning power feeding is performed.

1 サブアレー基板
2 給電素子
3 無給電素子
4 カット部分
5 仮想線
11 アレーアンテナ
12 サブアレーアンテナ
13 サブアレーアンテナ
14 素子アンテナ
15 移相器
16 素子アンテナ
17 サブアレー部
18 アンテナモジュール














DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Subarray board | substrate 2 Feeding element 3 Parasitic element 4 Cut part 5 Virtual line 11 Array antenna 12 Subarray antenna 13 Subarray antenna 14 Element antenna 15 Phase shifter 16 Element antenna 17 Subarray part 18 Antenna module














Claims (1)

角々の内角が60度、120度、60度、120度で、1辺の長さdが使用波長の√3分の4倍以下の長さの4等辺の菱形基板の面上に一辺から隣接辺上の距離でd/8、d/4、d/4、d/4の間隔を置いて前記1辺に平行な4本の線と、隣接辺から一辺上の距離で同じくd/8、d/4、d/4、d/4の間隔を置いて前記隣接辺と平行な4本の線とが交叉する交叉線を仮想し、1本の線上の4つの交点のうち端から2つの交点に無給電素子を2個続けて配置し、続いて給電素子を2つ続けて配置し、隣りの線上の4つの交点には同じ側の端から2つの交点に給電素子を続けて配置し、続いて無給電素子を2つ続けて配置し、合計16の交点に給電素子8個、無給電素子8個が配置されたサブアレー基板の60度の角の先端をカットしたものを複数個その菱形辺を接して各辺に沿うアンテナ素子列同士が互いに半ピッチだけずれるようにして平面的に並べて全体で六角形としたことを特徴とするアレーアンテナ。











Adjacent from one side to the surface of a rhomboid substrate with four equal sides whose inner angles are 60 degrees, 120 degrees, 60 degrees, and 120 degrees and the length d of one side is less than 4/3 times the wavelength used. Four lines parallel to the one side at intervals of d / 8, d / 4, d / 4, and d / 4 in the distance on the side, and d / 8 in the same distance from the adjacent side, Virtually intersecting lines intersecting four lines parallel to the adjacent side at intervals of d / 4, d / 4, d / 4, and two from the end of four intersections on one line Two parasitic elements are arranged in succession at the intersection, then two feeding elements are arranged in succession, and at the four intersections on the adjacent line, feeding elements are arranged at the two intersections from the end on the same side. Then, two parasitic elements are arranged in succession, and the tip of a 60-degree corner of the sub-array substrate on which eight feeding elements and eight parasitic elements are arranged at a total of 16 intersections is cut. Array antenna, wherein a plurality that the contact of the rhombus sides antenna element arrays each other along each side and hexagonal throughout arranged in a plane so as to deviate by a half pitch from each other things.











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