JP2023155028A - アレイアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】適用する装置構成に依らずに、高調波によるスプリアス成分を抑圧可能なアレイアンテナ装置を得ること。
【解決手段】アレイアンテナ装置は、複数のアンテナ素子と、複数の送受信モジュールと、合成分配回路と備える。各々の送受信モジュールは、受信信号に含まれる高調波信号を抑圧する高調波抑圧回路３を備える。各々の高調波抑圧回路３は、アンテナ素子と合成分配回路とを結ぶ伝送線路８と、各々が伝送線路８の途中の異なる分岐点から分岐するショートスタブ３１－１，３１－２を備える。ショートスタブ３１－１とショートスタブ３１－２との間の距離は、複数の高調波抑圧回路３の間でランダムな異なる長さに設定されている。
【選択図】図２

Description

本開示は、高調波抑圧回路を備えたアレイアンテナ装置に関する。

アレイアンテナ装置において、高調波によるスプリアス成分を抑圧する場合、装置内には、一般的に帯域通過型のフィルタ、又は低域通過型のフィルタが用いられることが多い。しかしながら、この構成の場合、フィルタによる回路面積の増大、及び通過損失の増大による性能劣化が課題となる。

この種の課題に対して、下記特許文献１に示される技術では、９０度ハイブリッド回路を用いた構成とすることで、フィルタを用いず高調波の抑圧を行っていた。

特開２００７－２５１７９４号公報

しかしながら、上記特許文献１は、クロスダイポールアンテナを有するアレイアンテナ装置に特化した技術であり、高調波抑圧機能を付加する９０度ハイブリッド回路は、クロスダイポールアンテナに対応して予め設けられていた。即ち、上記特許文献１に代表される従来技術は、予め設けられていた９０度ハイブリッド回路に固有の技術であり、適用範囲が限定されているという課題があった。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、適用する装置構成に依らずに、高調波によるスプリアス成分を抑圧可能なアレイアンテナ装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係るアレイアンテナ装置は、複数のアンテナ素子と、複数の送受信モジュールと、合成分配回路とを備える。複数のアンテナ素子は、送受共用であり、アレイアンテナを形成する。複数の送受信モジュールは、アンテナ素子と１対１で接続される。合成分配回路は、送受信モジュールの各々が受信した第１の信号を合成して入出力端子に出力すると共に、入出力端子から伝送された第２の信号を送受信モジュールの各々に分配する。各々の送受信モジュールは、第１の信号に含まれる高調波信号を抑圧する高調波抑圧回路を備える。各々の高調波抑圧回路は、アンテナ素子と合成分配回路とを結ぶ伝送線路と、各々が伝送線路の途中の異なる分岐点から分岐する２つのショートスタブである第１及び第２のショートスタブを備える。第１のショートスタブと第２のショートスタブとの間の距離は、複数の高調波抑圧回路の間でランダムな異なる長さに設定されている。

本開示に係るアレイアンテナ装置によれば、適用する装置構成に依らずに、高調波によるスプリアス成分を抑圧できるという効果を奏する。

実施の形態１に係るアレイアンテナ装置の構成例を示す図 実施の形態１に係る高調波抑圧回路の構成例を示す図 実施の形態１に係る高調波抑圧回路の通過位相特性の一例を示す図 実施の形態２に係るアレイアンテナ装置の構成例を示す図 実施の形態２に係る高調波抑圧回路の構成例を示す図 実施の形態３に係る高調波抑圧回路の構成例を示す図

以下に添付図面を参照し、本開示の実施の形態に係るアレイアンテナ装置について詳細に説明する。なお、以下の記載において、同種の複数の構成要素については、ハイフン及び添字を付した符号で示すが、各構成要素を個々に区別しないで説明する場合には、ハイフン及び添字の表記を適宜省略する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るアレイアンテナ装置１００の構成例を示す図である。図１において、実施の形態１に係るアレイアンテナ装置１００は、アンテナ素子１－１，１－２，１－３，…，１－ｍと、送受信モジュール２－１，２－２，２－３，…，２－ｍと、合成分配回路４と、ＲＦ（Radio Frequency）端子５とを備える。ｍは、２以上の整数である。また、送受信モジュール２の各々は、高調波抑圧回路３を備える。

アンテナ素子１－１，１－２，１－３，…，１－ｍは、アレイアンテナを形成するために設けられた送受共用の複数のアンテナ素子である。送受信モジュール２－１，２－２，２－３，…，２－ｍは、各々が対応するアンテナ素子１－１，１－２，１－３，…，１－ｍに接続される。即ち、複数の送受信モジュール２は、対応するアンテナ素子１に１対１で接続される。

ＲＦ端子５は、ＲＦ信号の入出力端子である。合成分配回路４は、送受信モジュール２の各々が受信した受信信号を合成してＲＦ端子５に出力すると共に、ＲＦ端子５から伝送された送信信号を送受信モジュール２の各々に分配する。なお、本稿では、送受信モジュール２の各々が受信した受信信号を「第１の信号」と呼び、ＲＦ端子５から伝送された送信信号を「第２の信号」と呼ぶことがある。

図２は、実施の形態１に係る高調波抑圧回路３の構成例を示す図である。実施の形態１に係る高調波抑圧回路３は、高調波にて共振する２つのショートスタブ３１－１，３１－２を備える。２つのショートスタブ３１－１，３１－２は、各々がアンテナ素子１と合成分配回路４とを結ぶ伝送線路８に接続される。２つのショートスタブ３１－１，３１－２は、各々が伝送線路８に対して同一方向で、且つ直交する方向に延びている。但し、ショートスタブ３１－１，３１－２の延びる方向は、必ずしも同一方向でなくてもよい。ショートスタブ３１－１，３１－２は、伝送線路８に対して、必ずしも完全な直交方向でなくてもよく、多少ずれていてもよい。このような構成の高調波抑圧回路３は、どのような構造の送受信モジュール２にも搭載可能であり、また、アンテナ素子１の構成及び構造にも依存しない。なお、本稿では、ショートスタブ３１－１を「第１のショートスタブ」と呼び、ショートスタブ３１－２を「第２のショートスタブ」と呼ぶことがある。

また、本稿では、図２に示すように、ショートスタブ３１－１の伝送線路８における分岐点８Ａと、ショートスタブ３１－２の伝送線路８における分岐点８Ｂとの間の距離を相対距離Ｌとして定義する。図２の例では、Ｌ＝Ｌ０に設定されている。この長さＬ０は、複数の高調波抑圧回路３の間で異なり、且つランダムに設定されている。ランダムに設定されているとは、複数の高調波抑圧回路３の相互間において、長さＬ０が、例えば一様乱数値で設定されていることを意味する。なお、ここで挙げた一様乱数値は一例であり、任意の分布の乱数列を用いることができる。

次に、実施の形態１に係るアレイアンテナ装置１００における高調波抑圧回路３の動作について説明する。まず、送受信モジュール２で発生した高調波は、送受信モジュール２の内部で高調波抑圧回路３を通過する。このとき、高調波抑圧回路３に具備されるショートスタブ３１は、高調波にて共振するため、高調波の通過位相特性は、基本波と比較して急峻に変化する特性となる。図３は、実施の形態１に係る高調波抑圧回路３の通過位相特性の一例を示す図である。

図３の横軸は周波数を表し、縦軸は通過位相を表している。また、図３において、実線は、相対距離Ｌの長さが「Ｌ０」である場合の通過位相特性を表し、破線は、相対距離Ｌの長さが「Ｌ０’」である場合の通過位相特性を表している。また、「_１ｓｔ」の添字は、基本波の通過位相特性を表し、「_２ｎｄ」の添字は、２次高調波の通過位相特性を表している。図３では、複数の高調波の中から、２次高調波を一例として示している。

前述したように、実施の形態１に係る高調波抑圧回路３では、相対距離Ｌがランダムに設定されている。このため、図３の「Ｌ０_１ｓｔ」及び「Ｌ０’_１ｓｔ」に示されるように、基本波に対する通過位相特性の変動は無視できる範囲にある。一方、図３の「Ｌ０_２ｎｄ」及び「Ｌ０’_２ｎｄ」に示されるように、２次高調波の通過位相特性は、他の高調波抑圧回路３との間で非常に急峻に変化する。この理由は、相対距離Ｌが、複数の高調波抑圧回路３の間でランダムに設定されているからである。これにより、高調波抑圧回路３を通過した送信信号がアレイアンテナで合成されるとき、基本波は位相が同相で合成されるのに対し、高調波は位相がランダムに変化した状態で合成される。同様に、高調波抑圧回路３を通過した受信信号が合成分配回路４で合成されるとき、基本波は位相が同相で合成されるのに対し、高調波は位相がランダムに変化した状態で合成される。その結果、基本波の合成利得に対して高調波の合成利得は低くなり、高調波によるスプリアス成分の抑圧が可能となる。

以上説明したように、実施の形態１に係るアレイアンテナ装置は、複数のアンテナ素子と、複数の送受信モジュールと、合成分配回路とを備える。複数のアンテナ素子は、送受共用であり、アレイアンテナを形成する。複数の送受信モジュールは、アンテナ素子と１対１で接続される。合成分配回路は、送受信モジュールの各々が受信した第１の信号を合成して入出力端子に出力すると共に、入出力端子から伝送された第２の信号を送受信モジュールの各々に分配する。各々の送受信モジュールは、第１の信号に含まれる高調波信号を抑圧する高調波抑圧回路を備える。各々の高調波抑圧回路は、アンテナ素子と合成分配回路とを結ぶ伝送線路と、各々が伝送線路の途中の異なる分岐点から分岐する２つのショートスタブである第１及び第２のショートスタブを備える。第１のショートスタブと第２のショートスタブとの間の距離は、複数の高調波抑圧回路の間でランダムな異なる長さに設定されている。これにより、高調波抑圧回路では、基本波の合成利得に対して高調波の合成利得を低くできるので、高調波によるスプリアス成分の抑圧が可能となる。従って、このように構成された高調波抑圧回路を用いれば、適用する装置構成に依らずに、高調波によるスプリアス成分を抑圧可能なアレイアンテナ装置を得ることができる。

実施の形態２．
図４は、実施の形態２に係るアレイアンテナ装置１００Ａの構成例を示す図である。実施の形態２に係るアレイアンテナ装置１００Ａと、図１に示すアレイアンテナ装置１００とを比較すると、図４では、高調波抑圧回路３が高調波抑圧回路６に置き替えられている。その他の構成は、実施の形態１に係るアレイアンテナ装置１００と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付し、重複する説明は割愛する。

図５は、実施の形態２に係る高調波抑圧回路６の構成例を示す図である。基本的な構成は、図２に示す実施の形態１に係る高調波抑圧回路３と同一又は同等であり、同一又は同等の部位には同一の符号又は記号を付し、重複する説明は適宜割愛する。

実施の形態２に係る高調波抑圧回路６では、実施の形態１と同様に、２つのショートスタブ３１－１，３１－２間の相対距離Ｌの長さＬ０は、複数の高調波抑圧回路６の間でランダムな異なる長さに設定されている。これに加え、高調波抑圧回路６では、２つのショートスタブ３１－１，３１－２の長さであるスタブ長が、他の送受信モジュール２の高調波抑圧回路６との間でランダムな異なる長さに設定されている。ランダムの意味は、相対距離Ｌの場合と同様である。具体的には、図５に示すように、ショートスタブ３１－１のスタブ長をＬ１で表すと、スタブ長Ｌ１は、他の高調波抑圧回路６との間でランダムな異なる長さに設定されている。同様に、ショートスタブ３１－２のスタブ長をＬ２で表すと、スタブ長Ｌ２は、他の高調波抑圧回路６との間でランダムな異なる長さに設定されている。

次に、実施の形態２に係るアレイアンテナ装置１００Ａにおける高調波抑圧回路６の動作について説明する。まず、送受信モジュール２で発生した高調波は、送受信モジュール２の内部で高調波抑圧回路６を通過する。このとき、高調波抑圧回路６に具備されるショートスタブ３１は、高調波にて共振するため、高調波の通過位相特性は、基本波と比較して急峻に変化する特性となる。各々の高調波抑圧回路６では、相対距離Ｌの長さＬ０がランダムな異なる長さに設定されているので、実施の形態１の効果を享受することができる。また、各々の高調波抑圧回路６では、スタブ長Ｌ１，Ｌ２の長さがランダムな異なる長さに設定されているので、特定の高調波だけでなく、より多くの高調波に対して、基本波の合成利得に対する高調波の合成利得を低く抑えることができる。これにより、高調波によるスプリアス成分をより広帯域な範囲で抑圧することが可能となる。

以上説明したように、実施の形態２に係るアレイアンテナ装置によれば、各々の高調波抑圧回路は、アンテナ素子と合成分配回路とを結ぶ伝送線路と、各々が伝送線路の途中の異なる分岐点から分岐する２つのショートスタブである第１及び第２のショートスタブを備える。第１のショートスタブと第２のショートスタブとの間の距離は、複数の高調波抑圧回路の間でランダムな異なる長さに設定されている。また、第１のショートスタブの長さである第１のスタブ長は、複数の高調波抑圧回路の間でランダムな異なる長さに設定され、且つ、第２のショートスタブの長さである第２のスタブ長は、複数の高調波抑圧回路の間でランダムな異なる長さに設定されている。これにより、実施の形態２に係る高調波抑圧回路によれば、実施の形態１の効果を享受しつつ、高調波によるスプリアス成分をより広帯域な範囲で抑圧することが可能となる。

実施の形態３．
図６は、実施の形態３に係る高調波抑圧回路６Ａの構成例を示す図である。実施の形態３に係る高調波抑圧回路６Ａと、図５に示す実施の形態２に係る高調波抑圧回路６とを比較すると、図６では、ショートスタブ３１の数が２からｎ（ｎは３以上の整数）に増加している。なお、図６において、図５に示す高調波抑圧回路６と同一又は同等の部位には同一の符号又は記号を付し、重複する説明は適宜割愛する。

実施の形態３に係る高調波抑圧回路６Ａでは、実施の形態１と同様に、２つのショートスタブ３１－１，３１－２間の相対距離Ｌの長さＬ０_１は、複数の高調波抑圧回路６Ａの間でランダムな異なる長さに設定されている。また、ショートスタブ３１－ｎにおいて、隣接する図示しないショートスタブとの間の相対距離Ｌの長さＬ０_ｎ－１は、複数の高調波抑圧回路６Ａの間でランダムな異なる長さに設定されている。即ち、実施の形態３に係る高調波抑圧回路６Ａでは、３以上のショートスタブ３１において、隣接する２つのショートスタブ３１の間の相対距離Ｌの長さは、複数の高調波抑圧回路６Ａの間でランダムな異なる長さに設定されている。

上記に加え、実施の形態３に係る高調波抑圧回路６Ａでは、３つのショートスタブ３１の長さであるスタブ長が、他の送受信モジュール２の高調波抑圧回路６Ａとの間でランダムな異なる長さに設定されている。具体的には、実施の形態２と同様に、ショートスタブ３１－１，３１－２のスタブ長Ｌ１，Ｌ２は、他の高調波抑圧回路６Ａとの間でランダムな異なる長さに設定されている。同様に、ショートスタブ３１－ｎのスタブ長をＬｎで表すと、スタブ長Ｌｎは、他の高調波抑圧回路６Ａとの間でランダムな異なる長さに設定されている。

実施の形態３に係る高調波抑圧回路６Ａの構成は、実施の形態２に係る高調波抑圧回路６におけるショートスタブ３１の数をｎ本に拡張したものである。従って、実施の形態３に係る高調波抑圧回路６Ａによれば、実施の形態２に係る高調波抑圧回路６に比べて、より広帯域に、且つより大きな高調波によるスプリアス成分の抑圧が可能となる。

なお、図６の構成では、実施の形態２と同様に、ショートスタブ３１－１，３１－２，…，３１－ｎのスタブ長Ｌ１，Ｌ２，…，Ｌｎが、他の高調波抑圧回路６Ａとの間でランダムな異なる長さに設定されているが、この構成に限定されない。実施の形態１と同様に、隣接するショートスタブ３１間において、相対距離Ｌの長さのみがランダムな異なる長さに設定される構成でもよい。この構成であっても、高調波によるスプリアス成分の抑圧をより広帯域化する効果が得られる。

以上説明したように、実施の形態３に係るアレイアンテナ装置によれば、各々の高調波抑圧回路は、アンテナ素子と合成分配回路とを結ぶ伝送線路と、各々が伝送線路の途中の異なる分岐点から分岐する３以上のショートスタブを備える。これらの３以上のショートスタブにおいて、隣接する２つのショートスタブ間の距離は、複数の高調波抑圧回路の間でランダムな異なる長さに設定されている。この構成により、実施の形態１の効果を享受しつつ、高調波によるスプリアス成分をより広帯域な範囲で抑圧することが可能となる。

また、上記の構成において、各々の高調波抑圧回路は、更に３以上のショートスタブのスタブ長が複数の高調波抑圧回路の間で、対応するショートスタブごとに、ランダムな異なる長さに設定されていてもよい。このように構成されていれば、実施の形態２に係る高調波抑圧回路に比べて、より広帯域に、且つより大きな高調波によるスプリアス成分の抑圧が可能となる。

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１－１，１－２，１－３，…，１－ｍ アンテナ素子、２－１，２－２，２－３，…，２－ｍ 送受信モジュール、３，６，６Ａ 高調波抑圧回路、４ 合成分配回路、５ ＲＦ端子、８ 伝送線路、８Ａ，８Ｂ 分岐点、３１－１，３１－２，…，３１－ｎ ショートスタブ、１００，１００Ａ アレイアンテナ装置。

Claims (4)

1. アレイアンテナを形成する送受共用の複数のアンテナ素子と、
   前記アンテナ素子と１対１で接続される複数の送受信モジュールと、
   前記送受信モジュールの各々が受信した第１の信号を合成して入出力端子に出力すると共に、前記入出力端子から伝送された第２の信号を前記送受信モジュールの各々に分配する合成分配回路と、
   を備え、
   各々の前記送受信モジュールは、前記第１の信号に含まれる高調波信号を抑圧する高調波抑圧回路を備え、
   各々の前記高調波抑圧回路は、
   前記アンテナ素子と前記合成分配回路とを結ぶ伝送線路と、
   各々が前記伝送線路の途中の異なる分岐点から分岐する２つのショートスタブである第１及び第２のショートスタブと、
   を備え、
   前記第１のショートスタブと、前記第２のショートスタブとの間の距離は、複数の前記高調波抑圧回路の間でランダムな異なる長さに設定されている
   ことを特徴とするアレイアンテナ装置。
2. 前記第１のショートスタブの長さである第１のスタブ長は、複数の前記高調波抑圧回路の間でランダムな異なる長さに設定され、且つ、前記第２のショートスタブの長さである第２のスタブ長は、複数の前記高調波抑圧回路の間でランダムな異なる長さに設定されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のアレイアンテナ装置。
3. アレイアンテナを形成する送受共用の複数のアンテナ素子と、
   前記アンテナ素子と１対１で接続される複数の送受信モジュールと、
   前記送受信モジュールの各々が受信した第１の信号を合成して入出力端子に出力すると共に、前記入出力端子から伝送された第２の信号を前記送受信モジュールの各々に分配する合成分配回路と、
   を備え、
   各々の前記送受信モジュールは、前記第１の信号に含まれる高調波信号を抑圧する高調波抑圧回路を備え、
   各々の前記高調波抑圧回路は、
   前記アンテナ素子と前記合成分配回路とを結ぶ伝送線路と、
   各々が前記伝送線路の途中の異なる分岐点から分岐する３以上のショートスタブと、
   を備え、
   ３以上の前記ショートスタブにおいて、隣接する２つのショートスタブ間の距離は、複数の前記高調波抑圧回路の間でランダムな異なる長さに設定されている
   ことを特徴とするアレイアンテナ装置。
4. ３以上の前記ショートスタブのスタブ長は、複数の前記高調波抑圧回路の間で、対応するショートスタブごとに、ランダムな異なる長さに設定されている
   ことを特徴とする請求項３に記載のアレイアンテナ装置。

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