JP2578711B2 - 低サイドローブアンテナ装置 - Google Patents
低サイドローブアンテナ装置Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
- H01Q21/22—Antenna units of the array energised non-uniformly in amplitude or phase, e.g. tapered array or binomial array
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- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Description
ビーム幅を大きくせずにサイドローブを低減することの
可能なアンテナ装置に関する。
テナパターンの良さを表す指標の一つにビーム幅とサイ
ドローブがあり、ビーム幅が小さい程、あるいはサイド
ローブが小さい程、アンテナパターンとしての性能が良
くなる。
ンテナ装置を構成し、アレイアンテナの指向性乗積の原
理、すなわちアンテナ装置を構成するアンテナのパター
ンにアレイファクタを乗ずることにより、アンテナ装置
のビーム幅を小さくしたパターンを合成する方法が知ら
れている。すなわち、図8は、かかるアンテナのビーム
幅を小さくするアンテナ装置の構成を示す概略図で、第
1のアンテナ101 と第2のアンテナ102 を、その中心間
距離aを、各アンテナ101 ,102 の開口長b以上に離し
て配置し、それによりアンテナ101 ,102 で構成される
アンテナ装置のアレイファクタの第1零点角度を、アン
テナ装置を構成している各アンテナ101,102 のパター
ンの第1零点角度より小さくし、アンテナのビーム幅を
小さくしている。
ターンの良さを表す指標となるビーム幅とサイドローブ
は相反する関係にある。すなわち、例えば上記従来のビ
ーム幅圧縮法によりビーム幅を小さくすると、サイドロ
ーブが大きくなり、サイドローブを小さくしようとする
とビーム幅が大きくなってしまう。
合、サイドローブを下げるとビーム幅が広がるため、分
解能が悪くなり、対象物の識別能力が低下し、多物体を
一物体と誤認する恐れが生ずる。逆にビーム幅を小さく
するとサイドローブが大きくなるため、観測方向に物体
がなくても、サイドローブ方向に物体があると、観測方
向に物体があるように誤って判断する恐れがある。
反する性質を持っているため、両者を共に最良の状態に
することは不可能であり、チェビシェフ分布のようにあ
るサイドローブの条件でビーム幅を最小にする分布、あ
るいはあるビーム幅の条件でサイドローブを最小にする
分布を考え、ビーム幅とサイドローブをある程度のとこ
ろで妥協しているのが現状である。
記問題点を解消するためになされたもので、アンテナパ
ターンのビーム幅を大きくすることなく、サイドローブ
を低減することが可能なアンテナ装置を提供することを
目的とするものである。
決するため、本発明は、2組の同一構成のアレイアンテ
ナを、該アレイアンテナの各電気的中心位置を低減すべ
きサイドローブの存在する方向にずらし、且つずらした
各アレイアンテナの各電気的中心位置間の距離により定
まるアレイファクタの第1零点の角度を前記各アレイア
ンテナの前記電気的中心位置を結ぶ方向のアンテナパタ
ーンの第1サイドローブ点の角度と一致させるように配
置し、且つ2組のアレイアンテナを同相で結合して、全
体のアンテナパターンのサイドローブを低減するように
構成するものである。
合成アンテナパターンは、アレイアンテナの指向性乗積
の原理により、2組のアレイアンテナの電気的中心位置
間距離により定まるアレイファクタとアンテナ装置を構
成する各アレイアンテナの電気的中心位置を結ぶ方向の
アンテナパターンを掛け合わせたパターンとなる。した
がって、アレイファクタの第1零点の角度を、各アレイ
アンテナの電気的中心位置を結ぶ方向のアンテナパター
ンの第1サイドローブ点の角度と一致させるように配置
すると、全体の合成アンテナパターンにおいて、各アレ
イアンテナの電気的中心位置を結ぶ方向のアンテナパタ
ーンの第1サイドローブ点の角度では、サイドローブが
生じなくなる。そして通常第1サイドローブの大きさが
サイドローブの中では最も大きくなるので、このように
構成したアンテナ装置では、サイドローブは非常に小さ
くなる。
状、立体状に素子を配列したもの、更には素子を等間隔
あるいは不等間隔に配列したものなど、種々のタイプの
ものがあり、それぞれ固有のアンテナパターンを有して
いるが、いずれのタイプのものであっても、それらには
それぞれ電気的中心位置すなわち位相基準点があり、そ
して同じ構成の2つのアレイアンテナを任意の方向にず
らして配置することにより、それらの電気的中心位置間
の距離に基づいて任意のアレイファクタを得ることがで
きるものである。したがって、任意の形状のアレイアン
テナでも、2組のアレイアンテナの各電気的中心位置
を、そのアレイアンテナにおいて低減すべきサイドロー
ブの存在する方向にずらし、そのずらした電気的中心位
置間の距離で定まるアレイファクタの第1零点の角度
を、ずらした各アレイアンテナの電気的中心位置を結ぶ
方向のアンテナパターンの第1サイドローブの角度と一
致させるように配置することができ、それにより上記の
ように低減すべき方向のサイドローブを非常に小さくす
ることができる。また、各アレイアンテナの電気的中心
位置を結ぶ方向のアンテナパターンの第1サイドローブ
点の角度とアレイファクタの第1零点の角度を一致させ
ようとすると、2組のアレイアンテナの電気的中心位置
間の距離は、アンテナ開口径より小さくしなければなら
ない。このため、パラボラアンテナのような実開口を有
するアンテナの場合には本発明を適用することは不可能
であるので、本発明で用いる2組のアンテナはアレイア
ンテナに限られる。
明に係るアンテナ装置の原理を示す概念図である。図に
おいて、1,2は2組の同一構成のアレイアンテナで、
それぞれアレイ素子3を素子間隔dでN個(図示例では
13個)x方向に配列して構成している。そして2組の
アレイアンテナ1,2の中心位置P1,P2をずらし、
その中心位置間距離d′により定まるアレイファクタの
第1零点の角度を、アレイアンテナ1,2のパターンの
第1サイドローブ点の角度と一致するように、非常に近
づけて配置する。そして2組のアレイアンテナ1,2を
同相で結合し、共通に励振するように構成している。な
お、同相で結合するということは、給電点Sから各アレ
イ素子3までの給電線路の長さが等しくなるように接続
することである。図1の概念図では、複雑になるため、
具体的な同相結合態様は省略して示していないが、同相
結合態様の一例を示すと、図2に示すようなパターンの
配線方式が用いられ、また移相器を介在させる方式や給
電点に近いアレイ素子への給電線路を迂回させる方式な
どがとられる。
の構成で、送信アンテナ及び受信アンテナとして使用が
可能であり、そしてアレイファクタとアレイアンテナの
パターンを掛け合わせたパターンが得られるので、アレ
イファクタの第1零点の角度とアレイアンテナパターン
の第1サイドローブ点の角度を一致させるように配置す
ると、サイドローブが低減された合成パターンが得られ
る。
を、素子間隔d,素子数Nの一様分布のアレイアンテナ
で構成したときに、サイドローブを低減するための中心
位置間距離d′の設定について説明する。
各アレイアンテナのパターンは、次式(1)で表され
る。 [ sin(N・2π/λ・d/2・ sinθ)/{N・ sin(2π/λ・ d/2・ sinθ)}]・g(θ) ・・・・・・(1)
ム方向からの角度、g(θ)はアレイアンテナを構成す
るアレイ素子のパターンである。(1)式より第1サイ
ドローブ点の角度θは、近似的に次式(2)を満足する
角度となる。 N・2π/λ・d/2・ sinθ=3π/2 ・・・・・・(2)
離をd′とすると、これによるアレイファクタは次式
(3)で表される。 cos(2π/λ・d′/2・ sinθ) ・・・・・・(3)
クタが第1零点となる条件は次式(4)で与えられる。 2π/λ・d′/2・ sinθ=π/2 ・・・・・・(4)
める中心位置間距離d′は次式(5)で与えられる。 d′=N/3・d ・・・・・・(5)
る場合には、d′はdの整数倍となり、アレイアンテナ
1,2が重なってしまうので、N≠3n(nは正の整
数)という条件が必要となる。
イアンテナが一様分布の場合におけるものであるが、こ
れ以外の分布においても、同様にして中心位置間距離の
条件を求めることができる。
素子数N=31、素子間隔d=0.5λとした本発明による
サイドローブを低減したアンテナ装置のシミュレーショ
ン結果を、図3〜図5に示す。この際、アレイ素子とし
ては、反射板付半波長ダイポールアンテナ(反射板から
の距離はλ/4)を用い、そのダイポール軸をx軸と直
交するy軸と一致させて配置し一様分布のアレイアンテ
ナを構成しているものを考慮して、シミュレーションを
行った。図3は、各アレイアンテナ1,2の電力パター
ンを示し、図4は、2組のアレイアンテナ1,2の中心
位置間距離に基づくアレイファクタのパターンを示し、
図5は、図1に示すように構成されたアンテナ装置の合
成電力パターンを示している。これらの図から、本発明
による構成を用いることにより、約−13dBであった最大
サイドローブレベルが、約−18dBに低減されたパターン
が得られることがわかる。またこの際、ビーム幅が大き
くならないばかりでなく、僅かではあるが、ビーム幅が
小さくなることもわかる。
シミュレーション結果と対比するために、図8に示した
従来のアンテナ装置のシミュレーション結果を図9〜図
11に示す。この場合、2組のアンテナとしては本発明に
関するアンテナ装置のアレイアンテナと同一のものを用
い、アンテナ間隔を20λとしてアンテナ装置を構成した
ものを考慮して、シミュレーションを行った。図9は2
組の各アンテナの電力パターンを示し、図10は2組のア
ンテナの中心位置間距離に基づくアレイファクタのパタ
ーンを示し、図11はアンテナ装置の合成電力パターンを
示している。
な構成例を図6に示す。この構成例は、各アレイアンテ
ナ11,12のアレイ素子として、それぞれパッチアンテナ
13,14を用いて構成したもので、各パッチアンテナ13,
14は同相で結合されアンテナ装置を構成している。アレ
イ素子である各パッチアンテナ13,14を同相で結合して
いるので、その等価回路は図7に示すように表すことが
できる。
本発明によれば、合成アンテナパターンにおいて、アレ
イアンテナの第1サイドローブ点の角度ではサイドロー
ブを生じさせず、したがってビーム幅を広げることなく
サイドローブの低減を図ることができる。
めの概念図である。
である。
ンテナの電力パターンを示す図である。
ンテナの中心位置間距離に基づくアレイファクタの電力
パターンを示す図である。
パターンを示す図である。
示す図である。
である。
のパターンを示す図である。
クタを示す図である。
ンを示す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 2組の同一構成のアレイアンテナを、該
アレイアンテナの各電気的中心位置を低減すべきサイド
ローブの存在する方向にずらし、且つずらした各アレイ
アンテナの各電気的中心位置間の距離により定まるアレ
イファクタの第1零点の角度を前記各アレイアンテナの
前記電気的中心位置を結ぶ方向のアンテナパターンの第
1サイドローブ点の角度と一致させるように配置し、且
つ2組のアレイアンテナを同相で結合して、全体のアン
テナパターンのサイドローブを低減するように構成した
ことを特徴とする低サイドローブアンテナ装置。 - 【請求項2】 前記2組の各アレイアンテナが、素子数
N,素子間隔dで一様分布構成であるとき、2組のアレ
イアンテナの各電気的中心位置間の距離d′を、d′=
(N/3)・d、 (但しN≠3n、nは正の整数)に
設定することを特徴とする請求項1記載の低サイドロー
ブアンテナ装置。
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