JP2023102306A - array antenna - Google Patents

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Abstract

To suppress the occurrence of a grating lobe in an array antenna.SOLUTION: An array antenna 1 includes at least four sub-arrays 11 each including a plurality of radiation elements 111. Each center position of the four sub-arrays 11 is arranged at four vertexes of a square S. A direction of a straight line connecting each of the plurality of radiation elements 111 and the other radiation element 111 that is nearest to each of the plurality of radiation elements 111 is different from direction of four sides of the square S.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、アレーアンテナに関する。 The present invention relates to array antennas.

従来、複数の放射素子を含む複数のサブアレーアンテナ(以下、「サブアレー」という)により構成されるアレーアンテナが知られている(例えば、特許文献1を参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known an array antenna configured by a plurality of subarray antennas (hereinafter referred to as "subarrays") each including a plurality of radiating elements (see Patent Document 1, for example).

特開2018-186337号公報JP 2018-186337 A

アレーアンテナにおいては、複数のサブアレーに異なる位相で給電することにより、給電位相に応じた方向に電波を放射させることができる。しかしながら、給電位相によっては、電波を放射させたい方向(主放射方向)以外の特定の方向に強い電波が放射されてしまうことがある。これをグレーティングローブという。このようなグレーティングローブを抑制することが求められている。 In an array antenna, by feeding different phases to a plurality of subarrays, radio waves can be radiated in directions corresponding to the feeding phases. However, depending on the feed phase, strong radio waves may be radiated in a specific direction other than the direction in which radio waves are desired to be radiated (main radiation direction). This is called a grating lobe. It is required to suppress such grating lobes.

従来のアレーアンテナにおいては、複数のサブアレーが一直線上に配置されていた。このように一直線上に配置された複数のサブアレーに同一位相で給電すると、グレーティングローブが発生しやすいという問題が生じていた。 In conventional array antennas, a plurality of subarrays are arranged in a straight line. When power is supplied in the same phase to a plurality of sub-arrays arranged on a straight line, a problem arises that grating lobes are likely to occur.

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、アレーアンテナにおけるグレーティングローブの発生を抑制することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made in view of these points, and it is an object of the present invention to suppress the generation of grating lobes in an array antenna.

本発明のアレーアンテナは、それぞれが複数の放射素子を含む少なくとも4つのサブアレーを有しており、前記少なくとも4つのサブアレーの中心位置は、前記アレーアンテナに含まれるサブアレーの数以下の数の辺を有する多角形の頂点に配置されており、前記複数の放射素子それぞれと、前記複数の放射素子それぞれと最も近い他の放射素子と、を結ぶ直線の方向が、前記多角形の辺の方向と異なっている。 The array antenna of the present invention has at least four subarrays each including a plurality of radiating elements, and the center positions of the at least four subarrays are arranged at the vertexes of a polygon having a number of sides equal to or less than the number of subarrays included in the array antenna, and the direction of a straight line connecting each of the plurality of radiating elements and another radiating element closest to each of the plurality of radiating elements is different from the direction of the sides of the polygon.

前記少なくとも4つのサブアレーのそれぞれは、前記複数の放射素子として、正方形の頂点に配置された4つの放射素子を含んでいてもよい。 Each of the at least four sub-arrays may include four radiating elements arranged at vertices of a square as the plurality of radiating elements.

前記少なくとも4つのサブアレーに含まれる4つのサブアレーが第1サブアレー、第2サブアレー、第3サブアレー及び第4サブアレーであり、前記複数の放射素子のうち第1放射素子と、前記第1放射素子に最も近い第2放射素子との距離をdとした場合、前記第1サブアレーの中心位置と前記第2サブアレーの中心位置とは、第1方向においてdだけ離れており、前記第1方向と直交する第2方向において2dだけ離れており、前記第2サブアレーの中心位置と前記第3サブアレーの中心位置とは、第1方向において2dだけ離れており、前記第2方向においてdだけ離れており、前記第3サブアレーの中心位置と前記第4サブアレーの中心位置とは、第1方向においてdだけ離れており、前記第2方向において2dだけ離れており、前記第4サブアレーの中心位置と前記第1サブアレーの中心位置とは、第1方向において2dだけ離れており、前記第2方向においてdだけ離れていてもよい。 The four sub-arrays included in the at least four sub-arrays are a first sub-array, a second sub-array, a third sub-array and a fourth sub-array, and when the distance between the first radiating element among the plurality of radiating elements and the second radiating element closest to the first radiating element is d, the center position of the first sub-array and the center position of the second sub-array are separated by d in the first direction and by 2d in the second direction orthogonal to the first direction. the center position of the second sub-array and the center position of the third sub-array are separated by 2d in the first direction and the center position of the third sub-array are separated by d in the second direction; the center position of the third sub-array and the center position of the fourth sub-array are separated by d in the first direction and the center position of the fourth sub-array are separated by 2d in the second direction; They may be separated by d in said second direction.

前記第1放射素子と前記第2放射素子との距離dは、前記アレーアンテナが放射する電波の波長をλとした場合に、0.5λ以上0.8λ未満であってもよい。 A distance d between the first radiation element and the second radiation element may be 0.5λ or more and less than 0.8λ, where λ is the wavelength of radio waves emitted by the array antenna.

前記サブアレーに給電される信号の位相差の基準値をτとした場合に、4つの前記サブアレーのうち1つの前記サブアレーの給電位相に対して、他の3つの前記サブアレーの給電位相は、それぞれτ、2τ、3τだけ進んでいてもよい。 When the reference value of the phase difference of the signals fed to the subarrays is τ, the feeding phase of one of the four subarrays may lead the feeding phase of the other three subarrays by τ, 2τ, and 3τ, respectively.

前記少なくとも4つのサブアレーのそれぞれは、前記複数の放射素子に対して同一の位置に配置された給電口をさらに有してもよい。 Each of the at least four sub-arrays may further have a feed port co-located with respect to the plurality of radiating elements.

少なくとも1つの前記サブアレーの給電口が、前記4つのサブアレーのそれぞれが有する前記複数の放射素子のうち、他の前記サブアレーに最も近い複数の放射素子を結ぶ線に囲まれた領域内に設けられていてもよい。 The feeding port of at least one of the subarrays may be provided in an area surrounded by a line connecting a plurality of radiating elements closest to the other subarray among the plurality of radiating elements of each of the four subarrays.

本発明によれば、アレーアンテナにおけるグレーティングローブの発生を抑制することができるという効果を奏する。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is effective in the ability to suppress generation|occurrence|production of the grating lobe in an array antenna.

第1実施形態に係るアレーアンテナ1Aの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of 1 A of array antennas which concern on 1st Embodiment. 第1実施形態に係るアレーアンテナ1Aの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of 1 A of array antennas which concern on 1st Embodiment. 本シミュレーションで用いるパラメータを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the parameter used by this simulation. 第1シミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows a 1st simulation result. 第2シミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows a 2nd simulation result. 比較例のアレーアンテナの第1シミュレーション結果を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing first simulation results of an array antenna of a comparative example; 比較例のアレーアンテナの第2シミュレーション結果を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a second simulation result of the array antenna of the comparative example; 第2実施形態に係るアレーアンテナ1B及びアレーアンテナ1Cの構成を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing configurations of an array antenna 1B and an array antenna 1C according to a second embodiment; 第3実施形態に係るアレーアンテナ1Dの構成を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the configuration of an array antenna 1D according to a third embodiment; FIG. 第4実施形態に係るアレーアンテナ1Eの構成を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing the configuration of an array antenna 1E according to a fourth embodiment; FIG. 第5実施形態に係るアレーアンテナ1Fの構成を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing the configuration of an array antenna 1F according to a fifth embodiment;

<本実施形態のアレーアンテナの概要>
本願の発明者は、複数のサブアレーを有するアレーアンテナのグレーティングローブを抑制する方法を鋭意研究した。その結果、各サブアレーに含まれる複数の放射素子それぞれと、当該複数の放射素子それぞれと最も近い同じサブアレー内の他の放射素子と、を結ぶ直線の方向と、互いに最も近い複数のサブアレーの中心位置を結ぶ直線の方向とが一致しないようにすることで、グレーティングローブを抑制できることを見出した。
<Outline of the array antenna of this embodiment>
The inventors of the present application have diligently studied methods for suppressing grating lobes in an array antenna having a plurality of subarrays. As a result, it was found that grating lobes can be suppressed by making the direction of a straight line connecting each of the plurality of radiating elements included in each subarray and the other radiating element in the same subarray that is closest to each of the plurality of radiating elements different from the direction of a straight line that connects the center positions of the plurality of subarrays that are closest to each other.

すなわち、本願の発明者は、アレーアンテナが、それぞれが複数の放射素子を含む少なくとも4つのサブアレーを有しており、少なくとも4つのサブアレーの中心位置が、アレーアンテナに含まれるサブアレーの数以下の数の辺を有する多角形の頂点に配置されており、複数の放射素子それぞれと、複数の放射素子それぞれと最も近い他の放射素子と、を結ぶ直線の方向が、多角形の辺の方向と異なっていることが望ましいということを見出した。本明細書においては、この条件を満たすアレーアンテナの構成例を示すとともに、この条件を満たすアレーアンテナとこの条件を満たさないアレーアンテナの電波放射特性を比較した結果を示す。 That is, the inventor of the present application has found that the array antenna has at least four subarrays each including a plurality of radiating elements, the center positions of the at least four subarrays are arranged at the vertexes of a polygon having sides equal to or less than the number of subarrays included in the array antenna, and the direction of a straight line connecting each of the plurality of radiating elements and each of the plurality of radiating elements and the other nearest radiating element is desirably different from the direction of the sides of the polygon. In this specification, configuration examples of array antennas satisfying this condition are shown, and results of comparison of radio wave radiation characteristics of an array antenna satisfying this condition and an array antenna not satisfying this condition are also shown.

<第1実施形態>
[アレーアンテナ1Aの構成]
図1及び図2は、第1実施形態に係るアレーアンテナ1Aの構成例を示す図である。アレーアンテナ1Aは、第1サブアレー11-1から第4サブアレー11-4までの4つのサブアレー11を有する。図1(a)は、アレーアンテナ1Aにおける4つのサブアレー11の形状及び配置を模式的に示しており、図1(b)は、それぞれのサブアレー11の構成を模式的に示している。
<First Embodiment>
[Configuration of array antenna 1A]
1 and 2 are diagrams showing a configuration example of an array antenna 1A according to the first embodiment. The array antenna 1A has four subarrays 11 from a first subarray 11-1 to a fourth subarray 11-4. FIG. 1(a) schematically shows the shape and arrangement of four sub-arrays 11 in the array antenna 1A, and FIG. 1(b) schematically shows the configuration of each sub-array 11. FIG.

図1(b)に示すように、4つのサブアレー11のそれぞれは、正方形の頂点に配置された4つの放射素子111を含んでいる。すなわち、それぞれのサブアレー11は、4つの放射素子111(111-1~111-4)及び給電口112を有する。 As shown in FIG. 1(b), each of the four subarrays 11 includes four radiating elements 111 arranged at the vertices of a square. That is, each subarray 11 has four radiating elements 111 (111-1 to 111-4) and feed ports 112. FIG.

4つの放射素子111は、正方形の頂点に位置するように配置されている。すなわち、4つの放射素子111のうち、最も近い複数の放射素子111の間の距離は同一である。また、第1放射素子111-1及び第2放射素子111-2を結ぶ直線の方向と、第3放射素子111-3及び第4放射素子111-4を結ぶ直線の方向とは同一のX方向である。第1放射素子111-1及び第4放射素子111-4を結ぶ直線の方向と、第2放射素子111-2及び第3放射素子111-3を結ぶ直線の方向とは、X方向と直交するY方向である。 The four radiating elements 111 are arranged so as to be positioned at the vertices of the square. That is, among the four radiating elements 111, the distances between the closest radiating elements 111 are the same. The direction of the straight line connecting the first radiation element 111-1 and the second radiation element 111-2 and the direction of the straight line connecting the third radiation element 111-3 and the fourth radiation element 111-4 are the same X direction. The direction of the straight line connecting the first radiation element 111-1 and the fourth radiation element 111-4 and the direction of the straight line connecting the second radiation element 111-2 and the third radiation element 111-3 are the Y direction orthogonal to the X direction.

図1(b)においては、4つの放射素子111の中心位置Cが示されている。中心位置Cは、4つの放射素子111で形成される多角形(すなわち四角形)の重心位置に相当する。図1(b)に示す例の場合、中心位置Cは、第1放射素子111-1と第3放射素子111-3とを結ぶ直線と、第2放射素子111-2と第4放射素子111-4とを結ぶ直線との交点の位置である。 In FIG. 1B, center positions C of four radiating elements 111 are shown. The center position C corresponds to the center position of the polygon (that is, the quadrangle) formed by the four radiating elements 111 . In the example shown in FIG. 1B, the center position C is the position of the intersection of a straight line connecting the first radiating element 111-1 and the third radiating element 111-3 and a straight line connecting the second radiating element 111-2 and the fourth radiating element 111-4.

給電口112は、4つの放射素子111に送信電力を供給するための入力端子であるとともに、受信した受信電力を出力するための出力端子であり、外部回路に接続された導波管に結合している。4つのサブアレー11それぞれの給電口112は、他のサブアレー11に重ならない領域に配置されている。また、図1(a)に示すアレーアンテナ1Aにおいては、4つのサブアレー11それぞれの給電口112が、各サブアレー11が有する複数の放射素子111に対して同一の位置に配置されている。 The feeding port 112 is an input terminal for supplying transmission power to the four radiating elements 111 and an output terminal for outputting received power, and is coupled to a waveguide connected to an external circuit. The feeding port 112 of each of the four subarrays 11 is arranged in a region that does not overlap with other subarrays 11 . Further, in the array antenna 1A shown in FIG. 1A, the feeding ports 112 of each of the four subarrays 11 are arranged at the same positions with respect to the plurality of radiation elements 111 of each subarray 11. As shown in FIG.

また、複数のサブアレー11が有する複数の給電口112のうち少なくとも1つの給電口112は、4つのサブアレー11のそれぞれが有する複数の放射素子111のうち、他のサブアレー11に最も近い複数の放射素子111を結ぶ線に囲まれた領域内に設けられている。図1(a)に示す例の場合、第4サブアレー11-4が有する給電口112は、符号a、b、c、dで示す4つの放射素子111を頂点とする四角形内の領域に設けられている。給電口112がこのような領域に配置されていることで、アレーアンテナ1を小型化することができる。 Further, at least one feeding port 112 among the plurality of feeding ports 112 of the plurality of subarrays 11 is provided within a region surrounded by lines connecting the plurality of radiating elements 111 closest to the other subarrays 11 among the plurality of radiating elements 111 of each of the four subarrays 11. In the example shown in FIG. 1(a), the feeding port 112 of the fourth subarray 11-4 is provided in a region within a rectangle having four radiating elements 111 indicated by symbols a, b, c, and d as vertices. By arranging the feeding port 112 in such a region, the size of the array antenna 1 can be reduced.

図1(a)及び図1(b)に示すように、4つの放射素子111のうち、最も近い2つの放射素子111(すなわち第1放射素子と第2放射素子)の間の距離はdである。ここで、距離dは、アレーアンテナ1が放射する電波の周波数の波長をλとした場合に、0.5λ以上0.8λ未満であることが望ましい。距離dがこの範囲になっていることで、グレーティングローブを抑制しやすくなる。 As shown in FIGS. 1(a) and 1(b), the distance between the two closest radiating elements 111 (ie, the first radiating element and the second radiating element) among the four radiating elements 111 is d. Here, the distance d is preferably 0.5λ or more and less than 0.8λ, where λ is the wavelength of the radio wave radiated by the array antenna 1 . When the distance d is within this range, it becomes easier to suppress grating lobes.

第1放射素子111-1と第2放射素子111-2との距離をdとした場合、第1サブアレー11-1の中心位置C1と第2サブアレー11-2の中心位置C2とは、X方向(第1方向に相当)においてdだけ離れており、X方向と直交するY方向(第2方向に対応)において2dだけ離れている。ここでサブアレーの中心とは、前述のようにサブアレーを構成する複数の放射素子の位置から求められる重心を示すものとする。 When the distance between the first radiation element 111-1 and the second radiation element 111-2 is d, the center position C1 of the first subarray 11-1 and the center position C2 of the second subarray 11-2 are separated by d in the X direction (corresponding to the first direction) and by 2d in the Y direction (corresponding to the second direction) perpendicular to the X direction. Here, the center of the subarray indicates the center of gravity obtained from the positions of the plurality of radiating elements forming the subarray as described above.

同様に、第2サブアレー11-2の中心位置C2と第3サブアレー11-3の中心位置C3とは、X方向において2dだけ離れており、Y方向においてdだけ離れている。第3サブアレー11-3の中心位置C3と第4サブアレー11-4の中心位置C4とは、X方向においてdだけ離れており、Y方向において2dだけ離れている。第4サブアレー11-4の中心位置C4と第1サブアレー11-1の中心位置C1とは、X方向において2dだけ離れており、Y方向においてdだけ離れている。 Similarly, the center position C2 of the second subarray 11-2 and the center position C3 of the third subarray 11-3 are separated by 2d in the X direction and by d in the Y direction. The center position C3 of the third subarray 11-3 and the center position C4 of the fourth subarray 11-4 are separated by d in the X direction and by 2d in the Y direction. The center position C4 of the fourth subarray 11-4 and the center position C1 of the first subarray 11-1 are separated by 2d in the X direction and by d in the Y direction.

図2に示すように、4つのサブアレー11の中心位置C1~C4は、四角形Sの4つの頂点に配置されている。すなわち、4つのサブアレー11の位置関係は、風車の羽の位置関係と同等である。 As shown in FIG. 2, the center positions C1 to C4 of the four subarrays 11 are arranged at the four vertices of the quadrangle S. As shown in FIG. That is, the positional relationship of the four subarrays 11 is equivalent to the positional relationship of the blades of the windmill.

そして、複数の放射素子111のうち、第1放射素子と、当該第1放射素子と最も近い第2放射素子と、を結ぶ直線の方向が、四角形Sの4つの辺の方向と異なっている。すなわち、サブアレー11を構成する複数の放射素子111により形成される多角形の辺の方向と、四角形Sの4つの辺の方向とが異なっている。 Among the plurality of radiation elements 111, the direction of the straight line connecting the first radiation element and the second radiation element closest to the first radiation element is different from the direction of the four sides of the quadrangle S. That is, the direction of the sides of the polygon formed by the plurality of radiation elements 111 forming the subarray 11 and the direction of the four sides of the quadrangle S are different.

具体的には、四角形Sの4つの辺の方向は、X方向及びY方向と異なる方向になっている。より具体的には、四角形Sの4つの辺の方向は、第1放射素子111-1と第2放射素子111-2とを結ぶ直線の方向、第2放射素子111-2と第3放射素子111-3とを結ぶ直線の方向、第3放射素子111-3と第4放射素子111-4とを結ぶ直線の方向、及び第4放射素子111-4と第1放射素子111-1とを結ぶ直線の方向の何れとも異なっている。 Specifically, the directions of the four sides of the quadrangle S are different from the X direction and the Y direction. More specifically, the directions of the four sides of the quadrangle S are the directions of the straight line connecting the first radiation element 111-1 and the second radiation element 111-2, the direction of the straight line connecting the second radiation element 111-2 and the third radiation element 111-3, the direction of the straight line connecting the third radiation element 111-3 and the fourth radiation element 111-4, and the direction of the straight line connecting the fourth radiation element 111-4 and the first radiation element 111-1. They are different from each other.

4つのサブアレー11の中心位置C1~C4が、各サブアレー11に含まれる最も近い複数の放射素子111を結ぶ直線の方向と異なる方向になるように構成されていることで、後述するシミュレーション結果が示すようにグレーティングローブが抑制される。 The center positions C1 to C4 of the four sub-arrays 11 are arranged in a direction different from the direction of the straight line connecting the closest plurality of radiating elements 111 included in each sub-array 11, thereby suppressing grating lobes as shown by simulation results to be described later.

なお、4つのサブアレー11のそれぞれには異なる位相の信号が給電されることにより、電波の放射方向を変化させることができる。複数のサブアレー11に給電される信号の位相差の基準値をτとした場合に、4つの前記サブアレーのうち1つのサブアレー11の給電位相に対して、他の3つのサブアレー11の給電位相は、それぞれτ、2τ、3τだけ進んでいることが望ましい。 By feeding signals of different phases to each of the four sub-arrays 11, it is possible to change the radiation direction of radio waves. When the reference value of the phase difference of the signals fed to the plurality of subarrays 11 is τ, the feed phase of one of the four subarrays 11 is preferably advanced by the feed phase of the other three subarrays 11 by τ, 2τ, and 3τ, respectively.

[シミュレーション結果]
以下、アレーアンテナ1Aの電波放射特性と比較例のアレーアンテナの電波放射特性のシミュレーション結果を説明する。シミュレーションにおいては、距離d=0.5λとしている。
[simulation result]
Simulation results of the radio wave radiation characteristics of the array antenna 1A and the radio wave radiation characteristics of the array antenna of the comparative example will be described below. In the simulation, the distance d=0.5λ.

図3は、シミュレーションで用いるパラメータを説明するための図である。アレーアンテナ1の面がXY平面上にあるとして、放射方向とZ方向との角度をθ、放射方向とX方向との角度をΦとする。 FIG. 3 is a diagram for explaining parameters used in the simulation. Assuming that the surface of the array antenna 1 is on the XY plane, the angle between the radiation direction and the Z direction is θ, and the angle between the radiation direction and the X direction is Φ.

図4は、図1、図2に示すアレーアンテナ1Aの第1シミュレーション、すなわちXZ平面内で主放射ビームの方向を変化させる場合の電波放射特性のシミュレーション結果を示す図である。図4(a)は、アレーアンテナ1Aのサブアレー11-1、11-2、11-3及び11-4を構成する各4つの放射素子の給電位相を示す図である。図4(a)においては、第2サブアレー11-2の給電位相に対して、第1サブアレー11-1の給電位相がτ、第3サブアレー11-3の給電位相が2τ、第4サブアレー11-4の給電位相が3τだけ進むようにしており、τを変化させることにより主放射ビームの方向が変化する。各サブアレーを構成する放射素子の給電位相としてはτ、2τ、3τの変化分だけを記載しており、放射素子間の固定的な位相差は表示していない。以下の例でも同様である。 FIG. 4 is a diagram showing the results of the first simulation of the array antenna 1A shown in FIGS. 1 and 2, that is, the simulation results of the radio wave radiation characteristics when the direction of the main radiation beam is changed within the XZ plane. FIG. 4(a) is a diagram showing the feeding phases of each of the four radiating elements forming the subarrays 11-1, 11-2, 11-3 and 11-4 of the array antenna 1A. In FIG. 4A, the feeding phase of the first sub-array 11-1 is advanced by τ, the feeding phase of the third sub-array 11-3 is advanced by τ, the feeding phase of the third sub-array 11-3 is advanced by 2τ, and the feeding phase of the fourth sub-array 11-4 is advanced by 3τ with respect to the feeding phase of the second sub-array 11-2. By changing τ, the direction of the main radiation beam changes. As for the feeding phase of the radiation elements constituting each subarray, only the changes of τ, 2τ, and 3τ are shown, and the fixed phase difference between the radiation elements is not shown. The same applies to the following examples.

図4(b)は、このような給電位相のアレーアンテナ1Aの電波放射特性を示す図である。図4(b)の横軸は放射方向とZ方向との角度θを示しており、縦軸は放射される電波の強度に相当するゲイン(dB)を示している。 FIG. 4(b) is a diagram showing radio wave radiation characteristics of the array antenna 1A having such a feeding phase. The horizontal axis of FIG. 4(b) indicates the angle θ between the radiation direction and the Z direction, and the vertical axis indicates the gain (dB) corresponding to the intensity of the radiated radio wave.

図4(b)における実線は、τ=0°の場合(すなわち、全てのサブアレー11の給電位相が同一である場合)の電波放射特性を示している。破線はτ=50°の場合を示しており、一点鎖線はτ=100°の場合を示しており、二点鎖線はτ=150°の場合を示している。どの場合においても主放射ビームのゲインに対してグレーティングローブのゲインは十分に低く抑制されている。 The solid line in FIG. 4(b) indicates the radio wave radiation characteristics when τ=0° (that is, when the feeding phases of all the subarrays 11 are the same). The dashed line indicates the case of τ=50°, the one-dot chain line indicates the case of τ=100°, and the two-dot chain line indicates the case of τ=150°. In all cases, the gain of the grating lobes is suppressed sufficiently low with respect to the gain of the main radiation beam.

図5は、アレーアンテナ1Aの第2シミュレーション、すなわちYZ平面内で主放射ビームの方向を変化させる場合の電波放射特性のシミュレーション結果を示す図である。図5(a)は、アレーアンテナ1Aのサブアレー11-1、11-2、11-3及び11-4を構成する各4つの放射素子の給電位相を示す図である。図5(a)においては、第1サブアレー11-1の給電位相に対して、第2サブアレー11-2の給電位相が2τ、第3サブアレー11-3の給電位相が3τ、第4サブアレー11-4の給電位相がτだけ進むようにしている。図5(b)に示すように、この場合においてもグレーティングローブが十分に抑制されている。 FIG. 5 is a diagram showing the results of the second simulation of the array antenna 1A, that is, the simulation results of the radio wave radiation characteristics when the direction of the main radiation beam is changed within the YZ plane. FIG. 5(a) is a diagram showing feeding phases of each of the four radiating elements forming the subarrays 11-1, 11-2, 11-3 and 11-4 of the array antenna 1A. In FIG. 5A, the feeding phase of the second sub-array 11-2 is 2τ, the feeding phase of the third sub-array 11-3 is 3τ, and the feeding phase of the fourth sub-array 11-4 is advanced by τ with respect to the feeding phase of the first sub-array 11-1. As shown in FIG. 5B, the grating lobes are sufficiently suppressed in this case as well.

図6は、比較例のアレーアンテナの第1シミュレーション結果を示す図である。比較例のアレーアンテナにおいては、図6(a)に模式的に示すように、複数のサブアレーがX方向において同一直線上に配置されている。つまり、サブアレー21-1と21-2、サブアレー21-3と21-4とはそれぞれ直線上に配置され、相互にサブアレーの放射素子の距離分だけずらして配置されている。サブアレー21-1の給電位相に対して、サブアレー21-4の給電位相がτ、サブアレー21-2の給電位相が2τ、サブアレー21-3の給電位相が3τだけ進むようにしている。この場合は、XZ平面(Φ=0°)において放射方向が変化し、グレーティングローブがある程度抑制されている。 FIG. 6 is a diagram showing first simulation results of the array antenna of the comparative example. In the array antenna of the comparative example, as schematically shown in FIG. 6A, a plurality of subarrays are arranged on the same straight line in the X direction. In other words, the subarrays 21-1 and 21-2, and the subarrays 21-3 and 21-4 are arranged on a straight line, respectively, and are arranged so as to be shifted from each other by the distance of the radiating elements of the subarrays. The feeding phase of the subarray 21-4 is advanced by τ, the feeding phase of the subarray 21-2 is advanced by 2τ, and the feeding phase of the subarray 21-3 is advanced by 3τ with respect to the feeding phase of the subarray 21-1. In this case, the radiation direction changes in the XZ plane (Φ=0°), and the grating lobes are suppressed to some extent.

図7は、比較例のアレーアンテナの第2シミュレーション結果を示す図である。サブアレー21-1の給電位相とサブアレー21-2の給電位相とは等しく、サブアレー21-3の給電位相とサブアレー21-4の給電位相とをτだけ進めている。この場合は、YZ平面(Φ=90°)において主放射ビームの方向が変化する。図7(b)においては、大きなグレーティングローブが発生していることがわかる。 FIG. 7 is a diagram showing a second simulation result of the array antenna of the comparative example. The feed phase of the subarray 21-1 and the feed phase of the subarray 21-2 are equal, and the feed phase of the subarray 21-3 and the feed phase of the subarray 21-4 are advanced by τ. In this case, the direction of the main beam of radiation changes in the YZ plane (Φ=90°). In FIG. 7B, it can be seen that large grating lobes are generated.

以上の比較結果から、本実施形態に係るアレーアンテナ1Aは、幅広く放射方向を変化させられるとともに、従来のアレーアンテナに比べてグレーティングローブを十分に抑制できることが確認できた。 From the above comparison results, it was confirmed that the array antenna 1A according to the present embodiment can widely change the radiation direction and can sufficiently suppress the grating lobe compared to the conventional array antenna.

<第2実施形態>
図8は、第2実施形態に係るアレーアンテナ1B及びアレーアンテナ1Cの構成を示す図である。アレーアンテナ1B及びアレーアンテナ1Cは、それぞれのサブアレー11が2つの放射素子111を有しているという点で図1に示したアレーアンテナ1Aと異なっている。アレーアンテナ1B及びアレーアンテナ1Cにおける2つの放射素子111の中心位置を結ぶ四角形の辺の方向は、2つの放射素子111を結ぶ直線の方向と異なっている。このような構成においてもグレーティングローブが抑制される。
<Second embodiment>
FIG. 8 is a diagram showing configurations of an array antenna 1B and an array antenna 1C according to the second embodiment. Array antenna 1B and array antenna 1C differ from array antenna 1A shown in FIG. 1 in that each subarray 11 has two radiating elements 111 . The direction of the side of the square connecting the center positions of the two radiating elements 111 in the array antennas 1B and 1C is different from the direction of the straight line connecting the two radiating elements 111 . Grating lobes are also suppressed in such a configuration.

<第3実施形態>
図9は、第3実施形態に係るアレーアンテナ1Dの構成を示す図である。アレーアンテナ1Dは、それぞれのサブアレー11が3つの放射素子111を有しているという点で図1に示したアレーアンテナ1Aと異なっている。アレーアンテナ1Dにおける3つの放射素子111の中心位置を結ぶ四角形の辺の方向は、3つの放射素子111により形成される三角形のそれぞれの辺の方向と異なっている。このような構成においてもグレーティングローブが抑制される。
<Third Embodiment>
FIG. 9 is a diagram showing the configuration of an array antenna 1D according to the third embodiment. Array antenna 1D differs from array antenna 1A shown in FIG. 1 in that each subarray 11 has three radiating elements 111. FIG. The directions of the sides of the quadrangle connecting the center positions of the three radiating elements 111 in the array antenna 1D are different from the directions of the sides of the triangle formed by the three radiating elements 111 . Grating lobes are also suppressed in such a configuration.

<第4実施形態>
図10は、第4実施形態に係るアレーアンテナ1Eの構成を示す図である。アレーアンテナ1Eは、9個のサブアレー11を有しているという点で図1に示したアレーアンテナ1Aと異なっている。アレーアンテナ1Eにおいては、複数のサブアレー11の中心位置を結ぶ直線の方向が、サブアレー11に含まれている複数の放射素子111のうち最も近い2つの放射素子111を結ぶ直線の方向と異なっている。このような構成のアレーアンテナ1Eにおいても、グレーティングローブが抑制される。
<Fourth Embodiment>
FIG. 10 is a diagram showing the configuration of an array antenna 1E according to the fourth embodiment. Array antenna 1E differs from array antenna 1A shown in FIG. In the array antenna 1E, the direction of the straight line connecting the center positions of the plurality of subarrays 11 is different from the direction of the straight line connecting the two closest radiating elements 111 among the plurality of radiating elements 111 included in the subarray 11. Grating lobes are also suppressed in the array antenna 1E having such a configuration.

<第5実施形態>
図11は、第5実施形態に係るアレーアンテナ1Fの構成を示す図である。アレーアンテナ1Fは、16個のサブアレー11を有しているという点で図1に示したアレーアンテナ1Aと異なっている。アレーアンテナ1Fにおいては、複数のサブアレー11の中心位置を結ぶ直線の方向が、サブアレー11に含まれている複数の放射素子111のうち最も近い2つの放射素子111を結ぶ直線の方向と異なっている。このような構成のアレーアンテナ1Fにおいても、グレーティングローブが抑制される。
<Fifth Embodiment>
FIG. 11 is a diagram showing the configuration of an array antenna 1F according to the fifth embodiment. Array antenna 1F differs from array antenna 1A shown in FIG. In the array antenna 1F, the direction of the straight line connecting the center positions of the plurality of subarrays 11 is different from the direction of the straight line connecting the two closest radiating elements 111 among the plurality of radiating elements 111 included in the subarray 11. Grating lobes are also suppressed in the array antenna 1F having such a configuration.

<その他の実施形態>
本発明に係るアレーアンテナ1の形態は、以上に例示した形態に限らず各種の変形が可能である。一例として、以上の説明においては、最も近い複数のサブアレー11の中心位置の間の第1方向の距離及び第2方向の距離が、d又は2dのいずれかであり、4つのサブアレー11の中心位置が正方形の頂点に配置されていたが、これらの距離はd又は2dに限らず、4つのサブアレー11の中心位置が長方形、平行四辺形又は台形の頂点に配置されていてもよい。
<Other embodiments>
The form of the array antenna 1 according to the present invention is not limited to the forms exemplified above, and various modifications are possible. As an example, in the above description, the distance in the first direction and the distance in the second direction between the center positions of the closest subarrays 11 are either d or 2d, and the center positions of the four subarrays 11 are arranged at the vertices of a square.

また、以上に例示した形態においては、サブアレー11が有する複数の放射素子111が正方形の頂点に配置されていたが、複数の放射素子111の位置関係は、複数のサブアレー11の中心位置を結ぶ直線の方向と、最も近い複数の放射素子111を結ぶ直線の方向とが一致しない限りにおいて、正方形の頂点以外の位置に配置されていてもよい。例えば、アレーアンテナが5つ以上のサブアレーを有しており、5つ以上のサブアレーの中心位置を結ぶ多角形の辺の方向が、サブアレーに含まれる最も近い複数の放射素子を結ぶ直線の方向と異なるように構成されていてもよい。 In the embodiment illustrated above, the plurality of radiating elements 111 of the subarray 11 are arranged at the vertices of the square, but the positional relationship of the plurality of radiating elements 111 may be arranged at positions other than the vertices of the square as long as the direction of the straight line connecting the center positions of the plurality of subarrays 11 does not coincide with the direction of the straight line connecting the nearest plurality of radiating elements 111. For example, the array antenna may have five or more subarrays, and the direction of the sides of the polygon connecting the center positions of the five or more subarrays may be different from the direction of the straight line connecting the closest radiating elements included in the subarrays.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments, and various modifications and changes are possible within the scope of the gist. For example, all or part of the device can be functionally or physically distributed and integrated in arbitrary units. Further, new embodiments resulting from arbitrary combinations of multiple embodiments are also included in the embodiments of the present invention. The effect of the new embodiment caused by the combination has the effect of the original embodiment.

1 アレーアンテナ
11 サブアレー
21 サブアレー
111 放射素子
112 給電口
1 array antenna 11 subarray 21 subarray 111 radiation element 112 feeding port

Claims (7)

アレーアンテナであって、
それぞれが複数の放射素子を含む少なくとも4つのサブアレーを有しており、
前記少なくとも4つのサブアレーの中心位置は、前記アレーアンテナに含まれるサブアレーの数以下の数の辺を有する多角形の頂点に配置されており、
前記複数の放射素子それぞれと、前記複数の放射素子それぞれと最も近い他の放射素子と、を結ぶ直線の方向が、前記多角形の辺の方向と異なっている、
アレーアンテナ。
an array antenna,
having at least four sub-arrays each containing a plurality of radiating elements;
center positions of the at least four subarrays are arranged at the vertices of a polygon having a number of sides equal to or less than the number of subarrays included in the array antenna;
a direction of a straight line connecting each of the plurality of radiating elements and another radiating element closest to each of the plurality of radiating elements is different from a direction of a side of the polygon;
array antenna.
前記少なくとも4つのサブアレーのそれぞれは、前記複数の放射素子として、正方形の頂点に配置された4つの放射素子を含んでいる、
請求項1に記載のアレーアンテナ。
each of the at least four sub-arrays includes, as the plurality of radiating elements, four radiating elements arranged at vertices of a square;
The array antenna according to claim 1.
前記少なくとも4つのサブアレーに含まれる4つのサブアレーが第1サブアレー、第2サブアレー、第3サブアレー及び第4サブアレーであり、前記複数の放射素子のうち第1放射素子と、前記第1放射素子に最も近い第2放射素子との距離をdとした場合、
前記第1サブアレーの中心位置と前記第2サブアレーの中心位置とは、第1方向においてdだけ離れており、前記第1方向と直交する第2方向において2dだけ離れており、
前記第2サブアレーの中心位置と前記第3サブアレーの中心位置とは、第1方向において2dだけ離れており、前記第2方向においてdだけ離れており、
前記第3サブアレーの中心位置と前記第4サブアレーの中心位置とは、第1方向においてdだけ離れており、前記第2方向において2dだけ離れており、
前記第4サブアレーの中心位置と前記第1サブアレーの中心位置とは、第1方向において2dだけ離れており、前記第2方向においてdだけ離れている、
請求項1又は2に記載のアレーアンテナ。
The four sub-arrays included in the at least four sub-arrays are a first sub-array, a second sub-array, a third sub-array, and a fourth sub-array, and when the distance between the first radiating element among the plurality of radiating elements and the second radiating element closest to the first radiating element is d,
the center position of the first sub-array and the center position of the second sub-array are separated by d in a first direction and separated by 2d in a second direction orthogonal to the first direction;
the center position of the second sub-array and the center position of the third sub-array are separated by 2d in the first direction and separated by d in the second direction;
the center position of the third sub-array and the center position of the fourth sub-array are separated by d in the first direction and separated by 2d in the second direction;
The center position of the fourth sub-array and the center position of the first sub-array are separated by 2d in the first direction and separated by d in the second direction,
The array antenna according to claim 1 or 2.
前記第1放射素子と前記第2放射素子との距離dは、前記アレーアンテナが放射する電波の波長をλとした場合に、0.5λ以上0.8λ未満である、
請求項3に記載のアレーアンテナ。
A distance d between the first radiating element and the second radiating element is 0.5λ or more and less than 0.8λ, where λ is the wavelength of radio waves radiated by the array antenna.
The array antenna according to claim 3.
前記サブアレーに給電される信号の位相差の基準値をτとした場合に、4つの前記サブアレーのうち1つの前記サブアレーの給電位相に対して、他の3つの前記サブアレーの給電位相は、それぞれτ、2τ、3τだけ進んでいる、
請求項1から4のいずれか一項に記載のアレーアンテナ。
When the reference value of the phase difference of the signals fed to the sub-arrays is τ, the feeding phase of one of the four sub-arrays is advanced by τ, 2τ, and 3τ in the feeding phases of the other three sub-arrays, respectively.
The array antenna according to any one of claims 1 to 4.
前記少なくとも4つのサブアレーのそれぞれは、前記複数の放射素子に対して同一の位置に配置された給電口をさらに有する、
請求項1から5のいずれか一項に記載のアレーアンテナ。
each of the at least four sub-arrays further having a feed port co-located with respect to the plurality of radiating elements;
The array antenna according to any one of claims 1 to 5.
少なくとも1つの前記サブアレーの給電口が、前記4つのサブアレーのそれぞれが有する前記複数の放射素子のうち、他の前記サブアレーに最も近い複数の放射素子を結ぶ線に囲まれた領域内に設けられている、
請求項6に記載のアレーアンテナ。
At least one feed port of the sub-array is provided in an area surrounded by lines connecting a plurality of radiating elements closest to other sub-arrays among the plurality of radiating elements of each of the four sub-arrays.
The array antenna according to claim 6.
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