JP2013179440A - Array antenna device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、衛星通信および地上通信などにおいて、複数のアンテナを用いて信号を送受信する、アレーアンテナ装置の構成に関するものである。 The present invention relates to a configuration of an array antenna apparatus that transmits and receives signals using a plurality of antennas in satellite communication and ground communication.
衛星通信等において、車両や航空機等の移動体との通信のためにアンテナを移動体に搭載する場合、積載スペース、積載重量が制限される。そのため、アンテナは、小型で、かつ軽量であることが求められる。複数のアンテナを用いて信号を送受信するアレーアンテナは、この要求を満足する手段の1つであり、従来の衛星搭載用のアレーアンテナとしては、素子アンテナにホーンアンテナを用いた構成が知られている(例えば、特許文献1参照)。 In satellite communication or the like, when an antenna is mounted on a moving body for communication with a moving body such as a vehicle or an aircraft, the loading space and the loading weight are limited. Therefore, the antenna is required to be small and lightweight. An array antenna that transmits and receives signals using a plurality of antennas is one of the means that satisfies this requirement. As a conventional satellite-mounted array antenna, a configuration using a horn antenna as an element antenna is known. (For example, refer to Patent Document 1).
また、アンテナには、直交偏波を共用とすることを求められる場合がある。これを実現するために、2つの矩形ホーンアンテナを交差させて上下に配置する方法がある(例えば、特許文献2参照)。 In addition, the antenna may be required to share orthogonal polarization. In order to realize this, there is a method in which two rectangular horn antennas are crossed and arranged vertically (see, for example, Patent Document 2).
さらに、より簡易な構成としては、基板上に一方の偏波を励振するための給電プローブを配置し、このような基板を給電プローブが直交するように2層重ねて配置する方法が提案されている(例えば、特許文献3参照)。 Furthermore, as a simpler configuration, a method has been proposed in which a feeding probe for exciting one polarized wave is arranged on a substrate, and such a substrate is arranged in two layers so that the feeding probes are orthogonal to each other. (For example, see Patent Document 3).
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献3に示されたようなアンテナを素子アンテナとして複数配置してアレーアンテナを構成する場合、全ての素子アンテナに対しトーナメント接続を行うと、給電構造が複雑化する。この結果、製造コストおよび製造工程が増大する。
However, the prior art has the following problems.
When an array antenna is configured by arranging a plurality of antennas as shown in Patent Document 3 as element antennas, if a tournament connection is made for all the element antennas, the feeding structure becomes complicated. As a result, the manufacturing cost and the manufacturing process increase.
図14は、従来技術において、x方向8素子、y方向8素子の計64素子で構成されるアレーアンテナの給電回路の例を示した模式図である。図14は、x方向の偏波に対応する構造を示している。なお、y方向の偏波の給電のためには、さらに、図14を90°回転させた構造が別途必要となる。 FIG. 14 is a schematic diagram showing an example of a feeding circuit of an array antenna composed of a total of 64 elements of 8 elements in the x direction and 8 elements in the y direction in the prior art. FIG. 14 shows a structure corresponding to the polarization in the x direction. In addition, in order to feed the polarized wave in the y direction, a structure obtained by rotating FIG. 14 by 90 ° is additionally required.
また、給電回路での損失を低減するために、この給電回路を全て導波管で構成した場合には、複雑な構造に加え、給電回路の重量、体積が増加する。この対策として、給電プローブと同一面上にストリップ線路を用いて給電回路の一部を構成し、配線をアンテナ下部に垂直に引き下ろした後に導波管で接続することが考えられる(以降、アンテナ下部に垂直に引き下ろした部分を垂直給電部と呼ぶ)。垂直給電部は、例えば、中心導体と外部導体から成る同軸線路や導波管で構成できる。 Further, in order to reduce the loss in the power feeding circuit, when the power feeding circuit is entirely composed of a waveguide, the weight and volume of the power feeding circuit increase in addition to a complicated structure. As a countermeasure, it is conceivable that a part of the feeder circuit is configured using a strip line on the same plane as the feeder probe, and the wiring is pulled down to the lower part of the antenna and then connected by a waveguide (hereinafter referred to as the antenna lower part). The part pulled down vertically is called the vertical feeding part). The vertical power feeding unit can be constituted by, for example, a coaxial line or a waveguide composed of a center conductor and an outer conductor.
図15は、素子アンテナ4素子分をサブアレーの単位とし、これら4素子に対して、従来のストリップ線路を用いた構成例を示した分解斜視図である。本アレーアンテナは、第1のキャビティ部1、第1の励振回路10、第2の励振回路20、および第2のキャビティ部30から構成される。
FIG. 15 is an exploded perspective view showing a configuration example in which a conventional strip line is used for these four elements with four element antennas as sub-array units. The array antenna includes a
第1のキャビティ部1の底部は、閉じられている。第1の励振回路10は、第1の偏波を励振する。第2の励振回路20は、第2の偏波を励振する。第2のキャビティ部30は、貫通孔を有する。
The bottom of the
第1の励振回路10は、第1の給電プローブ11、第1の伝送線路12を有する。第1の給電プローブ11は、1対の素子により構成されている。1対の素子は、誘電体基板14内に素子アンテナ毎に互いに逆相で給電される。第1の伝送線路12は、サブアレーを構成する素子アンテナの第1の給電プローブ11に信号を分配する。
The
第1の伝送線路12がストリップ線路となるように、誘電体基板14の上下には、第1のキャビティ部1の開口部と同じ形状の貫通孔を有するグランド層15、16が配置される。
同様に、第2の励振回路20は、第2の給電プローブ21、第2の伝送線路22を有する。第2の給電プローブ21は、1対の素子により構成されている。1対の素子は、誘電体基板24内に素子アンテナ毎に互いに逆相で給電される。第2の伝送線路22は、サブアレーを構成する素子アンテナの第2の給電プローブ21に信号を分配する。
Similarly, the
第2の伝送線路22がストリップ線路となるように、誘電体基板24の上下には、第1のキャビティ部1の開口部と同じ形状の貫通孔を有するグランド層25、15が配置される。
したがって、グランド層15は、第1の励振回路10と第2の励振回路20との両方のグランドの役割を果たす。また、第2の励振回路20は、第1の給電プローブ11が励振する偏波と第2の給電プローブ21が励振する偏波とが直交するよう、第1の励振回路10と90°配置が回転した構造を有している。
Accordingly, the
第1の垂直給電部13は、第1の伝送線路12へ給電し、グランド層16、第1のキャビティ部1を貫通し、アンテナ下部へ至る。第2の垂直給電部23は、第1の伝送線路22へ給電し、グランド層15、第1の励振回路10、グランド層16、第1のキャビティ部1を貫通し、アンテナ下部へ至る。
The first
図15に示した4素子からなる構成をサブアレーとして、これを複数配置した場合の、垂直給電部以降の接続は、図14と同じ方法で、例えば導波管による接続を行うことにより、導波管の分岐数が低減され、構成が簡単になる。 When a plurality of subarrays having the four-element configuration shown in FIG. 15 are arranged, the connections after the vertical feeding section are guided by the same method as in FIG. The number of branches of the tube is reduced and the configuration is simplified.
図16は、図15における第2の励振回路20のx−y平面を示した模式図である。なお、図16に示されているa、b、cについては、後述する。第2の給電プローブ21は、第1のキャビティ部1の開口部の上部に位置している。
FIG. 16 is a schematic diagram showing the xy plane of the
また、第2の伝送線路22は、第1のキャビティ部1の開口部以外の位置に配置される。すなわち、第2の伝送線路22は、上下にグランド層25、15の金属が存在する位置に配置され、ストリップ線路を形成する。
Further, the
図16では、第2の伝送線路22において、対向する第2の給電プローブ21が逆相となるように線路長を定め、素子アンテナ間は、同相となるように配線を設計した例を示している。
FIG. 16 shows an example in which, in the
図15に示したように、第1の給電プローブ11および第1の伝送線路12は、第1の励振回路10の内部のx−y平面上に形成される。また、第2の給電プローブ21および第2の伝送線路22は、第2の励振回路20の内部のx−y平面上に形成される。そのため、これら2つの励振回路における物理的な干渉は、発生しない。
As shown in FIG. 15, the
一方、第1の垂直給電部13および第2の垂直給電部23は、−z方向に延在しているため、同じx−y平面上に共存することとなり、図16は、このような状態を示している。すなわち、第1の垂直給電部13と第2の垂直給電部23は、x−y平面上で近接していることが分かる。そのため、第1の垂直給電部13と第2の垂直給電部23が物理的、あるいは電気的に干渉しないように素子アンテナを配置するためには、従来よりも素子アンテナ間隔を広げなければならない。
On the other hand, since the first vertical
結果として、アレーアンテナの放射パターンが劣化してしまう。特に、素子アンテナ間隔が1波長を超える場合には、放射パターンにグレーティングローブが生じ、不要な方向へ電波が放射されてしまう。 As a result, the radiation pattern of the array antenna is deteriorated. In particular, when the element antenna interval exceeds one wavelength, a grating lobe occurs in the radiation pattern, and radio waves are radiated in an unnecessary direction.
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、従来のアレーアンテナ装置と比較して、簡易な給電構成で、かつ放射パターンにおいては、グレーティングローブを低減あるいは解消することができるアレーアンテナ装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and reduces or eliminates a grating lobe with a simple power supply configuration and a radiation pattern as compared with a conventional array antenna apparatus. An object of the present invention is to obtain an array antenna apparatus capable of
本発明に係るアレーアンテナ装置は、第1の偏波の電波を放射する第1の励振回路と、
第1の偏波を直交する第2の偏波の電波を放射する第2の励振回路とを備えた複数の素子アンテナを2つ以上の素子アンテナからなる第1の組ごとにグループ化することで、第1の偏波に対する第1のサブアレーを構成し、第1のサブアレーを構成している素子アンテナのうち、少なくとも1つの素子アンテナを含み、かつ第1の組とは、組み合わせが異なるように、複数の素子アンテナを2つ以上の素子アンテナからなる第2の組ごとにグループ化することで、第2の偏波に対する第2のサブアレーを構成し、第1のサブアレーと第2のサブアレーとをそれぞれ1または複数配置することでアレーアンテナを構成したものである。
An array antenna apparatus according to the present invention includes a first excitation circuit that radiates radio waves of a first polarization,
Grouping a plurality of element antennas each having a second excitation circuit that radiates radio waves of a second polarization orthogonal to the first polarization into a first set of two or more element antennas. Thus, the first sub-array for the first polarization is configured, and at least one element antenna is included among the element antennas configuring the first sub-array, and the combination is different from the first set. In addition, by grouping a plurality of element antennas into a second set of two or more element antennas, a second subarray for the second polarization is formed, and the first subarray and the second subarray are formed. Are arranged to form an array antenna.
本発明に係るアレーアンテナ装置によれば、第1の励振回路内に構成される第1のアブアレーと、第2の励振回路内に構成される第2のアブアレーとを、同一のアンテナ素子群で構成されないようにグループ化することにより、従来のアレーアンテナ装置と比較して、簡易な給電構成で、かつ放射パターンにおいては、グレーティングローブを低減あるいは解消することができるアレーアンテナ装置を得ることができる。 According to the array antenna device of the present invention, the first antenna array configured in the first excitation circuit and the second array array configured in the second excitation circuit are formed by the same antenna element group. By grouping so as not to be configured, it is possible to obtain an array antenna apparatus that can reduce or eliminate grating lobes with a simple power supply configuration and a radiation pattern as compared with a conventional array antenna apparatus. .
以下、本発明のアレーアンテナ装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of an array antenna apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1におけるアレーアンテナ装置全体の外観を示した分解斜視図である。本実施の形態1におけるアレーアンテナは、第1のキャビティ部1、第1の励振回路10、第2の励振回路20、および第2のキャビティ部30から構成される。
FIG. 1 is an exploded perspective view showing the appearance of the entire array antenna apparatus according to
第1のキャビティ部1の底部は、閉じられている。第1の励振回路10は、第1の偏波を励振する。第2の励振回路20は、第2の偏波を励振する。第2のキャビティ部30は、貫通孔を有する。なお、図1では、アンテナ開口部の断面形状は、四角形であるが、この例に限らず、多角形、正多角形、または、円など、様々な断面形状であってよい。また、本発明の適用可能な素子アンテナは、この例に限らず、第1の励振回路10、第2の励振回路20を有するアンテナであればよい。
The bottom of the
また、図1は、特に、素子アンテナ4素子分をサブアレーの単位とし、これら4素子に対して、ストリップ線路を用いた場合を例示している。なお、図1においては、第1の励振回路10および第2の励振回路20に関するサブアレーをそれぞれ2組例示しているが、x方向にさらに多くを配置してもよいし、y方向にさらに多くを配置してもよい。
Further, FIG. 1 particularly illustrates a case where four element antennas are used as units of subarrays, and strip lines are used for these four elements. In FIG. 1, two sets of subarrays relating to the
第1の励振回路10は、第1の給電プローブ11、第1の伝送線路12を有する。第1の給電プローブ11は、1対の素子により構成されている。1対の素子は、誘電体基板14内に素子アンテナ毎に互いに逆相で給電される。第1の伝送線路12は、第1のサブアレーを構成する素子アンテナの第1の給電プローブ11に信号を分配する。
The
第1の伝送線路12がストリップ線路となるように、誘電体基板14の上下には、第1のキャビティ部1の開口部と同じ形状の貫通孔を有するグランド層15、16が配置される。
Ground layers 15 and 16 having through holes having the same shape as the openings of the
同様に、第2の励振回路20は、第2の給電プローブ21、第2の伝送線路22を有する。第2の給電プローブ21は、1対の素子により構成されている。1対の素子は、誘電体基板24内に素子アンテナ毎に互いに逆相で給電される。第2の伝送線路22は、第2のサブアレーを構成する素子アンテナの第2の給電プローブ21に信号を分配する。
Similarly, the
第2の伝送線路22がストリップ線路となるように、誘電体基板24の上下には、第1のキャビティ部1の開口部と同じ形状の貫通孔を有するグランド層25、15が配置される。
Ground layers 25 and 15 having through holes having the same shape as the openings of the
したがって、グランド層15は、第1の励振回路10と第2の励振回路20との両方のグランドの役割を果たす。また、第2の励振回路20は、第1の給電プローブ11が励振する偏波と第2の給電プローブ21が励振する偏波とが直交するよう、第1の励振回路10と90°配置が回転した構造を有している。
Accordingly, the
第1の垂直給電部13は、第1の伝送線路12へ給電し、グランド層16、第1のキャビティ部1を貫通し、アンテナ下部へ至る。第2の垂直給電部23は、第2の伝送線路22へ給電し、グランド層15、第1の励振回路10、グランド層16、第1のキャビティ部1を貫通し、アンテナ下部へ至る。
The first
これ以降の接続は、従来と同様に、例えば導波管による接続を行うことにより、導波管の分岐数が低減され、構成が簡単になる。 For the subsequent connections, the number of branches of the waveguide is reduced and the configuration is simplified, for example, by connecting with a waveguide as in the conventional case.
ここで、本発明の技術的特徴は、第1の励振回路10において構成される第1のサブアレーと、第2の励振回路20において構成される第2のサブアレーが、従来のように同一の複数の素子アンテナで構成されるのではなく、第1のサブアレーを構成する複数の素子アンテナと、第2のサブアレーを構成する複数の素子アンテナとが、一部または全部を重複しつつ、異なる複数の素子アンテナで構成される点にある。
Here, the technical feature of the present invention is that the first sub-array configured in the
そこで、図1を用いて、本発明のこの技術的特徴について、具体的に説明する。図1の第2のキャビティ部30に記載されたカッコ内の数字は、素子アンテナの番号をx−y平面における2次元的な配列として示している。
Therefore, this technical feature of the present invention will be specifically described with reference to FIG. The numbers in parentheses described in the
第1の励振回路10において、複数の素子アンテナを2つ以上の素子アンテナからなる第1の組ごとにグループ化することによって、第1のサブアレーを構成する。すなわち、第1の励振回路10は、素子アンテナ(1,1)、(2,1)、(1,2)、(2,2)の4つからなる構成を1番目の第1のサブアレーとしている。また、それに続いて、第1の励振回路10は、素子アンテナ(3,1)、(4,1)、(3,2)、(4,2)の4つからなる構成を2番目の第1のサブアレーとしている。
In the
そして、このように決められた第1のサブアレーのそれぞれに対しては、z方向に延在する第1の垂直給電部13を介して給電される。具体的には、図1に示すように、1番目の第1のサブアレーに対する第1の垂直給電部13は、素子アンテナ(1,1)、(2,1)、(1,2)、(2,2)の4つに取り囲まれるとともに、これらの素子アンテナには接触しない位置に配置される。同様に、2番目の第1のサブアレーに対する第1の垂直給電部13は、素子アンテナ(3,1)、(4,1)、(3,2)、(4,2)の4つに取り囲まれるとともに、これらの素子アンテナには接触しない位置に配置される。
Then, power is supplied to each of the first subarrays determined in this way via the first vertical
そして、図1においては、これら第1の垂直給電部13に対応する貫通孔が、グランド層16および第1のキャビティ部1上に円で示されている。
In FIG. 1, through holes corresponding to the first vertical
一方、第2の励振回路20において、第1のサブアレーを構成している素子アンテナのうち、少なくとも1つの素子アンテナを含み、かつ第1の組とは、組み合わせが異なるように、複数の素子アンテナからなる第2の組ごとにグループ化することによって、第2のサブアレーを構成する。すなわち、第2の励振回路20は、素子アンテナ(2,1)、(3,1)、(2,2)、(3,2)の4つからなる構成を1番目の第2のサブアレーとしている。また、それに続いて、第2の励振回路20は、素子アンテナ(4,1)、(5,1)、(4,2)、(5,2)の4つからなる構成を2番目の第2のサブアレーとしている。
On the other hand, in the
そして、このように決められた第2のサブアレーのそれぞれに対しては、z方向に延在する第2の垂直給電部23を介して給電される。具体的には、図1に示すように、1番目の第2のサブアレーに対する第2の垂直給電部23は、素子アンテナ(2,1)、(3,1)、(2,2)、(3,2)の4つに取り囲まれるとともに、これらの素子アンテナには接触しない位置に配置される。同様に、2番目の第2のサブアレーに対する第2の垂直給電部23は、素子アンテナ(4,1)、(5,1)、(4,2)、(5,2)の4つに取り囲まれるとともに、これらの素子アンテナには接触しない位置に配置される。この結果、第1の垂直給電部13と第2の垂直給電部23は、複数の素子アンテナが配置された素子アンテナ間隔以上隔たった位置にそれぞれ配置されている。
Then, power is supplied to each of the second sub-arrays determined in this way via the second vertical
そして、図1においては、これら第2の垂直給電部23に対応する貫通孔が、グランド層15、16および第1のキャビティ部1上に円で示されている。
In FIG. 1, through holes corresponding to the second vertical
さらに、x軸方向に2M+1素子(Mは、1以上の整数)、y軸方向に2N素子(Nは、1以上の整数)を有するアレーアンテナの場合において、第1の励振回路10を構成する第1のサブアレーと、第2の励振回路20を構成する第2のサブアレーとを一般式で表すと以下のようになる。
Further, in the case of an array antenna having 2M + 1 elements (M is an integer of 1 or more) in the x-axis direction and 2N elements (N is an integer of 1 or more) in the y-axis direction, the
第1の励振回路10は、整数m(1≦m≦M)、整数n(1≦n≦N)に対し、(2m−1,2n−1)番目、(2m,2n−1)番目、(2m−1,2n)番目、(2m,2n)番目の4素子が第1のサブアレーとして規定され、これら4素子に取り囲まれた位置に配置された第1の垂直給電部13を介して給電される。
The
同様に、第2の励振回路20は、整数m(1≦m≦M)、整数n(1≦n≦N)に対し、(2m,2n−1)番目、(2m+1,2n−1)番目、(2m,2n)番目、(2m+1,2n)番目の4素子が第2のサブアレーとして規定され、これら4素子に取り囲まれた位置に配置された第2の垂直給電部23を介して給電される。
Similarly, the
なお、以上の説明においては、図1を用いて4つの素子により第1のサブアレーおよび第2のサブアレーが構成される場合を例示したが、本発明におけるサブアレーの構成は、4素子に限定されるものではない。すなわち、本発明の技術的特徴を換言すると、次のようになる。
(特徴1)第1の偏波の電波を放射する第1の励振回路10に対応する複数の素子アンテナを2つ以上の素子アンテナからなる第1の組ごとにグループ化して、第1の偏波に対する第1のサブアレーを構成する。
(特徴2)一方、第1のサブアレーを構成している素子アンテナのうち、少なくとも1つの素子アンテナを含み、かつ第1の組とは組み合わせが異なるように、第2の偏波の電波を放射する第2の励振回路20に対応する複数の素子アンテナからなる第2の組ごとにグループ化して、第2の偏波に対する第2のサブアレーを構成する。
(特徴3)このような構成を有する第1のサブアレーおよび第2のサブアレーをそれぞれ1または複数配置することで、第1の垂直給電部13と第2の垂直給電部23が、同一の素子の組に囲まれた位置に配置されず、かつ1素子アンテナ間隔以上隔たった位置にそれぞれ配置されている。
In the above description, the case where the first subarray and the second subarray are configured by four elements is illustrated using FIG. 1, but the configuration of the subarray in the present invention is limited to four elements. It is not a thing. In other words, the technical features of the present invention are as follows.
(Characteristic 1) A plurality of element antennas corresponding to the
(Characteristic 2) On the other hand, the second polarized radio wave is radiated so as to include at least one element antenna among the element antennas constituting the first sub-array and to have a different combination from the first group. The second sub-array for the second polarization is configured by grouping each second group of the plurality of element antennas corresponding to the
(Characteristic 3) By arranging one or a plurality of first subarrays and second subarrays each having such a configuration, the first vertical
なお、これらの特徴1〜3を具備する第1のサブアレーおよび第2のサブアレーの具体的な構成については、図2、図5、図7、図8、図9を用いて、後述する。これらの図において、実線は、第1の励振回路10の給電範囲を表す。そして、この実線で囲まれた素子アンテナからなる第1の組ごとにグループ化することによって、第1のサブアレーを構成する。また、点線は、第2の励振回路20の給電範囲を表す。そして、この点線で囲まれた素子アンテナからなる第2の組ごとにグループ化することによって、第2のサブアレーを構成する。
The specific configurations of the first subarray and the second subarray having these
図1に示した構成においては、第1のサブアレーおよび第2のサブアレーを構成するそれぞれの4素子は、2素子が共通しており、他の2素子が異なるように構成されていることとなる。 In the configuration shown in FIG. 1, each of the four elements constituting the first subarray and the second subarray has two elements in common, and the other two elements are configured differently. .
図2は、本発明の実施の形態1においてx方向に9素子、y方向に8素子を有するアレーアンテナの第1の励振回路10と第2の励振回路20の給電範囲の例1を示した模式図である。図2では、左端の素子が第2の励振回路20として使用されていない。同様に、右端の素子が第1の励振回路10として使用されていない。すなわち、第1の励振回路10と第2の励振回路20に使用される素子数が同じである。そのため、偏波間の放射パターンが理想的には、同じになる。この例では、いずれの偏波に対しても8×8の素子のアレーアンテナとして動作する。
FIG. 2 shows Example 1 of the feeding range of the
図3は、本発明の実施の形態1の図1における第1の励振回路10および第2の励振回路20のx−y平面を示した模式図である。なお、図3に示されているa、b、cについては、従来技術である図16と対比して、後述する。第1の給電プローブ11および第2の給電プローブ21は、第1のキャビティ部1の開口部の上部に位置している。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an xy plane of the
また、第1の伝送線路12および第2の伝送線路22は、第1のキャビティ部1の開口部以外の位置に配置される。すなわち、第1の伝送線路12は、上下にグランド層15、16の金属が存在する位置に配置され、第2の伝送線路22は、上下にグランド層25、15の金属が存在する位置に配置され、それぞれストリップ線路を形成する。
Further, the
図3では、第1の伝送線路12および第2の伝送線路22において、対向する第1の給電プローブ11および第2の給電プローブ21がそれぞれ逆相となるように線路長を定め、素子アンテナ間は、同相となるように配線を設計した例を示している。
In FIG. 3, in the
以上より、第1の給電プローブ11および第1の伝送線路12は、図3(a)に示すように、第1の励振回路10の内部のx−y平面上に形成される。また、第2の給電プローブ21および第2の伝送線路22は、図3(b)に示すように、第2の励振回路20の内部のx−y平面上に形成される。そのため、これら2つの励振回路における物理的な干渉は、発生しない。
As described above, the
一方、先の図1に示す通り、第1の垂直給電部13および第2の垂直給電部23は、−z方向に延びるため、同じx−y平面上に共存することとなる。しかしながら、図3から明らかなように、第1のサブアレーと第2のサブアレーの構成が異なるため、第1の垂直給電部13と第2の垂直給電部23とは、これらが取り囲まれる素子アンテナの配置が異なることで、素子アンテナの間隔が図3では、開口部1つ分程度、隔離しており、物理的に接触することはない。そのため、従来技術のように、同一の4素子で囲まれた際(図16参照)に、第1の垂直給電部13と第2の垂直給電部23とが物理的に干渉しないようにするために生じる素子アンテナの配置間隔の制限は、生じない。
On the other hand, as shown in FIG. 1, the first vertical
図1では、第2の垂直給電部23が第1の励振回路10を貫通している。しかしながら、図3から明らかなように、第2の垂直給電部23が第1の伝送線路12と接触することはなく、電気的な影響は、生じない。そのため、アレーアンテナの放射バターンの劣化を回避することができる。
In FIG. 1, the second
次に、素子アンテナ間隔および放射パターンの計算例を以下に示す。より具体的には、図3および図16におけるa、b、cについて、数値に基づいて説明する。図3において、キャビティ径aは、第1のキャビティ部1における開口部の径(以下では、第1のキャビティ部1における開口部の幅のことを開口部の径と呼ぶ)を示す。また、キャビティ間隙間bは、隣接するキャビティ部1との隙間であり、第2の伝送線路22および第2の垂直給電部23を配置し、かつ第1の垂直給電部13との物理的な干渉を回避した際に必要となる間隙値を示す。また、素子アンテナ間隔cは、キャビティ径aとキャビティ間隙間bとの和と定義する。ここでは、x方向、y方向ともに、同じ素子アンテナ間隔とする。
Next, calculation examples of the element antenna interval and the radiation pattern are shown below. More specifically, a, b, and c in FIGS. 3 and 16 will be described based on numerical values. In FIG. 3, the cavity diameter a indicates the diameter of the opening in the first cavity portion 1 (hereinafter, the width of the opening in the
キャビティ径aを0.67λ(λ:波長)とすると、キャビティ間隙間bは、0.37λであった。この結果、素子アンテナ間隔c(=a+b)は、1.04λとなる。 When the cavity diameter a was 0.67λ (λ: wavelength), the inter-cavity gap b was 0.37λ. As a result, the element antenna interval c (= a + b) is 1.04λ.
図3との比較として、図16は、先の図15に示した従来のストリップ線路を用いた励振回路の構成における第2の励振回路20のx−y平面を示した模式図である。図16において、キャビティ径a、キャビティ間隙間b、および素子アンテナ間隔cの定義は、先の図3の場合と同じである。
As a comparison with FIG. 3, FIG. 16 is a schematic diagram showing the xy plane of the
キャビティ径aを先と同じ0.67λとすると、キャビティ間隙間bは、0.44λであった。この結果、素子アンテナ間隔c(=a+b)は、1.11λとなる。ここでは、x方向、y方向ともに、同じ素子アンテナ間隔とする。 When the cavity diameter a was 0.67λ, the inter-cavity gap b was 0.44λ. As a result, the element antenna interval c (= a + b) is 1.11λ. Here, the same element antenna spacing is used in both the x and y directions.
図4は、本発明の実施の形態1におけるアレーアンテナを構成した際の放射パターンの特性例である。このアレーアンテナは、本実施の形態1における素子アンテナ間隔および従来の素子アンテナ間隔を用い、x方向8素子、y方向8素子の計64素子で構成されている。なお、x−z面の放射パターンとy−z面の放射パターンとは、同一である。図4においては、図3に対応する本実施の形態1のアレーアンテナの特性が実線で記載され、図16に対応する従来のアレーアンテナの特性が点線で記載されている。
FIG. 4 is a characteristic example of a radiation pattern when the array antenna according to
本実施の形態1および従来の素子アンテナ間隔cは、ともに1λを超えているため、いずれもグレーティングローブが生じていることが分かる。図4において、本実施の形態1における±65°付近のローブと、従来における±60°付近のローブがグレーティングローブに相当する。両者の特性を比較すると、本実施の形態1では、従来よりも素子アンテナ間隔を縮めることが可能となるため、グレーティングローブが広角側に移る。このことは、放射パターンが改善されていることを示している。 Since both the first embodiment and the conventional element antenna interval c exceed 1λ, it can be seen that a grating lobe is generated. In FIG. 4, the lobes near ± 65 ° in the first embodiment and the lobes near ± 60 ° in the prior art correspond to grating lobes. Comparing the characteristics of the two, in the first embodiment, it is possible to reduce the element antenna interval as compared with the conventional case, so that the grating lobe shifts to the wide angle side. This indicates that the radiation pattern is improved.
図5は、本発明の実施の形態1においてx方向に9素子、y方向に8素子を有するアレーアンテナの第1の励振回路10と第2の励振回路20の給電範囲の例2を示した模式図である。なお、先の図2では、左端の素子が第2の励振回路20として、同様に右端の素子が第1の励振回路10として使用されていない場合を説明した。これに対して、図5では、この左右端の素子を第1の励振回路10、第2の励振回路20として、それぞれ使用する場合を示している。
FIG. 5 shows Example 2 of the feeding range of the
すなわち、第1の励振回路10において、第1の組ごとにグループ化された結果、グループ化されず、使用されていない右端の素子アンテナは、新たに組を成し、第1の組とともに、グループ化されることによって、第1のサブアレーとして規定され使用される。また、第2の励振回路20において、第2の組ごとにグループ化された結果、グループ化されず、使用されていない左端の素子アンテナは、新たに組を成し、第2の組とともに、グループ化されることによって、第2のサブアレーとして規定され使用される。そして、垂直給電部を左右端に設置し、2分配の励振回路を端部の2つの素子アンテナに適用し、端部の素子を使用するように構成してもよい。
That is, in the
図6は、本発明の実施の形態1の図5のおける右端部の素子に対する第1の励振回路10、左端部の素子に対する第2の励振回路20の例を示した模式図である。右端部、左端部の素子は、それぞれ、図5におけるサブアレーを構成する4素子と比較して、分配数が4から2に変更される。そのこと以外の動作に関しては、4素子の場合と同様であるため、説明を省略する。
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of the
x軸方向に2M素子(Mは、2以上の整数)、y軸方向に2N素子(Nは、1以上の整数)を有するアレーアンテナの場合には、第1の励振回路10は、整数m(1≦m≦M)、整数n(1≦n≦N)に対し、(2m−1,2n−1)番目、(2m,2n−1)番目、(2m−1,2n)番目、(2m,2n)番目の4素子へ給電し、第2の励振回路20は、整数m’(1≦m’≦M−1)、整数n(1≦n≦N)に対し、(2m’,2n−1)番目、(2m’+1,2n−1)番目、(2m’,2n)番目、(2m’+1,2n)番目の4素子へ給電するように構成してもよい。
In the case of an array antenna having 2M elements (M is an integer of 2 or more) in the x-axis direction and 2N elements (N is an integer of 1 or more) in the y-axis direction, the
図7は、本発明の実施の形態1においてx方向に8素子、y方向に8素子を有するアレーアンテナの第1の励振回路10と第2の励振回路20の給電範囲の例3を示した模式図である。図7において、第1の励振回路10としては、両端の素子が使用されているが、第2の励振回路20としては、両端の素子が使用されていない。したがって、第1の励振回路10による偏波においては、8×8素子のアレーアンテナとして動作する。一方、第2の励振回路20による偏波においては、両端の素子が使用されないため、6×8素子のアレーアンテナとして動作する。
FIG. 7 shows an example 3 of the feeding range of the
なお、第2のサブアレーに含まれなかった両端の素子アンテナの組に対し、新たに、第2のサブアレーとして規定し、先の図6と同じ分配数を2とする構造を用いて給電すれば、第2の励振回路20による偏波においても8×8素子のアレーアンテナとして動作することも可能である。
If a set of element antennas at both ends not included in the second sub-array is newly defined as a second sub-array, and power is supplied using a structure with the same distribution number as 2 in FIG. Even in the polarization by the
ここまで、4素子に対してストリップ線路を用い、かつ第1の励振回路10と第2の励振回路20とをx方向にのみ1素子分ずらして配置した場合について示してきた。しかしながら、本発明は、これに限定されない。
Up to this point, the case where the strip line is used for the four elements and the
図8は、本発明の実施の形態1においてx方向に8素子、y方向に8素子を有するアレーアンテナの第1の励振回路10と第2の励振回路20の給電範囲の例4を示した模式図である。例えば、図8のように、第1の励振回路10と第2の励振回路20とをx方向、y方向ともにそれぞれ1素子分ずらして配置してもよい。
FIG. 8 shows an example 4 of the feeding range of the
また、図9は、本発明の実施の形態1においてx方向に8素子、y方向に8素子を有するアレーアンテナの第1の励振回路10と第2の励振回路20の給電範囲の例5を示した模式図である。例えば、図9のように、第1の励振回路10と第2の励振回路20とで分配する素子数が異なってもよい。図9では、第1の励振回路10で分配する素子数が、4素子であり、第2の励振回路20で分配する素子数が、8素子である場合を例示している。
FIG. 9 shows an example 5 of the feeding range of the
以上により、実施の形態1によれば、アレーアンテナに配置された第1の偏波の電波を放射する第1の励振回路に対応する複数の素子アンテナを2つ以上の素子アンテナからなる第1の組ごとにグループ化することで、第1の偏波に対する第1のサブアレーを構成している。また、第1のサブアレーを構成している素子アンテナのうち、少なくとも1つの素子アンテナを含み、かつ第1の組とは組み合わせが異なるように、第2の偏波の電波を放射する第2の励振回路に対応する複数の素子アンテナを2つ以上の素子アンテナからなる第2の組ごとにグループ化することで、第2の偏波に対する第2のサブアレーを構成している。 As described above, according to the first embodiment, the plurality of element antennas corresponding to the first excitation circuit that radiates the first polarized radio wave arranged in the array antenna is formed of two or more element antennas. The first subarray for the first polarization is configured by grouping each group. In addition, the second antenna that radiates radio waves of the second polarization so as to include at least one element antenna among the element antennas constituting the first subarray and to be different from the first set. By grouping a plurality of element antennas corresponding to the excitation circuit into second groups each including two or more element antennas, a second sub-array for the second polarization is configured.
これによって、第1の垂直給電部と第2の垂直給電部が、同一の素子の組に囲まれた位置に配置されないようにすることで、従来よりも素子アンテナ間隔が短くなり、簡易な給電構成で、かつアレーアンテナの放射パターンにおいて、グレーティングローブを低減することができるアレーアンテナ装置を得ることができる。 Thus, by preventing the first vertical power feeding unit and the second vertical power feeding unit from being arranged at a position surrounded by the same set of elements, the element antenna interval becomes shorter than in the past, and simple power feeding is possible. It is possible to obtain an array antenna apparatus having a configuration and capable of reducing grating lobes in the radiation pattern of the array antenna.
実施の形態2.
本実施の形態2では、先の実施の形態1で説明した第1の垂直給電部13および第2の垂直給電部23の配置において、特に、複数の素子アンテナ間のx軸方向に対して同一直線上に並んで配置することで、y方向のキャビティ間隙間よりもx方向のキャビティ間隙間をより狭くする場合について説明する。なお、x軸方向の代わりに、y軸方向に対して、同一直線上に配置してもよい。
Embodiment 2. FIG.
In the second embodiment, the arrangement of the first vertical
図10は、本発明の実施の形態2における第1の励振回路10および第2の励振回路20のx−y平面を示した模式図である。先の実施の形態1で示した図3との違いは、第1の垂直給電部13および第2の垂直給電部23を、+z方向から見て、同一直線上に配置することである。
FIG. 10 is a schematic diagram showing an xy plane of the
すなわち、図10において、第1の垂直給電部13が位置するy座標と第2の垂直給電部23が位置するy座標は、同一であり、第1の垂直給電部13と第2の垂直給電部23は、素子アンテナ間において、x軸に平行な同一直線上に配置されている。この結果、x軸方向は、いずれの垂直給電部13、23の干渉も受けずに素子アンテナ同士の間隔を狭めるように配置することができる。y軸方向の配置間隔は、先の実施の形態1と同様である。
That is, in FIG. 10, the y coordinate where the first vertical
次に、素子アンテナ間隔および放射パターンの計算例を以下に示す。より具体的には、図10におけるx軸方向の寸法を規定するa、b、cおよびy軸方向の寸法を規定するa’、b’、c’について、数値に基づいて説明する。図10において、キャビティ径a、a’、キャビティ間隙間b、b’、および素子アンテナ間隔c、c’の定義は、符号「’」により軸方向を区別している以外は、先の図3および図16の場合と同じである。 Next, calculation examples of the element antenna interval and the radiation pattern are shown below. More specifically, a, b, c that define the dimension in the x-axis direction and a ′, b ′, c ′ that define the dimension in the y-axis direction in FIG. 10 will be described based on numerical values. In FIG. 10, the definitions of the cavity diameters a and a ′, the gaps b and b ′ between the cavities, and the element antenna intervals c and c ′ are the same as those in FIG. This is the same as in the case of FIG.
キャビティ径aおよびa’を、先の図3および図16と同じ0.67λとすると、y方向については、先の実施の形態1と同じく、キャビティ間隙間b’は、0.37λであった。この結果、素子アンテナ間隔c’(=a’+b’)は、1.04λとなる。 Assuming that the cavity diameters a and a ′ are the same 0.67λ as in FIGS. 3 and 16, the inter-cavity gap b ′ is 0.37λ in the y direction, as in the first embodiment. . As a result, the element antenna interval c ′ (= a ′ + b ′) is 1.04λ.
一方、x方向については、キャビティ間隙間bは、0.3λであった。この結果、素子アンテナ間隔c(=a+b)は、0.97λとなる。したがって、本実施の形態2では、x方向とy方向とで素子アンテナ間隔が異なるとともに、x方向の素子アンテナ間隔を1λ未満にすることができる。 On the other hand, in the x direction, the gap b between the cavities was 0.3λ. As a result, the element antenna interval c (= a + b) is 0.97λ. Therefore, in the second embodiment, the element antenna interval is different between the x direction and the y direction, and the element antenna interval in the x direction can be less than 1λ.
図11は、本発明の実施の形態2におけるアレーアンテナを構成した際の放射パターンの特性例である。このアレーアンテナは、本実施の形態2における素子アンテナ間隔および従来の素子アンテナ間隔を用い、x方向8素子、y方向8素子の計64素子で構成されている。図11においては、図10に対応する本実施の形態2のx−z面に対応するアレーアンテナの特性が実線で記載され、本実施の形態2のy−z面に対応するアレーアンテナの特性が1点鎖線で記載され、図16に対応する従来のアレーアンテナの特性が点線で記載されている。 FIG. 11 is a characteristic example of a radiation pattern when the array antenna according to Embodiment 2 of the present invention is configured. This array antenna is composed of a total of 64 elements of 8 elements in the x direction and 8 elements in the y direction, using the element antenna interval in the second embodiment and the conventional element antenna interval. In FIG. 11, the characteristics of the array antenna corresponding to the xz plane of the second embodiment corresponding to FIG. 10 are indicated by solid lines, and the characteristics of the array antenna corresponding to the yz plane of the second embodiment are shown. Is indicated by a one-dot chain line, and the characteristics of the conventional array antenna corresponding to FIG. 16 are indicated by a dotted line.
本実施の形態2におけるy方向および従来における素子アンテナ間隔は、いずれも1λを超えているため、y方向に対応するy−z面(1点鎖線)と従来(点線)においては、いずれもグレーティングローブが生じていることが分かる。ただし、本実施の形態2と従来の両者の特性を比較すると、y−z面パターンにおいて、本実施の形態2では、y方向の素子アンテナ間隔を従来よりも縮めることが可能となるため、グレーティングローブが広角に移る。このことは、従来と比較して、本実施の形態2におけるアレーアンテナの放射パターンが改善されていることを示している。この点は、先の実施の形態1と同様である。 Since both the y-direction in the second embodiment and the conventional element antenna spacing exceed 1λ, both the yz plane (one-dot chain line) and the conventional (dotted line) corresponding to the y-direction are gratings. It can be seen that a lobe has occurred. However, comparing the characteristics of both the present embodiment 2 and the conventional one, in the yz plane pattern, the present embodiment 2 can reduce the element antenna spacing in the y direction as compared with the conventional case. The robe moves to a wide angle. This indicates that the radiation pattern of the array antenna in the second embodiment is improved as compared with the conventional case. This is the same as in the first embodiment.
一方、本実施の形態2におけるx方向の素子アンテナ間隔は、1λ未満となるため、x−z面パターンにおいては、グレーティングローブが生じないこととなる。この結果、アレーアンテナのx−z面における放射パターンが、y−z面における放射パターンよりもさらに改善されることとなる。 On the other hand, since the element antenna interval in the x direction in the second embodiment is less than 1λ, no grating lobe occurs in the xz plane pattern. As a result, the radiation pattern in the xz plane of the array antenna is further improved than the radiation pattern in the yz plane.
以上により、実施の形態2によれば、先の実施の形態1と同様にサブアレーを構成し、さらに、第1の垂直給電部および第2の垂直給電部の配置に関して、x軸方向に対して同一直線上に配置している。これによって、従来よりもx軸方向の素子アンテナ間隔が短くなり、簡易な給電構成で、かつアレーアンテナの放射パターンにおいて、グレーティングローブを低減あるいは解消することができるアレーアンテナ装置を得ることができる。特に、素子アンテナ間隔を1λ未満とすることで、グレーティングローブが生じない放射パターン特性を得ることができる。 As described above, according to the second embodiment, the subarray is configured in the same manner as in the first embodiment, and the arrangement of the first vertical power feeding unit and the second vertical power feeding unit with respect to the x-axis direction They are arranged on the same straight line. As a result, the element antenna spacing in the x-axis direction is shorter than in the prior art, and it is possible to obtain an array antenna apparatus that can reduce or eliminate grating lobes in the radiation pattern of the array antenna with a simple power supply configuration. In particular, by setting the element antenna interval to less than 1λ, it is possible to obtain a radiation pattern characteristic in which no grating lobe is generated.
実施の形態3.
本実施の形態3では、先の実施の形態1、2で説明した第1の垂直給電部13および第2の垂直給電部23の配置において、特に、素子アンテナ間の中心に配置し、さらに、アンテナ開口部(第1のキャビティ部1およびグランド層15,16,25のそれぞれの面の各点)に切り欠きを設けることで、第1の垂直給電部13と第2の垂直給電部23が配置される空間を確保し、x方向およびy方向のキャビティ間隙間をともに狭くする場合について説明する。ここで、素子アンテナ間の中心とは、垂直給電部を取り囲んでいる素子アンテナのそれぞれの位置から等距離にある位置をいう。
Embodiment 3 FIG.
In the third embodiment, in the arrangement of the first
図12は、本発明の実施の形態3における第1の励振回路10および第2の励振回路20のx−y平面を示した模式図である。先の実施の形態1で示した図3との違いは、第1の垂直給電部13および第2の垂直給電部23を、+z方向から見て、素子アンテナ間の中心に配置し、さらに、第1のキャビティ部1およびグランド層15、16、25のそれぞれの面の各点に切り欠きを設けている点である。
FIG. 12 is a schematic diagram showing an xy plane of the
このことによって、4素子によって取り囲まれる位置に、垂直給電部を配置するための空間を確保することができる。なお、この切り欠きは、グランド層15、16、25だけに設けてもよい。この結果、x軸方向、y軸方向ともに、垂直給電部の干渉を受けずに素子アンテナ間隔を狭めて配置することができる。 As a result, a space for arranging the vertical feeding portion can be secured at a position surrounded by the four elements. Note that this notch may be provided only in the ground layers 15, 16, and 25. As a result, both the x-axis direction and the y-axis direction can be arranged with the element antenna interval narrowed without receiving interference from the vertical feeding portion.
次に、素子アンテナ間隔および放射パターンの計算例を以下に示す。より具体的には、図12におけるa、b、cについて、数値に基づいて説明する。図12において、キャビティ径a、キャビティ間隙間b、および素子アンテナ間隔cの定義は、先の図3、図10、図16の場合と同じである。ここでは、x方向、y方向ともに同じ素子アンテナ間隔とする。 Next, calculation examples of the element antenna interval and the radiation pattern are shown below. More specifically, a, b, and c in FIG. 12 will be described based on numerical values. In FIG. 12, the definitions of the cavity diameter a, the inter-cavity gap b, and the element antenna interval c are the same as those in FIGS. 3, 10, and 16. Here, the element antenna spacing is the same in both the x and y directions.
キャビティ径aを、先の図3、図10、図16と同じ0.67λとすると、キャビティ間隙間bは、0.3λであった。この結果、素子アンテナ間隔c(=a+b)は、0.97λとなる。すなわち、x方向およびy方向の素子アンテナ間隔を、ともに1λ未満にすることができる。 When the cavity diameter a is 0.67λ, which is the same as in FIGS. 3, 10, and 16, the inter-cavity gap b is 0.3λ. As a result, the element antenna interval c (= a + b) is 0.97λ. That is, both the element antenna intervals in the x direction and the y direction can be less than 1λ.
図13は、本発明の実施の形態3におけるアレーアンテナを構成した際の放射パターンの特性例である。このアレーアンテナは、本実施の形態3における素子アンテナ間隔および従来の素子アンテナ間隔を用い、x方向8素子、y方向8素子の計64素子で構成されている。なお、x−z面の放射パターンとy−z面の放射パターンとは、同一である。図13においては、図12に対応する本実施の形態3のアレーアンテナの特性が実線で記載され、図16に対応する従来のアレーアンテナの特性が点線で記載されている。 FIG. 13 is a characteristic example of a radiation pattern when the array antenna according to Embodiment 3 of the present invention is configured. This array antenna is composed of a total of 64 elements of 8 elements in the x direction and 8 elements in the y direction, using the element antenna interval in the third embodiment and the conventional element antenna interval. Note that the radiation pattern on the xz plane and the radiation pattern on the yz plane are the same. In FIG. 13, the characteristics of the array antenna according to the third embodiment corresponding to FIG. 12 are indicated by solid lines, and the characteristics of the conventional array antenna corresponding to FIG. 16 are indicated by dotted lines.
本実施の形態3におけるx方向、y方向の素子アンテナ間隔は、ともに1λ未満となるため、グレーティングローブが生じていないことが分かる。 Since the element antenna intervals in the x and y directions in the third embodiment are both less than 1λ, it can be seen that no grating lobe is generated.
以上により、本実施の形態3によれば、先の実施の形態1と同様にサブアレーを構成し、さらに、第1の垂直給電部および第2の垂直給電部の配置に関して、素子アンテナ間の中心に配置し、さらに、第1のキャビティ部およびグランド層のそれぞれの面の各点に切り欠きを設けている。これによって、従来よりもx軸方向、y軸方向とも素子アンテナ間隔が短くなり、簡易な給電構成で、かつアレーアンテナの放射パターンにおいて、グレーティングローブを低減あるいは解消することができるアレーアンテナ装置を得ることができる。特に、素子アンテナ間隔を1λ未満とすることで、グレーティングローブが生じない放射パターン特性を得ることができる。 As described above, according to the third embodiment, the subarray is configured in the same manner as in the first embodiment, and the center between the element antennas is arranged with respect to the arrangement of the first vertical feeding portion and the second vertical feeding portion. Furthermore, a notch is provided at each point on each surface of the first cavity portion and the ground layer. As a result, the element antenna interval is shorter in both the x-axis direction and the y-axis direction than in the prior art, and an array antenna apparatus is obtained that can reduce or eliminate the grating lobe with a simple feeding configuration and the radiation pattern of the array antenna. be able to. In particular, by setting the element antenna interval to less than 1λ, it is possible to obtain a radiation pattern characteristic in which no grating lobe is generated.
なお、上述した発明の実施の形態1〜3では、第1のサブアレーを構成する素子アンテナの組と第2のサブアレーを構成する素子アンテナの組の組み合わせ、および、第1の垂直給電部と第2の垂直給電部を配置させる位置に関して、具体例を示しながら説明してきたが、本発明はこれらの例示に特定されるものではない。必要に応じて、第1、第2のサブアレーを構成する素子アンテナの組の組み合わせや第1、第2の垂直給電部を配置させる位置を変更することができ、同様の効果を得ることができる。 In the first to third embodiments of the present invention described above, the combination of the set of element antennas constituting the first subarray and the set of element antennas constituting the second subarray, and the first vertical feeder and the first Although the specific example has been demonstrated regarding the position which arrange | positions the 2 vertical electric power feeding part, this invention is not specified by these illustrations. If necessary, the combination of the element antennas constituting the first and second subarrays and the position where the first and second vertical feeding portions are arranged can be changed, and the same effect can be obtained. .
1 キャビティ部、10 励振回路、11 給電プローブ、12 伝送線路、13 垂直給電部、14 誘電体基板、15 グランド層、16 グランド層、20 励振回路、21 給電プローブ、22 伝送線路、23 垂直給電部、24 誘電体基板、25 グランド層、30 キャビティ部。
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記第1の偏波と直交する、第2の偏波の電波を放射する第2の励振回路と
を備えた複数の素子アンテナにより構成されたアレーアンテナ装置であって、
前記複数の素子アンテナを2つ以上の素子アンテナからなる第1の組ごとにグループ化することで、前記第1の偏波に対する第1のサブアレーを構成し、
前記第1のサブアレーを構成している素子アンテナのうち、少なくとも1つの素子アンテナを含み、かつ前記第1の組とは、組み合わせが異なるように、前記複数の素子アンテナを2つ以上の素子アンテナからなる第2の組ごとにグループ化することで、前記第2の偏波に対する第2のサブアレーを構成し、
前記第1のサブアレーと前記第2のサブアレーとをそれぞれ1または複数配置することでアレーアンテナを構成する
ことを特徴とするアレーアンテナ装置。 a first excitation circuit that radiates radio waves of a first polarization configured in an xy plane;
An array antenna device configured by a plurality of element antennas including a second excitation circuit that radiates radio waves of a second polarization orthogonal to the first polarization,
By grouping the plurality of element antennas into a first set of two or more element antennas, a first sub-array for the first polarization is configured,
Among the element antennas constituting the first sub-array, the plurality of element antennas include two or more element antennas so as to include at least one element antenna and have a different combination from the first group. Forming a second sub-array for the second polarization by grouping each second set of
An array antenna apparatus, wherein an array antenna is configured by arranging one or a plurality of each of the first subarray and the second subarray.
前記第2の励振回路は、前記第1の励振回路を構成する前記x−y平面の上部または下部に構成され、
前記第1の励振回路は、前記第1のサブアレーごとに給電を行うために、前記x−y平面に対して直交するz方向に延在する第1の垂直給電部を有し、
前記第2の励振回路は、前記第2のサブアレーごとに給電を行うために、前記z方向に延在する第2の垂直給電部を有し、
前記第1の垂直給電部は、前記第1のサブアレーを構成する前記第1の組の素子アンテナに取り囲まれるとともに、前記第1の組の素子アンテナには接触しない位置に配置され、
前記第2の垂直給電部は、前記第2のサブアレーを構成する前記第2の組の素子アンテナに取り囲まれるとともに、前記第2の組の素子アンテナには接触しない位置に配置され、
x−y平面上において、前記第1の垂直給電部と前記第2の垂直給電部とは、前記複数の素子アンテナが配置された素子アンテナ間隔以上隔たった位置関係となるようにそれぞれ配置されている
ことを特徴とするアレーアンテナ装置。 The array antenna apparatus according to claim 1,
The second excitation circuit is configured in an upper part or a lower part of the xy plane constituting the first excitation circuit,
The first excitation circuit includes a first vertical power feeding unit extending in a z direction orthogonal to the xy plane in order to feed power for each of the first subarrays.
The second excitation circuit has a second vertical power feeding portion extending in the z direction in order to feed power for each second sub-array,
The first vertical feeder is surrounded by the first set of element antennas constituting the first subarray, and is disposed at a position not in contact with the first set of element antennas,
The second vertical feeder is surrounded by the second set of element antennas constituting the second subarray, and is disposed at a position not in contact with the second set of element antennas,
On the xy plane, the first vertical power feeding unit and the second vertical power feeding unit are respectively arranged so as to be in a positional relationship separated by an element antenna interval where the plurality of element antennas are arranged. An array antenna device characterized by comprising:
前記第1の垂直給電部と前記第2の垂直給電部は、配置された複数の素子アンテナ間のx方向あるいはy方向において、同一直線上に並んで配置される
ことを特徴とするアレーアンテナ装置。 The array antenna apparatus according to claim 2,
The array antenna apparatus, wherein the first vertical power feeding unit and the second vertical power feeding unit are arranged on the same straight line in the x direction or the y direction between the plurality of arranged element antennas. .
前記第1の垂直給電部は、前記第1のサブアレーを構成する素子アンテナ間の中心に配置され、
前記第2の垂直給電部は、前記第2のサブアレーを構成する素子アンテナ間の中心に配置される
ことを特徴とするアレーアンテナ装置。 The array antenna apparatus according to claim 2 or 3,
The first vertical feeder is disposed at the center between the element antennas constituting the first subarray,
The second vertical feeding unit is arranged at the center between element antennas constituting the second sub-array.
前記第1の垂直給電部と前記第2の垂直給電部が素子アンテナ間に配置される空間を確保するために、アンテナ開口部に切り欠きが設けられている
ことを特徴とするアレーアンテナ装置。 The array antenna apparatus according to any one of claims 2 to 4,
An array antenna device, wherein a notch is provided in an antenna opening to secure a space in which the first vertical feeding unit and the second vertical feeding unit are arranged between element antennas.
前記第1の組ごとにグループ化された結果、グループ化されなかった端部の素子アンテナは、新たに組を成し、前記第1の組とともにグループ化されることによって前記第1のサブアレーとして規定され、
前記第2の組ごとにグループ化された結果、グループ化されなかった端部の素子アンテナは、新たに組を成し、前記第2の組とともにグループ化されることによって前記第2のサブアレーとして規定される
ことを特徴とするアレーアンテナ装置。 The array antenna device according to any one of claims 1 to 5,
As a result of being grouped for each first set, the element antennas at the end portions that are not grouped form a new set and are grouped together with the first set to form the first sub-array. Prescribed,
As a result of being grouped for each second set, the element antennas at the end portions that are not grouped form a new set and are grouped together with the second set to form the second sub-array. An array antenna apparatus characterized by being defined.
前記x−y平面上に、x軸方向に2M+1素子(Mは、1以上の整数)、y軸方向に2N素子(Nは、1以上の整数)の素子アンテナを配置し、
前記第1の励振回路においては、整数m(1≦m≦M)、整数n(1≦n≦N)に対し、(2m−1,2n−1)番目、(2m,2n−1)番目、(2m−1,2n)番目、(2m,2n)番目の4素子が前記第1のサブアレーとして規定され、
前記第2の励振回路においては、整数m(1≦m≦M)、整数n(1≦n≦N)に対し、(2m,2n−1)番目、(2m+1,2n−1)番目、(2m,2n)番目、(2m+1,2n)番目の4素子が前記第2のサブアレーとして規定される
ことを特徴とするアレーアンテナ装置。 The array antenna device according to any one of claims 1 to 6,
An element antenna of 2M + 1 elements (M is an integer of 1 or more) in the x-axis direction and 2N elements (N is an integer of 1 or more) in the y-axis direction is disposed on the xy plane,
In the first excitation circuit, for the integer m (1 ≦ m ≦ M) and the integer n (1 ≦ n ≦ N), the (2m−1, 2n−1) th and (2m, 2n−1) th , (2m-1, 2n) th, (2m, 2n) th four elements are defined as the first sub-array,
In the second excitation circuit, for the integer m (1 ≦ m ≦ M) and the integer n (1 ≦ n ≦ N), the (2m, 2n−1) th, (2m + 1, 2n−1) th, ( (2m, 2n) -th and (2m + 1, 2n) -th four elements are defined as the second sub-array.
前記x−y平面上に、x軸方向に2M素子(Mは、2以上の整数)、y軸方向に2N素子(Nは、1以上の整数)の素子アンテナを配置し、
前記第1の励振回路においては、整数m(1≦m≦M)、整数n(1≦n≦N)に対し、(2m−1,2n−1)番目、(2m,2n−1)番目、(2m−1,2n)番目、(2m,2n)番目の4素子が前記第1のサブアレーとして規定され、
前記第2の励振回路においては、整数m’(1≦m’≦M−1)、整数n(1≦n≦N)に対し、(2m’,2n−1)番目、(2m’+1,2n−1)番目、(2m’,2n)番目、(2m’+1,2n)番目の4素子が前記第2のサブアレーとして規定される
ことを特徴とするアレーアンテナ装置。 The array antenna device according to any one of claims 1 to 6,
On the xy plane, an element antenna having 2M elements (M is an integer of 2 or more) in the x-axis direction and 2N elements (N is an integer of 1 or more) in the y-axis direction,
In the first excitation circuit, for the integer m (1 ≦ m ≦ M) and the integer n (1 ≦ n ≦ N), the (2m−1, 2n−1) th and (2m, 2n−1) th , (2m-1, 2n) th, (2m, 2n) th four elements are defined as the first sub-array,
In the second excitation circuit, for the integer m ′ (1 ≦ m ′ ≦ M−1) and the integer n (1 ≦ n ≦ N), the (2m ′, 2n−1) th, (2m ′ + 1, 2n-1), (2m ′, 2n) th, (2m ′ + 1, 2n) th four elements are defined as the second sub-array.
前記第1の励振回路においては、整数n(1≦n≦N)に対し、(2M+1,2n−1)番目、(2M+1,2n)番目の2素子が、前記第1のサブアレーとしてさらに規定され、
前記第2の励振回路においては、整数n(1≦n≦N)に対し、(1,2n−1)番目、(1,2n)番目の2素子が、前記第2のサブアレーとしてさらに規定される
ことを特徴とするアレーアンテナ装置。 The array antenna apparatus according to claim 7, wherein
In the first excitation circuit, for the integer n (1 ≦ n ≦ N), the (2M + 1, 2n−1) th and (2M + 1, 2n) th two elements are further defined as the first subarray. ,
In the second excitation circuit, for the integer n (1 ≦ n ≦ N), the (1,2n−1) th and (1,2n) th two elements are further defined as the second subarray. An array antenna device.
前記第2の励振回路においては、整数n(1≦n≦N)に対し、(2M,2n−1)番目、(2M,2n)番目の2素子および(1,2n−1)番目、(1,2n)番目の2素子がそれぞれ前記第2のサブアレーとしてさらに規定される
ことを特徴とするアレーアンテナ装置。 The array antenna apparatus according to claim 8, wherein
In the second excitation circuit, for the integer n (1 ≦ n ≦ N), the (2M, 2n−1) th, (2M, 2n) th two elements and the (1,2n−1) th, 1, 2n) The two second elements are each further defined as the second sub-array.
前記第1のサブアレーを構成する前記第1の励振回路は、
第1の偏波面の電波を放射する第1の給電プローブと、
前記第1の給電プローブに給電する第1の伝送線路と
をさらに有し、
前記第1の給電プローブは、前記第1のサブアレーを構成する素子アンテナ毎に互いに逆相で給電されるように、1対の素子により構成され、
前記第1の伝送線路は、起点が前記第1の垂直給電部に接続されるとともに、前記起点から分岐された線路によって前記第1のサブアレー内の前記第1の給電プローブのそれぞれと接続されることで、前記第1の給電プローブのそれぞれに電力を分配し、
前記第2のサブアレーを構成する前記第2の励振回路は、
前記第1の偏波面と直交する、第2の偏波面の電波を放射する第2の給電プローブと、
前記第2の給電プローブに給電する第2の伝送線路と
をさらに有し、
前記第2の給電プローブは、前記第2のサブアレーを構成する素子アンテナ毎に互いに逆相で給電されるように、1対の素子により構成され、
前記第2の伝送線路は、起点が前記第2の垂直給電部に接続されるとともに、前記起点から分岐された線路によって前記第2のサブアレー内の前記第2の給電プローブのそれぞれと接続されることで、前記第2の給電プローブのそれぞれに電力を分配する
ことを特徴とするアレーアンテナ装置。 The array antenna device according to any one of claims 2 to 10,
The first excitation circuit constituting the first subarray is:
A first feeding probe that radiates radio waves of a first polarization plane;
A first transmission line that feeds power to the first feeding probe;
The first feeding probe is configured by a pair of elements so that power is fed in reverse phase to each other for each element antenna constituting the first subarray.
The starting point of the first transmission line is connected to the first vertical feeding unit, and is connected to each of the first feeding probes in the first subarray by a line branched from the starting point. And distributing power to each of the first feeding probes,
The second excitation circuit constituting the second subarray includes:
A second feeding probe that radiates radio waves of a second polarization plane orthogonal to the first polarization plane;
A second transmission line that feeds power to the second feeding probe;
The second feeding probe is configured by a pair of elements so that power is fed in reverse phase to each other for each element antenna constituting the second sub-array,
The starting point of the second transmission line is connected to the second vertical power feeding unit, and is connected to each of the second power feeding probes in the second subarray by a line branched from the starting point. Thus, the power is distributed to each of the second power feeding probes.
底部が閉じられ、上面に開口部を有する金属導体からなる第1のキャビティと、
前記第1のキャビティの開口部と同一形状または相似形状の貫通孔を有する金属導体からなる第2のキャビティと
を備え、
前記第1の励振回路は、前記第1のキャビティの上面に配置され、
前記第2の励振回路は、前記第1の励振回路の上面に配置され、
前記第2のキャビティは、前記第2の励振回路の上面に配置され、
前記第1の垂直給電部は、前記第1の伝送線路の起点から前記z方向に延在することで、前記第1のキャビティを貫通してアンテナ部に伝送線路を引き出し、
前記第2の垂直給電部は、前記第2の伝送線路の起点から前記z方向に延在することで、前記第1の励振回路、前記第1のキャビティを貫通してアンテナ部に伝送線路を引き出す
ことを特徴とするアレーアンテナ装置。 The array antenna apparatus according to claim 11, wherein
A first cavity comprising a metal conductor having a bottom closed and an opening on the top surface;
A second cavity made of a metal conductor having a through-hole having the same shape as or similar to the opening of the first cavity,
The first excitation circuit is disposed on an upper surface of the first cavity;
The second excitation circuit is disposed on an upper surface of the first excitation circuit;
The second cavity is disposed on an upper surface of the second excitation circuit;
The first vertical feeding portion extends in the z direction from the starting point of the first transmission line, and pulls out the transmission line to the antenna portion through the first cavity.
The second vertical power feeding unit extends in the z direction from the starting point of the second transmission line, and passes through the first excitation circuit and the first cavity to transmit the transmission line to the antenna unit. An array antenna device characterized by being pulled out.
前記第1の励振回路において、前記第1の伝送線路は、第1の誘電体の内部に配置され、
前記第2の励振回路において、前記第2の伝送線路は、第2の誘電体の内部に配置され、
前記第1の伝送線路がストリップ線路となるように、前記第1の誘電体の上下の表面には、第1の導体グランドと第2の導体グランドが配置され、
前記第2の伝送線路がストリップ線路となるように、前記第2の誘電体の上下の表面には、前記第2の導体グランドと前記第3の導体グランドが配置される
ことを特徴とするアレーアンテナ装置。 The array antenna apparatus according to claim 11 or 12,
In the first excitation circuit, the first transmission line is disposed inside a first dielectric,
In the second excitation circuit, the second transmission line is disposed inside a second dielectric,
A first conductor ground and a second conductor ground are arranged on the upper and lower surfaces of the first dielectric so that the first transmission line becomes a strip line,
The second conductor ground and the third conductor ground are arranged on the upper and lower surfaces of the second dielectric so that the second transmission line becomes a strip line. Antenna device.
前記アレーアンテナを構成する各素子アンテナのアンテナ開口部の断面形状は、多角形、正多角形、または、円である
ことを特徴とするアレーアンテナ装置。 The array antenna device according to any one of claims 1 to 13,
The array antenna device, wherein a cross-sectional shape of an antenna opening of each element antenna constituting the array antenna is a polygon, a regular polygon, or a circle.
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---|---|---|---|
JP2012041669A JP2013179440A (en) | 2012-02-28 | 2012-02-28 | Array antenna device |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014123024A1 (en) * | 2013-02-07 | 2014-08-14 | 三菱電機株式会社 | Antenna device and array antenna device |
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JP2022064624A (en) * | 2020-10-14 | 2022-04-26 | 株式会社村田製作所 | Antenna module and antenna driving method |
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2012
- 2012-02-28 JP JP2012041669A patent/JP2013179440A/en active Pending
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