JP2014171115A - Thinning feed type array antenna device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thinning feed type array antenna device with an improved radiation pattern and a higher degree of freedom in design.SOLUTION: A thinning feed type array antenna device comprises: a reflector plate 10; a feed element 20; a passive element 30; and a differential transmission path 40. The feed element 20 is a dipole type with length of approximately integer multiples of λ/2, and has a feeding point 21 to be offset from the center of the feed element 20 to one side. The passive element 30 is the dipole type with the length of approximately integer multiples of λ/2, has a junction 31 to be offset from the center of the passive element 30 to the other side, and is arranged approximately in parallel with the feed element 20. The differential transmission path 40 has length of approximately odd-number multiples of λ/2, and connects between the feeding point 21 and the junction 31.

Description

本発明は間引き給電型アレイアンテナ装置に関し、特に、給電素子と無給電素子とを反射板の上に配置した間引き給電型アレイアンテナ装置に関する。   The present invention relates to a thin-out feeding type array antenna apparatus, and more particularly to a thin-out feeding type array antenna apparatus in which a feeding element and a parasitic element are arranged on a reflector.

複数の放射素子を配置して、そのうちの幾つかを無給電素子とすることで、アンテナ利得を低減させることなく、給電部を簡略化するものが従来から知られている。例えば、特許文献1や特許文献2には、給電素子と無給電素子とを複数配置し、給電素子から放射されるサイドローブを用いることで給電素子と無給電素子を電磁気的に(空間的に)結合して給電部を減らしたアレイアンテナ装置が開示されている。これらは、反射板の反射面から所定の距離を離した略平行な同一平面上に、給電素子と無給電素子を所定の間隔を開けて配置されるものである。   2. Description of the Related Art Conventionally, a plurality of radiating elements are arranged, and some of them are parasitic elements, thereby simplifying a feeding portion without reducing antenna gain. For example, in Patent Document 1 and Patent Document 2, a plurality of feeding elements and parasitic elements are arranged, and side lobes radiated from the feeding elements are used to electromagnetically (spatically) feed elements and parasitic elements. ) An array antenna apparatus that is coupled to reduce the feeding portion is disclosed. In these elements, a feeding element and a parasitic element are arranged at a predetermined interval on a substantially parallel same plane that is separated from the reflecting surface of the reflecting plate by a predetermined distance.

特許文献1や特許文献2に開示のアレイアンテナ装置は、給電素子のサイドローブを用いて電磁気的に(空間的に)無給電素子と結合するものであるため、反射板からの距離や給電素子と無給電素子間の距離は厳密に決定される必要があるものであった。このため、設計の自由度に乏しかった。さらに、各素子が空間的に結合されるものであるため、例えばコンフォーマルアレイアンテナ装置のような、曲面上に配置されるアンテナに適用するには設計が困難で現実的ではなかった。   Since the array antenna device disclosed in Patent Literature 1 and Patent Literature 2 is electromagnetically (spatially) coupled to a parasitic element using a side lobe of the feeding element, the distance from the reflector and the feeding element The distance between the parasitic element and the parasitic element needs to be determined strictly. For this reason, the degree of freedom in design was poor. Furthermore, since each element is spatially coupled, the design is difficult and not practical for application to an antenna arranged on a curved surface such as a conformal array antenna device.

そこで、本願と同一出願人による特許文献3が開発された。即ち、特許文献3の間引き給電型アレイアンテナ装置は、給電素子と無給電素子の中心を差動伝送路で接続するものである。これにより、設計の自由度の高いアレイアンテナ装置が実現可能となった。   Therefore, Patent Document 3 by the same applicant as the present application has been developed. That is, the thinned-feed array antenna apparatus of Patent Document 3 connects the center of the feed element and the parasitic element with a differential transmission path. As a result, an array antenna apparatus having a high degree of design freedom can be realized.

特開2006−237781号公報JP 2006-237781 A 特開2009−044610号公報JP 2009-044610 A 国際公開第2011/024990号International Publication No. 2011/024990

しかしながら、特許文献3のアレイアンテナ装置は、放射パターンにサイドローブが現れてしまうものであった。これを避けるために、給電素子と無給電素子の間隔をλ/2(但し、λは放射波の波長)とすることが開示されている。特許文献3の場合、差動伝送路の長さはλとする必要があるため、素子間がλ/2のところに長さλの差動伝送路をメアンダ状に配置していた。また、反射板の影響による入力インピーダンスの変化をオフセット給電によりインピーダンス調整するものもあった。しかしながら、メアンダ状の差動伝送路は、反射や放射の影響のおそれがあり、また、どのようにメアンダ状に屈折させるか等、設計が難しいものであった。   However, in the array antenna device of Patent Document 3, side lobes appear in the radiation pattern. In order to avoid this, it is disclosed that the interval between the feed element and the parasitic element is λ / 2 (where λ is the wavelength of the radiated wave). In the case of Patent Document 3, since the length of the differential transmission path needs to be λ, the differential transmission path having a length λ is arranged in a meander shape at a distance of λ / 2 between the elements. In addition, there is an apparatus that adjusts the impedance of the input impedance due to the influence of the reflector by offset power feeding. However, the meander-shaped differential transmission line may be affected by reflection and radiation, and it is difficult to design such as how to refract the meander shape.

本発明は、斯かる実情に鑑み、放射パターンが改良され、設計の自由度もさらに高い間引き給電型アレイアンテナ装置を提供しようとするものである。   In view of such circumstances, the present invention intends to provide a thinned-feed array antenna apparatus with an improved radiation pattern and a higher degree of design freedom.

上述した本発明の目的を達成するために、本発明による間引き給電型アレイアンテナ装置は、反射板と、反射板の上に配置される略λ/2(但し、λは放射波の波長)の整数倍の長さのダイポール型の給電素子であって、その中心から一方の側にオフセットされる給電点を有する給電素子と、反射板の上に配置される略λ/2の整数倍の長さのダイポール型の無給電素子であって、その中心から他方の側にオフセットされる接続点を有し、給電素子と略平行に配置される無給電素子と、略λ/2の奇数倍の長さの差動伝送路であって、給電素子の給電点と無給電素子の接続点の間を接続する差動伝送路と、
を具備するものである。
In order to achieve the above-described object of the present invention, a thinned-feed array antenna apparatus according to the present invention includes a reflector and a substantially λ / 2 (where λ is the wavelength of the radiated wave) disposed on the reflector. A dipole-type feed element having an integral multiple length, the feed element having a feed point offset to one side from the center thereof, and a length that is approximately an integral multiple of λ / 2 disposed on the reflector A dipole-type parasitic element having a connection point that is offset from the center to the other side, and a parasitic element that is arranged substantially parallel to the feeding element, and an odd multiple of approximately λ / 2 A differential transmission line having a length, which connects between a feeding point of the feeding element and a connection point of the parasitic element;
It comprises.

ここで、給電素子の給電点と無給電素子の接続点とは、給電素子と無給電素子との信号がそれぞれ同相となる位置にオフセットされれば良い。   Here, the feeding point of the feeding element and the connection point of the parasitic element may be offset to positions where the signals of the feeding element and the parasitic element are in phase.

また、給電素子と無給電素子とは、差動伝送路に対して略垂直となる位置にそれぞれジグザグ状に配置されれば良い。   Further, the feeding element and the parasitic element may be arranged in a zigzag manner at positions substantially perpendicular to the differential transmission path.

また、差動伝送路は、直線状であれば良い。   Further, the differential transmission path may be linear.

また、給電素子と無給電素子とは、略λ/2の間隔を開けて配置されれば良い。   In addition, the feeding element and the parasitic element may be arranged with an interval of approximately λ / 2.

また、差動伝送路は、メアンダ状であっても良い。   The differential transmission path may be meandered.

さらに、基材を具備していても良く、反射板は基材の裏面に設けられ、給電素子及び無給電素子は基材の表面に設けられ手も良い。   Furthermore, a base material may be provided, the reflector is provided on the back surface of the base material, and the feeding element and the parasitic element are provided on the surface of the base material.

また、差動伝送路は、基材の表面に、又は基材に設けられるビアホールを介して基材の裏面に設けられても良い。   Further, the differential transmission path may be provided on the surface of the base material or on the back surface of the base material through a via hole provided in the base material.

また、基材は、可塑性を有するものであっても良い。   Further, the substrate may have plasticity.

また、給電素子及び無給電素子が、複数連続的に配置されても良い。   Further, a plurality of feeding elements and parasitic elements may be continuously arranged.

また、無給電素子が複数連続的に配置され、差動伝送線路は隣り合う無給電素子間も接続するものであっても良い。   Further, a plurality of parasitic elements may be continuously arranged, and the differential transmission line may connect adjacent parasitic elements.

さらに、差動伝送路上にシールド部材を具備するものであっても良い。   Further, a shield member may be provided on the differential transmission path.

本発明の間引き給電型アレイアンテナ装置には、放射パターンが改良され、設計の自由度もさらに高いという利点がある。   The thinned-feed array antenna apparatus of the present invention has an advantage that the radiation pattern is improved and the degree of freedom in design is further increased.

図1は、本発明の間引き給電型アレイアンテナ装置の基本構成を説明するための概略平面図である。FIG. 1 is a schematic plan view for explaining the basic configuration of the thinned-feed array antenna apparatus of the present invention. 図2は、本発明の間引き給電型アレイアンテナ装置の基本構成を説明するための、給電点を通る概略横断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view through the feeding point for explaining the basic configuration of the thinned-feed array antenna apparatus of the present invention. 図3は、本発明の間引き給電型アレイアンテナ装置における表面電流の位相分布図を示す。FIG. 3 shows a phase distribution diagram of the surface current in the thinning-fed array antenna device of the present invention. 図4は、本発明の間引き給電型アレイアンテナ装置の放射パターンである。FIG. 4 shows a radiation pattern of the thinned-feed array antenna apparatus of the present invention. 図5は、本発明の間引き給電型アレイアンテナ装置において、給電素子と無給電素子が複数連続的に互い違いに配置される例を説明するための概略平面図である。FIG. 5 is a schematic plan view for explaining an example in which a plurality of feed elements and passive elements are alternately arranged continuously in the thinned-feed array antenna apparatus of the present invention. 図6は、本発明の間引き給電型アレイアンテナ装置の無給電素子が複数連続的に配置される例を説明するための概略平面図である。FIG. 6 is a schematic plan view for explaining an example in which a plurality of parasitic elements of the thinned-feed array antenna apparatus of the present invention are continuously arranged. 図7は、本発明の間引き給電型アレイアンテナ装置の複数の素子を直線的に揃えて配置した例を説明するための概略平面図である。FIG. 7 is a schematic plan view for explaining an example in which a plurality of elements of the thinning-feed type array antenna apparatus of the present invention are arranged linearly. 図8は、本発明の間引き給電型アレイアンテナ装置の基材が可塑性を有する例を説明するための、給電点を通る概略横断面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view through a feeding point for explaining an example in which the base material of the thinning-feed type array antenna apparatus of the present invention has plasticity. 図9は、本発明の間引き給電型アレイアンテナ装置の差動伝送路上にシールド部材を設けた例を説明するための概略斜視図である。FIG. 9 is a schematic perspective view for explaining an example in which a shield member is provided on the differential transmission path of the thinned-feed array antenna apparatus of the present invention. 図10は、本発明の間引き給電型アレイアンテナ装置の差動伝送路を基材の裏面に設ける例を説明するための、差動伝送路の一方を通る概略横断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view passing through one of the differential transmission paths for explaining an example in which the differential transmission path of the thinned-feed array antenna apparatus of the present invention is provided on the back surface of the substrate.

以下、本発明を実施するための形態を図示例と共に説明する。図1は、本発明の間引き給電型アレイアンテナ装置の基本構成を説明するための概略平面図である。また、図2は、本発明の間引き給電型アレイアンテナ装置の基本構成を説明するための、給電点を通る概略横断面図である。図示の通り、本発明の間引き給電型アレイアンテナ装置は、反射板10と、給電素子20と、無給電素子30と、差動伝送路40とから主に構成されている。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described together with illustrated examples. FIG. 1 is a schematic plan view for explaining the basic configuration of the thinned-feed array antenna apparatus of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view passing through the feeding point for explaining the basic configuration of the thinned-feed array antenna apparatus of the present invention. As shown in the figure, the thinned-feed array antenna apparatus of the present invention is mainly composed of a reflecting plate 10, a feed element 20, a parasitic element 30, and a differential transmission path 40.

反射板10は、例えば導体からなるものであり、給電素子からの背面方向の放射を抑制して正面方向の利得を向上させるために用いられる。   The reflector 10 is made of, for example, a conductor, and is used to suppress the radiation in the back direction from the power feeding element and improve the gain in the front direction.

給電素子20は、反射板10の上に配置されるものである。そして、給電素子20は、略λ/2(但し、λは放射波の波長)の整数倍の長さのダイポール型のものである。また、給電素子20は、その中心から一方の側(図1では上側)にオフセットされている給電点21を有している。給電素子20は、給電部60により電波エネルギが給電点21に供給される放射素子である。図2に示されるように、プリント基板等の基材50を用いて間引き給電型アレイアンテナ装置が形成される場合には、給電点21はビアホール51を介して給電部60に接続される。給電部60には、給電素子20に電波エネルギを供給するための電気信号源やA/D変換器、バラン、アンプ等が含まれる。   The power feeding element 20 is disposed on the reflecting plate 10. The feed element 20 is of a dipole type having a length that is an integral multiple of approximately λ / 2 (where λ is the wavelength of the radiated wave). In addition, the feeding element 20 has a feeding point 21 that is offset from the center to one side (upper side in FIG. 1). The feeding element 20 is a radiating element in which radio wave energy is supplied to the feeding point 21 by the feeding unit 60. As shown in FIG. 2, when the thinned-feed array antenna device is formed using a base material 50 such as a printed circuit board, the feed point 21 is connected to the feed unit 60 via the via hole 51. The power supply unit 60 includes an electric signal source, an A / D converter, a balun, an amplifier, and the like for supplying radio wave energy to the power supply element 20.

なお、図示例では基材50を用いてアレイアンテナ装置を構成しているが、本発明はこれに限定されず、給電素子の給電点に接続される導線等により給電素子が固定できれば、基材50を省略しても勿論良い。   In the illustrated example, the array antenna device is configured using the base material 50. However, the present invention is not limited to this, and the base material may be used if the power feeding element can be fixed by a conductive wire or the like connected to the feeding point of the power feeding element. Of course, 50 may be omitted.

ダイポール型の給電素子20の具体例としては、図示例のような直線状のダイポールアンテナ素子が挙げられる。しかしながら、本発明に用いられる給電素子はこのような直線状のダイポールアンテナ素子に限定されず、メアンダ状のダイポールアンテナ素子等、如何なるものであっても良い。   A specific example of the dipole power feeding element 20 is a linear dipole antenna element as shown in the drawing. However, the feeding element used in the present invention is not limited to such a linear dipole antenna element, and may be any one such as a meandering dipole antenna element.

無給電素子30は、反射板10の上に配置されるものである。そして、無給電素子30は、略λ/2の整数倍の長さのダイポール型のものである。また、無給電素子30は、その中心から他方の側(図1では下側)にオフセットされる接続点31を有している。無給電素子30は、給電素子20と略平行に配置される。図示例の無給電素子30は、給電素子20と略同様の素子長を有するものを示した。しかしながら、本発明はこれに限定されず、アレイアンテナ装置の広帯域化を図る等のため、給電素子と無給電素子の素子長を異ならせることも可能である。   The parasitic element 30 is disposed on the reflector 10. The parasitic element 30 is of a dipole type having a length that is approximately an integral multiple of λ / 2. The parasitic element 30 has a connection point 31 that is offset from the center to the other side (lower side in FIG. 1). The parasitic element 30 is disposed substantially parallel to the feeding element 20. The parasitic element 30 in the illustrated example has an element length substantially the same as that of the feeder element 20. However, the present invention is not limited to this, and the element lengths of the feed element and the parasitic element can be made different in order to increase the bandwidth of the array antenna device.

そして、差動伝送路40は、給電素子20の給電点21と無給電素子30の接続点31の間を接続するものである。差動伝送路40は、略λ/2の奇数倍の長さを有する。差動伝送路40とは、例えばコプレナ伝送路等であり、基材50上に金属導体により形成された2本の共平面線路を意味する。差動伝送路40は、2本の線路が逆位相となるように、給電素子20の給電点21と無給電素子30の接続点31をそれぞれ中心に挟んで対称に接続されている。即ち、ダイポール型の上下2つの素子の一方の素子同士が互いに接続されている。これにより、差動伝送路40から電波が放射されるのを抑制することが可能となる。   The differential transmission path 40 connects between the feeding point 21 of the feeding element 20 and the connection point 31 of the parasitic element 30. The differential transmission path 40 has a length that is an odd multiple of approximately λ / 2. The differential transmission path 40 is, for example, a coplanar transmission path, and means two coplanar lines formed of a metal conductor on the substrate 50. The differential transmission path 40 is symmetrically connected with the feeding point 21 of the feeding element 20 and the connection point 31 of the parasitic element 30 in between so that the two lines are in opposite phases. That is, one of the upper and lower dipole elements is connected to each other. As a result, it is possible to suppress radio waves from being radiated from the differential transmission path 40.

例えば、図1に示される例では、給電素子20と無給電素子30は、差動伝送路40に対して略垂直となる位置にそれぞれジグザグ状に配置されている。即ち、図1において差動伝送路40に対して給電素子20が下側に配置され、無給電素子30が上側に配置されている。また、差動伝送路40は、図示例では直線状のものを示した。即ち、この場合には、差動伝送路40がλ/2の長さを有していることから、給電素子20と無給電素子30とは、略λ/2の間隔を開けて配置されることになる。差動伝送路40はλ/2の長さを有していれば良いため、従来技術のようにメアンダ状にする必要はない。但し、本発明の間引き給電型アレイアンテナ装置は、直線状である必要は必ずしもなく、例えば給電素子20と無給電素子30との間隔をλ/2よりも狭めた場合等には、必要によりメアンダ状にしてλ/2の長さを有するように構成しても良い。   For example, in the example shown in FIG. 1, the feed element 20 and the parasitic element 30 are each arranged in a zigzag shape at a position substantially perpendicular to the differential transmission path 40. That is, in FIG. 1, the feeding element 20 is disposed on the lower side with respect to the differential transmission path 40, and the parasitic element 30 is disposed on the upper side. In addition, the differential transmission path 40 is a straight line in the illustrated example. That is, in this case, since the differential transmission path 40 has a length of λ / 2, the feeding element 20 and the parasitic element 30 are arranged with a gap of about λ / 2. It will be. Since the differential transmission line 40 only needs to have a length of λ / 2, it is not necessary to make a meander shape unlike the prior art. However, the thinning-fed array antenna device of the present invention does not necessarily have a linear shape. For example, when the interval between the feeding element 20 and the parasitic element 30 is narrower than λ / 2, the meander is necessary. It may be configured to have a length of λ / 2.

ここで、給電素子20の給電点21と無給電素子30の接続点31とは、給電素子20と無給電素子30との信号がそれぞれ同相となる位置にオフセットされれば良い。図3に、本発明の間引き給電型アレイアンテナ装置における表面電流の位相分布図を示す。同図は、以下の条件の場合のシミュレーション結果である。
・中心周波数は2.45GHz
・給電素子20及び無給電素子30の素子長がλ/2の長さ
・反射板は無限長として素子から反射板までの距離は5mm
・給電素子20と無給電素子30の間隔はλ/2(即ち、差動伝送路40の長さはλ/2)
・給電素子20の給電点21のオフセット位置は上から15mm
・無給電素子30の接続点31のオフセット位置は下から9.31mm
・差動伝送路40の線幅は0.8mm
・差動伝送路40の線路間の間隔は1mm
Here, the feeding point 21 of the feeding element 20 and the connection point 31 of the parasitic element 30 may be offset to positions where the signals of the feeding element 20 and the parasitic element 30 are in phase. FIG. 3 shows a phase distribution diagram of the surface current in the thinned-feed array antenna apparatus of the present invention. This figure shows the simulation results under the following conditions.
・ Center frequency is 2.45 GHz
The element length of the feed element 20 and the parasitic element 30 is λ / 2. The reflector is infinitely long and the distance from the element to the reflector is 5 mm.
The interval between the feeding element 20 and the parasitic element 30 is λ / 2 (that is, the length of the differential transmission path 40 is λ / 2).
-The offset position of the feeding point 21 of the feeding element 20 is 15 mm from the top.
-The offset position of the connection point 31 of the parasitic element 30 is 9.31 mm from the bottom.
・ Line width of differential transmission line 40 is 0.8mm
・ Distance between differential transmission lines 40 is 1mm.

図示の通り、上述のような条件において、給電素子20と無給電素子30は、位相が揃っていることが分かる。このように同相となるような位置でオフセット給電することで、図4に示されるように良好な放射パターンが得られる。図4は、本発明の間引き給電型アレイアンテナ装置の放射パターンである。同図の放射パターンは、上述の図3のシミュレーション条件と同様の条件におけるy−z面(E面:アンテナ素子の電界振幅面)及びz−x面(H面:アンテナ素子の磁界振幅面)のシミュレーション結果である。また、角度はz軸を0°としており、反射板が無限長であるため90°以上は存在しない。同図から、本発明の間引き給電型アレイアンテナ装置では、放射パターンのサイドローブ(量子化ローブ)が存在せず良好な放射パターンとなっていることが分かる。また、比較例として全給電型アレイアンテナ装置の放射パターンも示したが、これらと比べても良好に一致していることが分かる。したがって、全給電型アレイアンテナ装置と同等の性能が得られることも分かる。   As shown in the drawing, it can be seen that the feeding element 20 and the parasitic element 30 are in phase under the above-described conditions. In this way, by performing offset power feeding at a position where they are in phase, a good radiation pattern can be obtained as shown in FIG. FIG. 4 shows a radiation pattern of the thinned-feed array antenna apparatus of the present invention. The radiation pattern of the figure is the yz plane (E plane: electric field amplitude plane of the antenna element) and zx plane (H plane: magnetic field amplitude plane of the antenna element) under the same conditions as the simulation conditions of FIG. This is a simulation result. Further, the angle is 0 ° on the z-axis, and since the reflector is infinitely long, there is no 90 ° or more. From the figure, it can be seen that the thinned-feed array antenna apparatus of the present invention has a good radiation pattern without the side lobe (quantization lobe) of the radiation pattern. Moreover, although the radiation pattern of the all-feed type array antenna apparatus is also shown as a comparative example, it can be seen that it matches well with these. Therefore, it can be seen that the same performance as that of the all-feed array antenna device can be obtained.

本発明の間引き給電型アレイアンテナ装置を実現する具体的な構造としては、例えば図2に示されるように、反射板10が基材50の裏面(放射方向の反対側の面)に設けられ、給電素子20及び無給電素子30が基材50の表面(放射方向側の面)に設けられている。そして、差動伝送路40は、基材50の表面に設けられている。そして、基材50の給電素子20の給電点21のところにビアホール51が設けられており、ビアホール51を介して給電部60が接続される。このように、基材上に所望の配線パターンをエッチング等により形成するだけで、間引き給電型アレイアンテナ装置が実現可能である。基材50としては、誘電体からなるプリント基板等であれば良いが、ハニカム構造を有する絶縁性のハニカム板等であっても良い。   As a specific structure for realizing the thinned-feed array antenna device of the present invention, for example, as shown in FIG. 2, the reflector 10 is provided on the back surface (surface opposite to the radiation direction) of the base material 50. The feeding element 20 and the parasitic element 30 are provided on the surface of the base material 50 (surface on the radial direction side). The differential transmission path 40 is provided on the surface of the base material 50. A via hole 51 is provided at the power feeding point 21 of the power feeding element 20 of the substrate 50, and the power feeding unit 60 is connected through the via hole 51. Thus, a thinned-feed array antenna device can be realized simply by forming a desired wiring pattern on a substrate by etching or the like. The substrate 50 may be a printed circuit board made of a dielectric, but may also be an insulating honeycomb plate having a honeycomb structure.

本発明の間引き給電型アレイアンテナ装置は、このような差動伝送路40により、給電素子20と無給電素子30が、物理的に結合される。したがって、従来技術のように反射板からの距離や素子間の距離に影響を受けないため、設計の自由度が向上する。例えば、インピーダンス調整は差動伝送路40の線路幅や線路間隔、そしてオフセット位置により、大幅に調整が可能となる。したがって、反射板10との距離には殆ど影響を受けず広範囲にインピーダンスを調整することが可能となる。   In the thinned-feed array antenna apparatus of the present invention, the feed element 20 and the parasitic element 30 are physically coupled by such a differential transmission path 40. Therefore, unlike the prior art, it is not affected by the distance from the reflecting plate and the distance between elements, so that the degree of design freedom is improved. For example, the impedance adjustment can be greatly adjusted by the line width and line interval of the differential transmission path 40 and the offset position. Therefore, it is possible to adjust the impedance over a wide range with almost no influence on the distance to the reflecting plate 10.

また、このような基本構成の素子を複数並べることで、大規模なアレイアンテナ装置を実現可能となる。図5は、本発明の間引き給電型アレイアンテナ装置において、給電素子と無給電素子が複数連続的に互い違いに配置される例を説明するための概略平面図である。図中、図1等と同一の符号を付した部分は同一物を表わしているため、詳説は省略する。図示の通り、給電素子20と無給電素子30が互い違いに配置されると共に、差動伝送路40によりそれぞれの素子が接続されている。なお、図中、2つの給電素子20,20に1つの無給電素子30が挟まれるような構成となっているが、この場合、2つの給電素子20,20を駆動する給電部からの信号に、位相差を与えることも可能である。これにより、無給電素子からのビームを走査することも可能となる。   Moreover, a large-scale array antenna apparatus can be realized by arranging a plurality of elements having such a basic configuration. FIG. 5 is a schematic plan view for explaining an example in which a plurality of feed elements and passive elements are alternately arranged continuously in the thinned-feed array antenna apparatus of the present invention. In the figure, the parts denoted by the same reference numerals as those in FIG. As shown in the figure, the feeding elements 20 and the parasitic elements 30 are alternately arranged, and the respective elements are connected by a differential transmission path 40. In the figure, one parasitic element 30 is sandwiched between the two feeding elements 20, 20, but in this case, a signal from a feeding unit that drives the two feeding elements 20, 20 is used. It is also possible to give a phase difference. Thereby, it is possible to scan the beam from the parasitic element.

さらに、本発明の間引き給電型アレイアンテナ装置は、給電素子と無給電素子が図5に示されるように互い違いではなく、無給電素子が複数連続的に配置されるものであっても良い。図6に、本発明の間引き給電型アレイアンテナ装置の無給電素子が複数連続的に配置される例を説明するための概略平面図を示す。図中、図1等と同一の符号を付した部分は同一物を表わしているため、詳説は省略する。図示の通り、給電素子20に対して無給電素子30が複数連続的に配置されると共に、差動伝送路40により隣り合う無給電素子間も接続されている。このような構成であっても、差動伝送路40により給電素子20と無給電素子30間が結合されているため、各無給電素子30は、給電素子20と同等の振る舞いをすることになる。このように1つの給電素子で複数の無給電素子を放射素子とできることから、給電部をさらに減少させることも可能となる。なお、給電素子と無給電素子の出現パターンは、上述の図示例には限定されず、例えばランダムに配置されても良い。   Furthermore, the thinned-feed array antenna apparatus of the present invention may be configured such that the feed elements and the passive elements are not alternated as shown in FIG. FIG. 6 is a schematic plan view for explaining an example in which a plurality of parasitic elements of the thinned-feed array antenna apparatus of the present invention are continuously arranged. In the figure, the parts denoted by the same reference numerals as those in FIG. As shown in the drawing, a plurality of parasitic elements 30 are continuously arranged with respect to the feeding element 20, and adjacent parasitic elements are also connected by a differential transmission path 40. Even in such a configuration, each parasitic element 30 behaves in the same manner as the feeding element 20 because the feeding element 20 and the parasitic element 30 are coupled by the differential transmission path 40. . Thus, since a plurality of parasitic elements can be radiating elements with one feeding element, it is possible to further reduce the number of feeding parts. In addition, the appearance pattern of a feeding element and a parasitic element is not limited to the above-mentioned illustration example, For example, you may arrange | position at random.

また、上述の図示例では、複数の素子がジグザグ状に配置される間引き給電型アレイアンテナ装置を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、複数の素子を平行且つ直線的に揃えて配置されても良い。図7は、本発明の間引き給電型アレイアンテナ装置の複数の素子を直線的に揃えて配置した例を説明するための概略平面図である。図中、図1等と同一の符号を付した部分は同一物を表わしているため、詳説は省略する。図示の通り、この例では、給電素子20と無給電素子30の中心は直線状に揃えて配置されている。そして、オフセット給電を実現するために、給電素子20と無給電素子30に対して、差動伝送路40が斜めに接続されている。この例の場合であっても、差動伝送路の長さを略λ/2とするため、素子間の間隔はλ/2よりも狭くなる。このように、本発明の間引き給電型アレイアンテナ装置は、素子の配置に自由度がある。   In the illustrated example described above, the thinned-feed array antenna apparatus in which a plurality of elements are arranged in a zigzag shape is shown, but the present invention is not limited to this. For example, a plurality of elements may be arranged in parallel and linearly. FIG. 7 is a schematic plan view for explaining an example in which a plurality of elements of the thinning-feed type array antenna apparatus of the present invention are arranged linearly. In the figure, the parts denoted by the same reference numerals as those in FIG. As illustrated, in this example, the centers of the feeding element 20 and the parasitic element 30 are arranged in a straight line. In order to realize offset feeding, the differential transmission path 40 is obliquely connected to the feeding element 20 and the parasitic element 30. Even in this example, since the length of the differential transmission path is approximately λ / 2, the distance between the elements is narrower than λ / 2. Thus, the thinning-feed type array antenna apparatus of the present invention has a degree of freedom in element arrangement.

次に、図8に、本発明の間引き給電型アレイアンテナ装置の基材が可塑性を有する例を説明するための、給電点を通る概略横断面図を示す。図中、図1等と同一の符号を付した部分は同一物を表わしているため、詳説は省略する。図示の通り、本発明の間引き給電型アレイアンテナ装置では、可塑性を有する基材52、より具体的にはフレキシブルプリント基材等を用いることが可能である。本発明の間引き給電型アレイアンテナ装置は、差動伝送路を用いて各素子間を物理的に結合しているため、各素子の放射方向が変わったとしても問題なくアレイアンテナとして機能するものである。したがって、コンフォーマルアレイアンテナ装置のような、曲面上に配置されるアンテナにも適用可能である。即ち、フレキシブルプリント基材上に本発明の間引き給電型アレイアンテナ装置を形成し、これを例えば航空機の機体の曲面に沿って貼付するだけでコンフォーマルアレイアンテナ装置が実現可能となる。   Next, FIG. 8 shows a schematic cross-sectional view through a feeding point for explaining an example in which the base material of the thinning-feed type array antenna apparatus of the present invention has plasticity. In the figure, the parts denoted by the same reference numerals as those in FIG. As shown in the drawing, the thinned-feed array antenna apparatus of the present invention can use a base material 52 having plasticity, more specifically, a flexible print base material. Since the thinned-feed array antenna apparatus of the present invention physically couples each element using a differential transmission line, it functions as an array antenna without any problem even if the radiation direction of each element changes. is there. Therefore, the present invention can also be applied to an antenna arranged on a curved surface, such as a conformal array antenna device. That is, it is possible to realize a conformal array antenna device by simply forming the thinned-feed array antenna device of the present invention on a flexible printed substrate and pasting it on, for example, a curved surface of an aircraft body.

本発明の間引き給電型アレイアンテナ装置では、素子間を差動伝送路で接続している。差動伝送路は、2本の線路が逆位相となるため、差動伝送路から電波が放射されないように構成されている。しかしながら、何らかの理由で差動伝送路からも放射する可能性がある。そこで、以下に説明する例では、差動伝送路上にシールド部材を設けたものを説明する。図9は、本発明の間引き給電型アレイアンテナ装置の差動伝送路上にシールド部材を設けた例を説明するための概略斜視図である。図中、図1等と同一の符号を付した部分は同一物を表わしているため、詳説は省略する。図示例では、給電素子20と無給電素子30、さらにこれらの間を接続する差動伝送路40が基材50の放射方向側の面に設けられている。そして、シールド部材70が、差動伝送路40を覆うように配置されている。シールド部材70は、例えば導電性を有している。また、必要により、シールド部材70は放射方向の反対側の面に設けられる反射板10に電気的に接続されても良い。このようにシールド部材70により差動伝送路40をシールドすることで、差動伝送路40からの放射の影響を排除することが可能となる。   In the thinned-feed array antenna apparatus of the present invention, the elements are connected by a differential transmission path. The differential transmission path is configured so that radio waves are not radiated from the differential transmission path because the two lines have opposite phases. However, there is a possibility of radiation from the differential transmission line for some reason. Therefore, in the example described below, a case where a shield member is provided on the differential transmission path will be described. FIG. 9 is a schematic perspective view for explaining an example in which a shield member is provided on the differential transmission path of the thinned-feed array antenna apparatus of the present invention. In the figure, the parts denoted by the same reference numerals as those in FIG. In the illustrated example, the feed element 20 and the parasitic element 30, and the differential transmission path 40 that connects the feed element 20 and the parasitic element 30 are provided on the surface of the base member 50 on the radial direction side. The shield member 70 is disposed so as to cover the differential transmission path 40. The shield member 70 has conductivity, for example. If necessary, the shield member 70 may be electrically connected to the reflecting plate 10 provided on the surface opposite to the radial direction. By shielding the differential transmission path 40 with the shield member 70 in this way, it becomes possible to eliminate the influence of radiation from the differential transmission path 40.

さらに、多層基材を用いた場合には、差動伝送路を基材の裏面側に設けることも可能である。図10は、本発明の間引き給電型アレイアンテナ装置の差動伝送路を基材の裏面に設ける例を説明するための、差動伝送路の一方を通る概略横断面図である。図中、図1等と同一の符号を付した部分は同一物を表わしているため、詳説は省略する。図示の通り、例えば基材を3層基材55とし、基材表面に給電素子20及び無給電素子30を設ける。そして、ビアホールを介して基材の裏面に差動伝送路40を設ける。さらに、反射板17を、3層基材55の中央の層に配置する。これにより、差動伝送路40からのアンテナ放射方向側への放射が反射板17により遮られるため、反射板17が上述のシールド部材の役割も担うようにもなる。   Furthermore, when a multilayer base material is used, a differential transmission path can be provided on the back side of the base material. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view passing through one of the differential transmission paths for explaining an example in which the differential transmission path of the thinned-feed array antenna apparatus of the present invention is provided on the back surface of the substrate. In the figure, the parts denoted by the same reference numerals as those in FIG. As illustrated, for example, the base material is a three-layer base material 55, and the power feeding element 20 and the parasitic element 30 are provided on the surface of the base material. And the differential transmission path 40 is provided in the back surface of a base material via a via hole. Further, the reflecting plate 17 is disposed in the center layer of the three-layer base material 55. Thereby, since the radiation to the antenna radiation direction side from the differential transmission path 40 is blocked by the reflecting plate 17, the reflecting plate 17 also serves as the above-described shield member.

なお、両面基材の場合には、基材裏面に差動伝送路を配置すると共に、基材表面に給電素子及び無給電素子を設け、この間にシールド部材として導体を残しておくように構成しても良い。   In the case of a double-sided base material, a differential transmission path is disposed on the back surface of the base material, and a feed element and a parasitic element are provided on the surface of the base material, and a conductor is left as a shield member therebetween. May be.

なお、本発明の間引き給電型アレイアンテナ装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。   The thinned-feed array antenna apparatus of the present invention is not limited to the illustrated example described above, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

10 反射板
17 反射板
20 給電素子
21 給電点
30 無給電素子
31 接続点
40 差動伝送路
50 基材
51 ビアホール
52 基材
55 3層基材
60 給電部
70 シールド部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Reflecting plate 17 Reflecting plate 20 Feeding element 21 Feeding point 30 Parasitic element 31 Connection point 40 Differential transmission path 50 Base material 51 Via hole 52 Base material 55 3 layer base material 60 Feeding part 70 Shield member

Claims (12)

給電点を間引く間引き給電型アレイアンテナ装置であって、該間引き給電型アレイアンテナ装置は、
反射板と、
前記反射板の上に配置される略λ/2(但し、λは放射波の波長)の整数倍の長さのダイポール型の給電素子であって、その中心から一方の側にオフセットされる給電点を有する給電素子と、
前記反射板の上に配置される略λ/2の整数倍の長さのダイポール型の無給電素子であって、その中心から他方の側にオフセットされる接続点を有し、給電素子と略平行に配置される無給電素子と、
略λ/2の奇数倍の長さの差動伝送路であって、給電素子の給電点と無給電素子の接続点の間を接続する差動伝送路と、
を具備することを特徴とする間引き給電型アレイアンテナ装置。
A thinning-feed array antenna device that thins out feeding points, the thin-out feed array antenna device,
A reflector,
A dipole-type feed element having a length that is an integral multiple of approximately λ / 2 (where λ is the wavelength of the radiated wave) disposed on the reflector, and is offset from the center to one side. A feeding element having a point;
A dipole parasitic element having a length that is an integral multiple of approximately λ / 2 and disposed on the reflecting plate, and has a connection point that is offset from the center to the other side. Parasitic elements arranged in parallel;
A differential transmission path having an odd multiple of approximately λ / 2, the differential transmission path connecting between the feed point of the feed element and the connection point of the parasitic element;
A thinning-feed type array antenna apparatus comprising:
請求項1に記載の間引きアレイアンテナ装置において、前記給電素子の給電点と無給電素子の接続点とは、給電素子と無給電素子との信号がそれぞれ同相となる位置にオフセットされることを特徴とする間引き給電型アレイアンテナ装置。   2. The thinned-out array antenna device according to claim 1, wherein the feeding point of the feeding element and the connection point of the parasitic element are offset to positions where signals of the feeding element and the parasitic element are in phase with each other. A thinning-feed array antenna device. 請求項1又は請求項2に記載の間引きアレイアンテナ装置において、前記給電素子と無給電素子とは、差動伝送路に対して略垂直となる位置にそれぞれジグザグ状に配置されることを特徴とする間引き給電型アレイアンテナ装置。   The thinned-out array antenna device according to claim 1 or 2, wherein the feeding element and the parasitic element are respectively arranged in a zigzag shape at a position substantially perpendicular to the differential transmission path. A thinning-feed array antenna device. 請求項1乃至請求項3の何れかに記載の間引きアレイアンテナ装置において、前記差動伝送路は、直線状であることを特徴とする間引き給電型アレイアンテナ装置。   4. The thinned-out array antenna apparatus according to claim 1, wherein the differential transmission path is linear. 5. 請求項1乃至請求項4の何れかに記載の間引きアレイアンテナ装置において、前記給電素子と無給電素子とは、略λ/2の間隔を開けて配置されることを特徴とする間引き給電型アレイアンテナ装置。   5. The thinned-out array antenna apparatus according to claim 1, wherein the feeding element and the parasitic element are arranged with an interval of approximately [lambda] / 2. Antenna device. 請求項1乃至請求項3の何れかに記載の間引きアレイアンテナ装置において、前記差動伝送路は、メアンダ状であることを特徴とする間引き給電型アレイアンテナ装置。   4. The thinned-out array antenna apparatus according to claim 1, wherein the differential transmission path has a meander shape. 請求項1乃至請求項6の何れかに記載の間引き給電型アレイアンテナ装置であって、さらに、基材を具備し、前記反射板は基材の裏面に設けられ、給電素子及び無給電素子は基材の表面に設けられることを特徴とする間引き給電型アレイアンテナ装置。   The thinned-out feeding type array antenna device according to any one of claims 1 to 6, further comprising a base material, wherein the reflector is provided on a back surface of the base material, and the feed element and the parasitic element are A thinned-feed array antenna apparatus, characterized in that the thinned-feed array antenna apparatus is provided on a surface of a substrate. 請求項7に記載の間引き給電型アレイアンテナ装置において、前記差動伝送路は、基材の表面に、又は基材に設けられるビアホールを介して基材の裏面に設けられることを特徴とする間引き給電型アレイアンテナ装置。   8. The thinning-feed array antenna apparatus according to claim 7, wherein the differential transmission path is provided on the surface of the base material or on the back surface of the base material through a via hole provided in the base material. Feed type array antenna device. 請求項7又は請求項8に記載の間引き給電型アレイアンテナ装置において、前記基材は、可塑性を有することを特徴とする間引き給電型アレイアンテナ装置。   9. The thinning-feed type array antenna apparatus according to claim 7 or 8, wherein the base material has plasticity. 請求項1乃至請求項9の何れかに記載の間引き給電型アレイアンテナ装置において、前記給電素子及び無給電素子が、複数連続的に配置されることを特徴とする間引き給電型アレイアンテナ装置。   10. The thinned-feed array antenna apparatus according to claim 1, wherein a plurality of the feed elements and the passive elements are continuously arranged. 11. 請求項1乃至請求項9の何れかに記載の間引き給電型アレイアンテナ装置において、前記無給電素子が複数連続的に配置され、差動伝送線路は隣り合う無給電素子間も接続することをすることを特徴とする間引き給電型アレイアンテナ装置。   The thinned-feed array antenna apparatus according to any one of claims 1 to 9, wherein a plurality of the parasitic elements are continuously arranged, and the differential transmission line connects adjacent parasitic elements. A thinning-feed array antenna device characterized by the above. 請求項1乃至請求項11の何れかに記載の間引き給電型アレイアンテナ装置であって、さらに、前記差動伝送路上にシールド部材を具備することを特徴とする間引き給電型アレイアンテナ装置。   12. The thinned-feed array antenna apparatus according to claim 1, further comprising a shield member on the differential transmission path.
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