JP2717264B2 - Phased array antenna - Google Patents
Phased array antennaInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、フェーズド・アレイ・アンテナに関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a phased array antenna.
（従来の技術） 飛行機などに搭載されるアンテナとして、近年、マイ
クロ・ストリップ・アンテナの開発がさかんに行なわれ
ている。(Prior Art) In recent years, microstrip antennas have been actively developed as antennas mounted on airplanes and the like.
第４図はこのようなマイクロ・ストリップ・アンテナ
の一例を示す斜視図、第５図はこのマイクロ・ストリッ
プ・アンテナの一部裁断斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing an example of such a microstrip antenna, and FIG. 5 is a partially cut perspective view of the microstrip antenna.
これらの図に示すマイクロ・ストリップ・アンテナ
は、アンテナのベースとなる絶縁基板100と、この絶縁
基板100の下面側に形成されるグランド面101と、前記絶
縁基板100の上面側に形成される励振素子（金属板）102
と、前記励振素子102に接続される給電線103とを備えて
いる。The microstrip antenna shown in these figures includes an insulating substrate 100 serving as a base of the antenna, a ground surface 101 formed on the lower surface side of the insulating substrate 100, and an excitation substrate formed on the upper surface side of the insulating substrate 100. Element (metal plate) 102
And a power supply line 103 connected to the excitation element 102.
この場合、このマイクロ・ストリップ・アンテナにお
いては、偏波面が回転する電波（円偏波）を生成するた
めに、励振素子102の周縁部に切欠き120が形成されてい
る。In this case, in the microstrip antenna, a notch 120 is formed in the periphery of the excitation element 102 in order to generate a radio wave (circularly polarized wave) whose polarization plane rotates.
そして、前記給電線103に高周波信号が供給されたと
き、このマイクロ・ストリップ・アンテナによって円偏
波が生成され、これが空中（この図において、上面側）
に放射される。When a high-frequency signal is supplied to the power supply line 103, a circularly polarized wave is generated by the microstrip antenna, and the circularly polarized wave is generated in the air (upper side in this figure).
Is radiated.
このようにこのマイクロ・ストリップ・アンテナにお
いては、アンテナ全体を極めて薄くすることができると
ともに、円偏波を生成できるので、飛行機用などのアン
テナとして極めて有望視され、これを変形した種々のア
ンテナも開発されている。As described above, in this microstrip antenna, the entire antenna can be made extremely thin, and circularly polarized waves can be generated. Therefore, it is extremely promising as an antenna for an airplane or the like, and various antennas modified from this are also considered. Is being developed.
第６図はこのようなマイクロ・ストリップ・アンテナ
を用いたフェーズド・アレイ・アンテナの一例を示す斜
視図である。FIG. 6 is a perspective view showing an example of a phased array antenna using such a microstrip antenna.
この図に示すフェーズド・アレイ・アンテナは、皿状
に形成されるケース105と、このケース105の開口部側を
覆うレドーム106とを備えており、このケース105内には
アンテナ部107が収納されている。The phased array antenna shown in FIG. 1 includes a case 105 formed in a dish shape, and a radome 106 that covers an opening of the case 105. An antenna unit 107 is housed in the case 105. ing.
アンテナ部107は、第７図に示す如くテフロングラス
基板108と、このテフロングラス基板108上に形成される
複数の励振素子109と、これらの各励振素子109に各々接
続される可変移相基（バリアブル・フェーズ・シフタ）
110と、これら各可変移相器110に接続される分配・結合
器111と、前記各可変移相器110を制御する制御器113と
を備えている。As shown in FIG. 7, the antenna unit 107 includes a Teflon glass substrate 108, a plurality of excitation elements 109 formed on the Teflon glass substrate 108, and a variable phase shifter (each connected to each of these excitation elements 109). Variable phase shifter)
The variable phase shifter 110 includes a distributor / combiner 111 connected to the variable phase shifters 110, and a controller 113 for controlling the variable phase shifters 110.
そして、ケース105の同軸コネクタ112を介して高周波
信号が供給されたとき、分配・結合器111によってこれ
が各可変移相器110に分配される。また、ケース105のコ
ネクタ114を介して方向指定データが入力されたとき、
制御器113によって各可変移相器110の移相角度が制御さ
れて、各励振素子109に供給される高周波信号の位相が
制御される。Then, when a high-frequency signal is supplied via the coaxial connector 112 of the case 105, the high-frequency signal is distributed to the respective variable phase shifters 110 by the distributor / coupler 111. When the direction designation data is input via the connector 114 of the case 105,
The phase shift angle of each variable phase shifter 110 is controlled by the controller 113, and the phase of the high-frequency signal supplied to each excitation element 109 is controlled.
これによって、これら各励振素子109から出射される
円偏波の位相がずれて、前記方向指定データによって指
定された方向に電波が出射される。As a result, the phases of the circularly polarized waves emitted from the respective excitation elements 109 are shifted, and the radio waves are emitted in the direction designated by the direction designation data.
また、これら各励振素子109が電波を受信して高周波
信号を発生すれば、各可変移相器110により前記方向指
定データで指定された順序で前記各高周波信号がシフト
されて分配・結合器111に供給されるとともに、この分
配・結合器111によって合成されて、この合成結果（高
周波信号）が同軸コネクタ112を介して出力される。When each of these excitation elements 109 receives a radio wave and generates a high-frequency signal, each of the high-frequency signals is shifted by each variable phase shifter 110 in the order specified by the direction specifying data, and distributed / combined. , And are combined by the distributor / combiner 111, and the combined result (high-frequency signal) is output via the coaxial connector 112.
ところでこのような従来のフェーズド・アレイ・アン
テナにおいては、テフロングラス基板108上に、複数の
励振素子109と、複数の可変移相器110と、分配・結合器
111と、制御器113とを配置しているので、アンテナ全体
の面積を小さくすることができないという問題があっ
た。Meanwhile, in such a conventional phased array antenna, a plurality of excitation elements 109, a plurality of variable phase shifters 110, a distributing / combining
Since the controller 111 and the controller 113 are arranged, there is a problem that the area of the entire antenna cannot be reduced.
そこで、このような不都合を除くために、テフロング
ラス基板108を分割して、励振素子基板と、駆動回路基
板とを別々に作成し、励振素子基板のみをケース105内
に収納して機体に装備し、ケース105の面積を小さくす
ることも考えられるが、このようにすると、ケース105
から多数の同軸ケーブルを引出して、これらを機内の駆
動回路基板に接続しなければならないので、各同軸ケー
ブルの接続分だけ製造コストが高くなってしまい、かつ
機体に形成されるケーブル用の穴も大きくなるように問
題が生じる。Therefore, in order to eliminate such inconvenience, the Teflon glass substrate 108 is divided, the excitation element substrate and the drive circuit substrate are separately created, and only the excitation element substrate is housed in the case 105 and mounted on the body. Then, it is conceivable to reduce the area of the case 105, but in this case, the case 105
Since many coaxial cables must be pulled out of the machine and connected to the drive circuit board inside the machine, the manufacturing cost is increased by the connection of each coaxial cable, and the cable holes formed in the machine are also required. The problem arises that it becomes larger.
また、機体装備上、重量、振動などのためあまり太い
同軸ケーブルを使用することができないので、比較的細
いケーブルを使用する事になり、同軸ケーブルにおける
電力損失が大きくなってしまう。In addition, since a heavy coaxial cable cannot be used due to the weight, vibration, and the like of the equipment, a relatively thin cable is used, and power loss in the coaxial cable increases.
（発明の目的） 本発明は上記の事情に鑑み、多数の同軸ケーブルを用
いることなく、アンテナ全体の面積を小さくすることが
できるフェーズド・アレイ・アンテナを提供することを
目的としている。(Object of the Invention) In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a phased array antenna capable of reducing the area of the entire antenna without using a large number of coaxial cables.
（発明の概要） 上記の問題点を解決するために本発明によるフェーズ
ド・アレイ・アンテナにおいては、複数の放射素子が搭
載されたアレイアンテナ板と、複数の移相器および各移
相器に接続される分配・結合器を平面回路により形成し
た駆動回路板と、を備え、該駆動回路板上にアレイアン
テナ板を積層すると共に、互いに上下位置関係にある前
記各放射素子と各移相器とを各々接続したことを特徴と
する。(Summary of the Invention) In order to solve the above problems, a phased array antenna according to the present invention is connected to an array antenna plate on which a plurality of radiating elements are mounted, a plurality of phase shifters, and each phase shifter. And a driving circuit board formed by a planar circuit with a distributing / coupling device, and stacking an array antenna plate on the driving circuit board, and the radiating elements and the phase shifters in a vertical positional relationship with each other. Are connected to each other.
（実施例） 第１図は本発明によるフェーズド・アレイ・アンテナ
の一実施例を示す分解斜視図である。(Embodiment) FIG. 1 is an exploded perspective view showing an embodiment of a phased array antenna according to the present invention.
この図に示すフェーズド・アレイ・アンテナは、皿状
に形成されるケース１と、このケース１の開口部側を覆
うレドーム２とを備えており、このケース１内にはアン
テナ部３が収納されている。The phased array antenna shown in FIG. 1 includes a case 1 formed in a dish shape, and a radome 2 that covers the opening side of the case 1, and the antenna unit 3 is housed in the case 1. ing.
アンテナ部３は、駆動回路板４と、励振素子基板５
と、無給電素子基板６とが積層されたものであり、ケー
ス１内に収納された状態で、このケース１に設けられた
同軸コネクタ1aと、コネクタ1bとに接続される。The antenna unit 3 includes a driving circuit board 4 and an excitation element substrate 5
And the parasitic element substrate 6 are stacked, and are housed in the case 1 and connected to the coaxial connector 1a and the connector 1b provided in the case 1.
駆動回路板４は、第２図に示す如くテフロングラス基
板７と、このテフロングラス基板７の下面（あるいは、
上面）に配置される複数の可変移相器（バリアブル・フ
ェーズ・シフタ）８と、これら各可変移相器８に接続さ
れる分配・結合器９と、この分配・結合器９に接続され
る同軸コネクタ10と、前記各可変移相器８の移相角を制
御する制御器11と、この制御器11に接続されるコネクタ
12、及びグランド面7bとを備えており、アンテナ部３を
ケース１内に押し込んだとき、同軸コネクタ10と前記同
軸コネクタ1aと接続されるとともに、コネクタ12と、コ
ネクタ1bが接続される。The drive circuit board 4 includes a Teflon glass substrate 7 as shown in FIG.
A plurality of variable phase shifters (variable phase shifters) 8 arranged on the upper surface, distribution / combiners 9 connected to the respective variable phase shifters 8, and connected to the distribution / combiners 9 A coaxial connector 10, a controller 11 for controlling a phase shift angle of each of the variable phase shifters 8, and a connector connected to the controller 11
12 and a ground plane 7b. When the antenna unit 3 is pushed into the case 1, the coaxial connector 10 is connected to the coaxial connector 1a, and the connector 12 is connected to the connector 1b.
また励振素子基板５は、テフロングラス基板18と、テ
フロングラス基板18上に配置される複数の励振素子（金
属板）16と、前記テフロングラス基板18の下面に形成さ
れるグランド面17と、前記テフロングラス基板18の四周
に配置されるスペーサ19とを備えており、励振素子基板
５と、駆動回路板４とを貫通するように設けられたワイ
ヤ13、14によって各励振素子16と、各可変移相器８とが
接続される。なお、第２図中に於てテフロングラス基板
７は二重構造とする（二枚のテフロングラス板を積層す
る）ことにより一枚の基板を夫々形成しているように図
示されているが、これは一例である。The excitation element substrate 5 includes a Teflon glass substrate 18, a plurality of excitation elements (metal plates) 16 disposed on the Teflon glass substrate 18, a ground surface 17 formed on the lower surface of the Teflon glass substrate 18, A spacer 19 is provided around the periphery of the Teflon glass substrate 18, and each excitation element 16 is controlled by wires 13 and 14 provided so as to penetrate the excitation element substrate 5 and the drive circuit board 4. The phase shifter 8 is connected. In FIG. 2, the Teflon glass substrate 7 is shown as having a double structure (two Teflon glass plates are laminated) to form one substrate each. This is an example.
この場合、第３図に示す如く各励振素子16の各給電点
間アイソレーションが所定値以下となり（例えば、中心
点からのオフセット角度が105度となる点）、かつイン
ピーダンスが“50Ω”となる点で、各励振素子16と、各
ワイヤ13、14とが接続されている。なお、詳細は、同日
送付した特許願、スタック型マイクロストリップアンテ
ナ（１）、または（２）に記載したもので、ここでは省
略する。In this case, as shown in FIG. 3, the isolation between each feeding point of each excitation element 16 becomes a predetermined value or less (for example, a point at which the offset angle from the center point becomes 105 degrees), and the impedance becomes "50Ω". At this point, each excitation element 16 and each wire 13, 14 are connected. The details are described in the patent application and the stacked microstrip antenna (1) or (2) sent on the same day, and are omitted here.
そして、グランド面17が接地された状態で、各ワイヤ
13、14を介して位相差90度の高周波信号S1、S2が供給さ
れたとき、時間の経過に従って偏波面が回転する電波
（円偏波）が生成されて、これが空中に放射される。Then, with the ground plane 17 grounded,
When high-frequency signals S 1 and S 2 having a phase difference of 90 degrees are supplied via 13 and 14, radio waves (circularly polarized waves) whose polarization plane rotates with the passage of time are generated and radiated into the air. .
また無給電素子基板６は、テフロングラス基板22と、
テフロングラス基板22上に配置される複数の無給電素子
21とを備えており、励振素子基板５と、無給電素子基板
６とを貫通するように設けられる各ワイヤ20によって各
無給電素子21の中心部分と、前記グランド面17とが接続
されている。Further, the parasitic element substrate 6 includes a Teflon glass substrate 22 and
A plurality of parasitic elements arranged on the Teflon glass substrate 22
21, and a central portion of each parasitic element 21 and the ground plane 17 are connected by each wire 20 provided to penetrate the excitation element substrate 5 and the parasitic element substrate 6. .
そして、前記同軸コネクタ1a、10を介して高周波信号
が供給されたとき、分配・結合器９によってこれが各可
変移相器８に分配されるとともに、コネクタ1b、12を介
して入力される方向指定データに基づいて制御器11が各
可変移相器８を移相角度を制御して、各励振素子16に供
給される高周波信号を移相させる。When a high-frequency signal is supplied via the coaxial connectors 1a and 10, the signal is distributed to the respective variable phase shifters 8 by the distributor / coupler 9 and the direction designation input via the connectors 1b and 12 is performed. The controller 11 controls the phase shift angle of each variable phase shifter 8 based on the data to shift the phase of the high-frequency signal supplied to each excitation element 16.
これによって、これら各励振素子16から出射される円
偏波の位相がずれて、前記方向指定データによって指定
された方向に電波が出射される。As a result, the phases of the circularly polarized waves emitted from the respective excitation elements 16 are shifted, and the radio waves are emitted in the direction designated by the direction designation data.
また、これら各励振素子16が電波を受信して高周波信
号を発生すれば、これが各可変移相器８によって、前記
方向指定データで指定された順序でシフトされて、分配
・結合器９に供給されるとともに、この分配・結合器９
によって合成され、この合成結果（高周波信号）が同軸
コネクタ10、７を介して外部に出力される。When each of the excitation elements 16 receives a radio wave and generates a high-frequency signal, the high-frequency signal is shifted by the variable phase shifter 8 in the order specified by the direction specifying data and supplied to the distributor / combiner 9. And the distributor / combiner 9
The result (high-frequency signal) is output to the outside via the coaxial connectors 10 and 7.
このようにこの実施例においては、駆動回路板４と、
励振素子基板５と、無給電素子基板６とを積層している
ので、アンテナ全体の面積を小さくすることができる。Thus, in this embodiment, the drive circuit board 4 and
Since the excitation element substrate 5 and the parasitic element substrate 6 are stacked, the area of the entire antenna can be reduced.
また、上述した実施例においては、励振素子基板５
と、無給電素子基板６との間を空間にしているが、これ
らの間に誘電率εが“10"程度の誘電板を挿入するよう
にして、VSWR特性を向上させるようにしても良い（同日
送付の特許願、スタック型マイクロストリップアンテナ
（１）、または（２）参照）。In the above-described embodiment, the excitation element substrate 5
And the parasitic element substrate 6 are provided as a space, and a VSWR characteristic may be improved by inserting a dielectric plate having a dielectric constant ε of about “10” therebetween. (See the patent application, stacked microstrip antenna (1) or (2) sent on the same day).
また上述した各実施例においては、各給電点のオフセ
ット角度を“150度”にしているが、各給電間のアイソ
レーションが所定値以下の点であれば、このオフセット
角度を他の値にするようにしても良い。Further, in each of the above-described embodiments, the offset angle of each feeding point is set to “150 degrees”. However, if the isolation between the feeding points is equal to or less than a predetermined value, this offset angle is set to another value. You may do it.
また上述した実施例においては、背面給電タイプのス
タック型マイクロストリップアンテナを例にとって、本
発明を説明したが、通常のマイクロ・ストリップ・アン
テナに本発明を適用しても良い。Further, in the above-described embodiment, the present invention has been described with reference to the back-fed type stacked microstrip antenna as an example. However, the present invention may be applied to a normal microstrip antenna.
なお、上述の実施例は、円波マイクロストリップアン
テナについて説明したが、直線偏波マイクロストリップ
アンテナに本発明を適用しても良い。さらに、本発明の
アンテナを装備するアンテナ機体の曲面に一致させた曲
面型構造としても、上述した結果については、何ら変わ
りはない。むしろ、装備性能は向上する。In the above embodiment, the circular microstrip antenna is described, but the present invention may be applied to a linearly polarized microstrip antenna. Furthermore, the above-mentioned result is not changed at all even if the curved surface type structure is made to match the curved surface of the antenna body equipped with the antenna of the present invention. Rather, the equipment performance is improved.
（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、多数の同軸ケー
ブルを用いることはなく、面積を小さくすることができ
る。(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, the area can be reduced without using a large number of coaxial cables.
第１図は本発明によるフェーズド・アレイ・アンテナの
一実施例を示す分解斜視図、第２図は第１図に示すアン
テナ部の詳細を示す分解斜視図、第３図は第１図に示す
アンテナ部の一部裁断斜視図、第４図は従来からあるマ
イクロ・ストリップ・アンテナの一例を示す斜視図、第
５図は第４図に示すマイクロ・ストリップ・アンテナの
一部裁断斜視図、第６図は従来からあるフェーズド・ア
レイ・アンテナの一例を示す斜視図、第７図は第６図に
示すフェーズド・アレイ・アンテナの分解斜視図であ
る。 ４……駆動回路板、５……アレイアンテナ板（励振素子
基板）、８……移相器、９……分配・結合器、16……放
射素子（励振素子）。FIG. 1 is an exploded perspective view showing an embodiment of a phased array antenna according to the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view showing details of an antenna section shown in FIG. 1, and FIG. 3 is shown in FIG. FIG. 4 is a perspective view showing an example of a conventional microstrip antenna, FIG. 5 is a partially cutaway perspective view of the microstrip antenna shown in FIG. 4, and FIG. FIG. 6 is a perspective view showing an example of a conventional phased array antenna, and FIG. 7 is an exploded perspective view of the phased array antenna shown in FIG. 4 ... Drive circuit board, 5 ... Array antenna board (excitation element substrate), 8 ... Phase shifter, 9 ... Distribution / combiner, 16 ... Radiation element (Excitation element)
Claims (1)
ナ板と、複数の移相器および各移相器に接続される分配
・結合器を平面回路により形成した駆動回路板と、を備
え、該駆動回路板上にアレイアンテナ板を積層すると共
に、互いに上下位置関係にある前記各放射素子と各移相
器とを各々接続したことを特徴とするフェーズド・アレ
イ・アンテナ。1. An array antenna board on which a plurality of radiating elements are mounted, and a drive circuit board in which a plurality of phase shifters and a distributor / coupler connected to each phase shifter are formed by a planar circuit, A phased array antenna, wherein an array antenna plate is laminated on the drive circuit board, and the radiating elements and the phase shifters which are in a vertical positional relationship are connected to each other.
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|---|---|---|---|
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| JPH01290301A JPH01290301A (en) | 1989-11-22 |
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1988
- 1988-05-18 JP JP63120942A patent/JP2717264B2/en not_active Expired - Fee Related
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |