JP3056309B2 - マルチビームアレーアンテナ - Google Patents
マルチビームアレーアンテナInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、二方向以上の電波を送
信または受信するマルチビームアレーアンテナに関す
る。
信または受信するマルチビームアレーアンテナに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】マルチビームアンテナとは、一つのアン
テナから複数の異なる方向に電波を放射するタイプのア
ンテナであり、近年、衛星通信または衛星放送受信など
の目的において利用されている。以下、二つの従来例に
ついて、図を参照して説明する。
テナから複数の異なる方向に電波を放射するタイプのア
ンテナであり、近年、衛星通信または衛星放送受信など
の目的において利用されている。以下、二つの従来例に
ついて、図を参照して説明する。
【０００３】第一の例として、図７に示すようなマルチ
ビーム・オフセットパラボラアンテナがある。なお、図
７（ａ）はその平面図、同図（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線
断面図である。これらの図において、各々の給電端子１
２、１３に、図には示されていない送信系装置からの送
信出力が印加される。そして、各々の一次放射器１０お
よび１１から放射された電波は、円形で曲面状の反射鏡
９において反射され、各々放射ビーム１４および１５と
なる。この場合、放射ビーム１４、１５の放射される方
向は、一次放射器１０、１１から反射面９に放射される
各々の電波の入射角度および反射鏡９の設置角度により
決定される。以下、アンテナから所望の方向に放射する
電磁波を放射ビームと呼ぶ。なお、図においては、二方
向に放射ビームを持つマルチビーム・オフセットパラボ
ラアンテナを示したが、放射ビーム数は、アンテナの使
用目的により異なる。
ビーム・オフセットパラボラアンテナがある。なお、図
７（ａ）はその平面図、同図（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線
断面図である。これらの図において、各々の給電端子１
２、１３に、図には示されていない送信系装置からの送
信出力が印加される。そして、各々の一次放射器１０お
よび１１から放射された電波は、円形で曲面状の反射鏡
９において反射され、各々放射ビーム１４および１５と
なる。この場合、放射ビーム１４、１５の放射される方
向は、一次放射器１０、１１から反射面９に放射される
各々の電波の入射角度および反射鏡９の設置角度により
決定される。以下、アンテナから所望の方向に放射する
電磁波を放射ビームと呼ぶ。なお、図においては、二方
向に放射ビームを持つマルチビーム・オフセットパラボ
ラアンテナを示したが、放射ビーム数は、アンテナの使
用目的により異なる。
【０００４】次に、図８は、第二の従来例であるフェイ
ズドアレーアンテナの平面図である。図示の素子アンテ
ナ１７には、一般的に広い放射パターンを持つダイポー
ルアンテナまたはパッチアンテナ等が用いられ、これが
線状または面状に規則的に多数配列される。ビーム形成
回路１６は、各素子アンテナ１７に供給される給電電力
の振幅および位相の設定回路と、各々の素子アンテナに
給電電力を分配する電力分配器と、各々の素子アンテナ
における受信電力を合成する電力合成器等から構成され
ている。このマルチビームアンテナにおいて電波を送信
する場合、給電端子１８には送信機からの送信電力が印
加され、ビーム制御端子１９にはビーム方向およびビー
ム数を設定する制御信号が供給される。この制御信号に
よりビーム形成回路１６が動作し、ビーム方向およびビ
ーム数が設定され、各々の放射ビーム２０、２１が得ら
れる。なお、放射ビーム数は、アンテナの使用目的によ
り異なる。
ズドアレーアンテナの平面図である。図示の素子アンテ
ナ１７には、一般的に広い放射パターンを持つダイポー
ルアンテナまたはパッチアンテナ等が用いられ、これが
線状または面状に規則的に多数配列される。ビーム形成
回路１６は、各素子アンテナ１７に供給される給電電力
の振幅および位相の設定回路と、各々の素子アンテナに
給電電力を分配する電力分配器と、各々の素子アンテナ
における受信電力を合成する電力合成器等から構成され
ている。このマルチビームアンテナにおいて電波を送信
する場合、給電端子１８には送信機からの送信電力が印
加され、ビーム制御端子１９にはビーム方向およびビー
ム数を設定する制御信号が供給される。この制御信号に
よりビーム形成回路１６が動作し、ビーム方向およびビ
ーム数が設定され、各々の放射ビーム２０、２１が得ら
れる。なお、放射ビーム数は、アンテナの使用目的によ
り異なる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図７のマル
チビーム・オフセットパラボラアンテナには、反射鏡９
および一次放射器１０、１１が必要であるため、その構
造および重量が大きなものになるという欠点がある。
チビーム・オフセットパラボラアンテナには、反射鏡９
および一次放射器１０、１１が必要であるため、その構
造および重量が大きなものになるという欠点がある。
【０００６】また、図８のフェイズドアレーアンテナに
おいては、ビーム形成回路１６の構造が複雑であり、し
かも高周波信号に対する通過損失が大きいという欠点が
ある。例えば、ビーム形成回路１６において、個々の素
子アンテナ１７への給電位相を設定する位相器における
損失は２〜３ｄＢである。従って、フェイズドアレーア
ンテナを送信用として使用する場合は、送信電力の浪費
が大きくなり、受信用として使用する場合は、雑音指数
が大きくなり、受信信号のＣ／Ｎ比を劣化させるという
問題点がある。この発明は、上述した事情に鑑みてなさ
れたもので、高周波信号の電力損失が極めて少ないマル
チビームアンテナの構成を目的とする。
おいては、ビーム形成回路１６の構造が複雑であり、し
かも高周波信号に対する通過損失が大きいという欠点が
ある。例えば、ビーム形成回路１６において、個々の素
子アンテナ１７への給電位相を設定する位相器における
損失は２〜３ｄＢである。従って、フェイズドアレーア
ンテナを送信用として使用する場合は、送信電力の浪費
が大きくなり、受信用として使用する場合は、雑音指数
が大きくなり、受信信号のＣ／Ｎ比を劣化させるという
問題点がある。この発明は、上述した事情に鑑みてなさ
れたもので、高周波信号の電力損失が極めて少ないマル
チビームアンテナの構成を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、周囲に切欠部を有する複数の素子アンテナと、前記
素子アンテナが設置された導電性を有する上板、前記上
板が一端面となるように配置された円筒状の導電部材、
および前記導電部材の他端面を構成する導電性を有する
板状の底板により形成されたラジアルラインとを具備
し、前記各素子アンテナは、複数の同心円の円周上に配
置され、第１の同心円の円周上に配置された各前記素子
アンテナは、前記上板に対して方位角と仰角とを有する
第１の特定方向において、電波が同相合成されるよう
に、方位角に対して互いに異なる回転角度で設置され、
第２の同心円の円周上に配置された各前記素子アンテナ
は、前記第１の特定方向とは方位角および仰角の少なく
とも一方が異なる第２の特定方向において、電波が同相
合成されるように、方位角に対して互いに異なる回転角
度で設置されたことを特徴とする。
に、周囲に切欠部を有する複数の素子アンテナと、前記
素子アンテナが設置された導電性を有する上板、前記上
板が一端面となるように配置された円筒状の導電部材、
および前記導電部材の他端面を構成する導電性を有する
板状の底板により形成されたラジアルラインとを具備
し、前記各素子アンテナは、複数の同心円の円周上に配
置され、第１の同心円の円周上に配置された各前記素子
アンテナは、前記上板に対して方位角と仰角とを有する
第１の特定方向において、電波が同相合成されるよう
に、方位角に対して互いに異なる回転角度で設置され、
第２の同心円の円周上に配置された各前記素子アンテナ
は、前記第１の特定方向とは方位角および仰角の少なく
とも一方が異なる第２の特定方向において、電波が同相
合成されるように、方位角に対して互いに異なる回転角
度で設置されたことを特徴とする。
【０００８】
【作用】上記マルチビームアレーアンテナによれば、導
電性を有する上板において、各素子アンテナは複数の同
心円の円周上に配列され、第１の同心円の円周上に配置
された各前記素子アンテナは、前記上板に対して方位角
と仰角とを有する第１の特定方向において、電波が同相
合成されるように、方位角に対して互いに異なる回転角
度で設置され、第２の同心円の円周上に配置された各前
記素子アンテナは、前記第１の特定方向とは方位角およ
び仰角の少なくとも一方が異なる第２の特定方向におい
て、電波が同相合成されるように、方位角に対して互い
に異なる回転角度で設置されることにより、マルチビー
ムアンテナが構成される。また、上板、円筒状の導電部
材、および導電性を有する板状の底板により形成される
ラジアルラインにおいて、底板の裏面に設置される給電
系装置から素子アンテナへ伝搬する送信電波または素子
アンテナから受信系装置へ伝搬する受信電波が励振され
る。
電性を有する上板において、各素子アンテナは複数の同
心円の円周上に配列され、第１の同心円の円周上に配置
された各前記素子アンテナは、前記上板に対して方位角
と仰角とを有する第１の特定方向において、電波が同相
合成されるように、方位角に対して互いに異なる回転角
度で設置され、第２の同心円の円周上に配置された各前
記素子アンテナは、前記第１の特定方向とは方位角およ
び仰角の少なくとも一方が異なる第２の特定方向におい
て、電波が同相合成されるように、方位角に対して互い
に異なる回転角度で設置されることにより、マルチビー
ムアンテナが構成される。また、上板、円筒状の導電部
材、および導電性を有する板状の底板により形成される
ラジアルラインにおいて、底板の裏面に設置される給電
系装置から素子アンテナへ伝搬する送信電波または素子
アンテナから受信系装置へ伝搬する受信電波が励振され
る。
【０００９】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例につ
いて説明する。図１（ａ）は本発明の一実施例の基本構
成を示す平面図であり、同図（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線
断面図である。ただし、図１の（ａ）、（ｂ）は、本発
明の基本構成を概略的に示す図であり、円形パッチアン
テナ２および給電ピン２ｅの数、形状等は説明の簡略化
のために正確には示されていない。
いて説明する。図１（ａ）は本発明の一実施例の基本構
成を示す平面図であり、同図（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線
断面図である。ただし、図１の（ａ）、（ｂ）は、本発
明の基本構成を概略的に示す図であり、円形パッチアン
テナ２および給電ピン２ｅの数、形状等は説明の簡略化
のために正確には示されていない。
【００１０】図１（ｂ）において、円形アレーアンテナ
１はリング３に固定され、そのリング３は底板４に取り
付けられる。リング３および底板４は金属またはエンジ
ニアリングプラスチックスに金属メッキ等を施した材料
で形成される。このとき、円形アレーアンテナ１の裏面
に延在する金属板２ｃ、リング３の内壁、および、底板
４の表面によりラジアルライン５が形成される。また、
底板４の中央部において、プローブ６は底板４を貫通し
ており、その一端は底板４の裏面において、同軸コネク
タ７に接続され、他端は底板４の表面から長さ四分の一
波長突き出ている。
１はリング３に固定され、そのリング３は底板４に取り
付けられる。リング３および底板４は金属またはエンジ
ニアリングプラスチックスに金属メッキ等を施した材料
で形成される。このとき、円形アレーアンテナ１の裏面
に延在する金属板２ｃ、リング３の内壁、および、底板
４の表面によりラジアルライン５が形成される。また、
底板４の中央部において、プローブ６は底板４を貫通し
ており、その一端は底板４の裏面において、同軸コネク
タ７に接続され、他端は底板４の表面から長さ四分の一
波長突き出ている。
【００１１】円形アレーアンテナ１の表面には、多数の
円形パッチアンテナ２が配列される。この配列は、円形
アレーアンテナ１上に複数の同心円を設定し、これらの
同心円の円周上に各円形パッチアンテナ２が等間隔に並
ぶようにした配列である。この場合、円形アレーアンテ
ナ１の大きさおよび円形パッチアンテナ２の列数は、マ
ルチビームアレーアンテナの用途により異なる。また、
円形パッチアンテナ２の設置方向は、設計されるマルチ
ビームアレーアンテナの放射ビーム数および放射ビーム
の方向により決定される。ただし、同一列に含まれる各
々の円形パッチアンテナ２は円形アレーアンテナ１の法
線方向に対するある特定方向において電波が同相合成さ
れるような角度で設置される。例えば、円形アレーアン
テナ１上にＮ列の円形パッチアンテナの列を持ち、ある
特定の二方向にビームを放射するマルチビームアレーア
ンテナを設計する場合、いくつかの同心円の円周上に配
列された各々の円形パッチアンテナ２を一つの放射ビー
ム方向において電波が同相合成されるような角度で設置
し、残りの同心円の円周上に配列された各々の円形パッ
チアンテナ２を他の放射ビーム方向において電波が同相
合成されるような角度で設置する。このように、円形パ
ッチアンテナ２を設置することにより、二方向にビーム
を放射することができる。以下、円形アレーアンテナ１
の放射ビーム方向をアンテナ面の法線方向に対して傾け
ることをビームチルトという。なお、ラジアルライン５
を用いたアレーアンテナにおけるビームチルトの方法
は、次の論文と公開特許公報に示されている。
円形パッチアンテナ２が配列される。この配列は、円形
アレーアンテナ１上に複数の同心円を設定し、これらの
同心円の円周上に各円形パッチアンテナ２が等間隔に並
ぶようにした配列である。この場合、円形アレーアンテ
ナ１の大きさおよび円形パッチアンテナ２の列数は、マ
ルチビームアレーアンテナの用途により異なる。また、
円形パッチアンテナ２の設置方向は、設計されるマルチ
ビームアレーアンテナの放射ビーム数および放射ビーム
の方向により決定される。ただし、同一列に含まれる各
々の円形パッチアンテナ２は円形アレーアンテナ１の法
線方向に対するある特定方向において電波が同相合成さ
れるような角度で設置される。例えば、円形アレーアン
テナ１上にＮ列の円形パッチアンテナの列を持ち、ある
特定の二方向にビームを放射するマルチビームアレーア
ンテナを設計する場合、いくつかの同心円の円周上に配
列された各々の円形パッチアンテナ２を一つの放射ビー
ム方向において電波が同相合成されるような角度で設置
し、残りの同心円の円周上に配列された各々の円形パッ
チアンテナ２を他の放射ビーム方向において電波が同相
合成されるような角度で設置する。このように、円形パ
ッチアンテナ２を設置することにより、二方向にビーム
を放射することができる。以下、円形アレーアンテナ１
の放射ビーム方向をアンテナ面の法線方向に対して傾け
ることをビームチルトという。なお、ラジアルライン５
を用いたアレーアンテナにおけるビームチルトの方法
は、次の論文と公開特許公報に示されている。
【００１２】 ａ：１９９１年電子情報通信学会春季大会、Ｂ−６６ 羽石 他、「ビームチルト形ラジアルマイクロストリッ
プアンテナ」 ｂ：公開特許公報 平２−１８９００８ 円偏波アンテ
ナ装置
プアンテナ」 ｂ：公開特許公報 平２−１８９００８ 円偏波アンテ
ナ装置
【００１３】図２は、本実施例に用いられる右旋円偏波
を送信する円形パッチアンテナ２の構成を示す図であ
り、図２（ａ）は円形パッチアンテナ２の平面図、同図
（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。本実施例にお
ける円形パッチ２ｂは誘電体基板２ａの表面にエッチン
グ等の方法で形成される。また、給電ピン２ｅは、円形
パッチ２ｂにおける給電点２ｄに半田付け等の方法によ
り取り付けられ、誘電体基板２ａを貫通して、ラジアル
ライン５内に挿入される。ここで、給電点２ｄの位置、
円形パッチ２ｂの切り欠き部２ｆの形状は各々右旋円偏
波を送信するための条件によって定められるものであ
る。
を送信する円形パッチアンテナ２の構成を示す図であ
り、図２（ａ）は円形パッチアンテナ２の平面図、同図
（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。本実施例にお
ける円形パッチ２ｂは誘電体基板２ａの表面にエッチン
グ等の方法で形成される。また、給電ピン２ｅは、円形
パッチ２ｂにおける給電点２ｄに半田付け等の方法によ
り取り付けられ、誘電体基板２ａを貫通して、ラジアル
ライン５内に挿入される。ここで、給電点２ｄの位置、
円形パッチ２ｂの切り欠き部２ｆの形状は各々右旋円偏
波を送信するための条件によって定められるものであ
る。
【００１４】次に、図２に示す円形パッチアンテナ２の
切り欠き部２ｆの機能について説明する。ＴＭ11モード
で動作する円形パッチアンテナ２において、切り欠き部
２ｆが形成されない場合、直交する共振モードが二重に
縮退しており、ある共振周波数の直線偏波が発生する。
ところが、円形パッチアンテナ２に切り欠き部２ｆが形
成された場合、切り欠き部２ｆには直交する共振モード
を分離する作用があり、二つの共振モードに対する周波
数は各々異なる周波数に変化する。そのとき、それらの
二つの周波数のほぼ中間の周波数において、励振位相に
９０°の位相差が生じ、円偏波が発生する。
切り欠き部２ｆの機能について説明する。ＴＭ11モード
で動作する円形パッチアンテナ２において、切り欠き部
２ｆが形成されない場合、直交する共振モードが二重に
縮退しており、ある共振周波数の直線偏波が発生する。
ところが、円形パッチアンテナ２に切り欠き部２ｆが形
成された場合、切り欠き部２ｆには直交する共振モード
を分離する作用があり、二つの共振モードに対する周波
数は各々異なる周波数に変化する。そのとき、それらの
二つの周波数のほぼ中間の周波数において、励振位相に
９０°の位相差が生じ、円偏波が発生する。
【００１５】また、素子アンテナの設置方向の調節によ
るビームチルトの原理を、図３を用いて説明する。図３
（ａ）は、互いに設置方向の異なる二つの右旋円偏波用
パッチアンテナの平面図、同図（ｂ）は、（ａ）におけ
るＣ−Ｃ線断面図である。ここで、右旋円偏波を放射す
る円形パッチアンテナ２１、２２は、ｘ軸上に間隔ｄで
配列されている。電波の最大放射方向（主ビーム方向）
を、ｚ軸に対して角度θにするためには、円形パッチア
ンテナ２１および２２の放射する電波の位相がθ方向に
おいて同位相になるように円形パッチアンテナ２１およ
び２２に給電すればよい。円形パッチアンテナ２１およ
び２２が各々放射する電波は、十分遠方においては平面
波であり、円形パッチアンテナ２１および２２が同位相
で給電され、各々の放射電波がθ方向の十分遠方におい
て観測された場合、各々の電波の振幅は等しく、図に示
す距離の差Ｓに相当する位相差が生じる。つまり、円形
パッチアンテナ２１を基準とすると、円形パッチアンテ
ナ２２から放射された電波の位相は距離の差Ｓに相当す
る位相差だけ進んでいることになる。従って、円形パッ
チアンテナ２２が放射する電波を、距離の差Ｓに相当す
る位相差だけ遅らせるように給電すれば、円形パッチア
ンテナ２２の放射する電波の位相が、円形パッチアンテ
ナ２１の放射する電波の位相とθ方向において一致する
ため、θ方向において最大放射ビームが得られる。つま
り、主ビームがθ方向を向くことになる。ここで、距離
の差Ｓに相当する位相差をβとすると、βは次式で与え
られる。
るビームチルトの原理を、図３を用いて説明する。図３
（ａ）は、互いに設置方向の異なる二つの右旋円偏波用
パッチアンテナの平面図、同図（ｂ）は、（ａ）におけ
るＣ−Ｃ線断面図である。ここで、右旋円偏波を放射す
る円形パッチアンテナ２１、２２は、ｘ軸上に間隔ｄで
配列されている。電波の最大放射方向（主ビーム方向）
を、ｚ軸に対して角度θにするためには、円形パッチア
ンテナ２１および２２の放射する電波の位相がθ方向に
おいて同位相になるように円形パッチアンテナ２１およ
び２２に給電すればよい。円形パッチアンテナ２１およ
び２２が各々放射する電波は、十分遠方においては平面
波であり、円形パッチアンテナ２１および２２が同位相
で給電され、各々の放射電波がθ方向の十分遠方におい
て観測された場合、各々の電波の振幅は等しく、図に示
す距離の差Ｓに相当する位相差が生じる。つまり、円形
パッチアンテナ２１を基準とすると、円形パッチアンテ
ナ２２から放射された電波の位相は距離の差Ｓに相当す
る位相差だけ進んでいることになる。従って、円形パッ
チアンテナ２２が放射する電波を、距離の差Ｓに相当す
る位相差だけ遅らせるように給電すれば、円形パッチア
ンテナ２２の放射する電波の位相が、円形パッチアンテ
ナ２１の放射する電波の位相とθ方向において一致する
ため、θ方向において最大放射ビームが得られる。つま
り、主ビームがθ方向を向くことになる。ここで、距離
の差Ｓに相当する位相差をβとすると、βは次式で与え
られる。
【００１６】
【数１】 β＝−３６０・Ｓ／λ ＝−３６０・ｄ・ｓｉｎθ／λ ［度］
【００１７】一例として、素子間隔ｄを０．５５λ、ビ
ームチルト角θを５０度の場合、位相βは−１５１．７
度と求められる。ここで、λは放射電波の波長である。
ームチルト角θを５０度の場合、位相βは−１５１．７
度と求められる。ここで、λは放射電波の波長である。
【００１８】この距離の差Ｓに相当する位相差βは、移
相器を用いることによっても実現できるが、電波の偏波
が円偏波の場合、円形パッチアンテナを回転させること
により容易にビームチルトが可能である。図において、
円形パッチアンテナ２２は、円形パッチアンテナ２１に
対して位相差βに相当する角度だけ回転させた状態を示
している。この状態において、円形パッチアンテナ２２
が放射する電波の位相は、円形パッチアンテナ２１が放
射する電波の位相と等しい。従って、円形パッチアンテ
ナ２１および２２が各々放射する電波を合成すると、θ
方向において最大放射が得られる。ここでは、右旋円偏
波における例を示したが、パッチアンテナの種類または
パッチアンテナの配置を変えることにより、左旋円偏
波、直線偏波にも応用することができる。
相器を用いることによっても実現できるが、電波の偏波
が円偏波の場合、円形パッチアンテナを回転させること
により容易にビームチルトが可能である。図において、
円形パッチアンテナ２２は、円形パッチアンテナ２１に
対して位相差βに相当する角度だけ回転させた状態を示
している。この状態において、円形パッチアンテナ２２
が放射する電波の位相は、円形パッチアンテナ２１が放
射する電波の位相と等しい。従って、円形パッチアンテ
ナ２１および２２が各々放射する電波を合成すると、θ
方向において最大放射が得られる。ここでは、右旋円偏
波における例を示したが、パッチアンテナの種類または
パッチアンテナの配置を変えることにより、左旋円偏
波、直線偏波にも応用することができる。
【００１９】図４は、この実施例のより詳細な構成を示
す平面図であり、同心円ライン上に円形パッチアンテナ
２が８列構成された場合の例である。円形アレーアンテ
ナ１の中心に最も近い列を第１列とすると、第１列目の
円形パッチアンテナ２の数は６であり、第ｎ列目の円形
パッチアンテナ２の数は６ｎで与えられる構成になって
いる。ただし、ｎは８以下の正の整数である。列間隔お
よび同心円ライン上の素子間隔は、主に設計される円形
アレーアンテナ２のビームチルト角度により決定され、
例えば、約５０度のビームチルトを行う場合、素子間隔
は約０．５５λである。アレーアンテナにおいては、各
素子アンテナ（本実施例の場合は、円形パッチアンテナ
２）からの放射が、同相合成されることにより、特定方
向における放射が最大となるが、素子アンテナの配列間
隔によっては、所望方向の主ビームと異なる方向にも主
ビームと同等の大きさのビームが発生することがあり、
これをグレーティングローブと呼ぶ。
す平面図であり、同心円ライン上に円形パッチアンテナ
２が８列構成された場合の例である。円形アレーアンテ
ナ１の中心に最も近い列を第１列とすると、第１列目の
円形パッチアンテナ２の数は６であり、第ｎ列目の円形
パッチアンテナ２の数は６ｎで与えられる構成になって
いる。ただし、ｎは８以下の正の整数である。列間隔お
よび同心円ライン上の素子間隔は、主に設計される円形
アレーアンテナ２のビームチルト角度により決定され、
例えば、約５０度のビームチルトを行う場合、素子間隔
は約０．５５λである。アレーアンテナにおいては、各
素子アンテナ（本実施例の場合は、円形パッチアンテナ
２）からの放射が、同相合成されることにより、特定方
向における放射が最大となるが、素子アンテナの配列間
隔によっては、所望方向の主ビームと異なる方向にも主
ビームと同等の大きさのビームが発生することがあり、
これをグレーティングローブと呼ぶ。
【００２０】図５は、図４に示す円形アレーアンテナ１
において、奇数列のビームチルト角度を０度、偶数列の
ビームチルト角度を３０度に設定した場合の放射パター
ンの計算結果である。
において、奇数列のビームチルト角度を０度、偶数列の
ビームチルト角度を３０度に設定した場合の放射パター
ンの計算結果である。
【００２１】次に、図１を参照して本実施例の動作につ
いて説明する。まず、図には示されていない送信系装置
からの送信電力が、同軸ケーブル８および同軸コネクタ
７を介してプローブ６に供給され、円形アレーアンテナ
１の裏面に延在する金属板２ｃおよび底板４の表面およ
びリング３の内壁により構成されるラジアルライン５内
へ放射され、完全反射しながら伝搬する。また、ラジア
ルライン５を伝搬する電波は、給電ピン２ｅに吸収さ
れ、さらに、円形パッチアンテナ２から放射される。
いて説明する。まず、図には示されていない送信系装置
からの送信電力が、同軸ケーブル８および同軸コネクタ
７を介してプローブ６に供給され、円形アレーアンテナ
１の裏面に延在する金属板２ｃおよび底板４の表面およ
びリング３の内壁により構成されるラジアルライン５内
へ放射され、完全反射しながら伝搬する。また、ラジア
ルライン５を伝搬する電波は、給電ピン２ｅに吸収さ
れ、さらに、円形パッチアンテナ２から放射される。
【００２２】同一列上の各円形パッチアンテナ２の給電
ピン２ｅにおいて、プローブ６から放射された電波は同
位相であるが、異なる二列の各々の円形パッチアンテナ
２においては、各々の給電ピン２ｅが吸収する電波の位
相は異なる。つまり、外側の列の円形パッチアンテナ２
の給電ピン２ｅにおいて吸収された電波の位相ほど遅れ
る。従って、一方向にビームチルトされた円形アレーア
ンテナ１を構成するにあたり、各々の円形パッチアンテ
ナ２から放射される電波を同位相にするためには、円形
パッチアンテナ２を形成する際に、各々の給電ピン２ｅ
において吸収された電波の位相を補正するように円形パ
ッチアンテナ２の設置方向を設計すればよい。以上のよ
うにして、複数の方向にビームを放射することができ
る。以上、本発明の一実施例における送信状態の動作に
ついて説明したが、受信状態における動作についても同
様である。
ピン２ｅにおいて、プローブ６から放射された電波は同
位相であるが、異なる二列の各々の円形パッチアンテナ
２においては、各々の給電ピン２ｅが吸収する電波の位
相は異なる。つまり、外側の列の円形パッチアンテナ２
の給電ピン２ｅにおいて吸収された電波の位相ほど遅れ
る。従って、一方向にビームチルトされた円形アレーア
ンテナ１を構成するにあたり、各々の円形パッチアンテ
ナ２から放射される電波を同位相にするためには、円形
パッチアンテナ２を形成する際に、各々の給電ピン２ｅ
において吸収された電波の位相を補正するように円形パ
ッチアンテナ２の設置方向を設計すればよい。以上のよ
うにして、複数の方向にビームを放射することができ
る。以上、本発明の一実施例における送信状態の動作に
ついて説明したが、受信状態における動作についても同
様である。
【００２３】なお、他の実施例として、マルチビームア
ンテナのビーム方向を極めて接近させる設計を行う場
合、広角ビームを形成することが可能である。図６は、
第１列の素子数が８素子、第ｎ列目の素子数が８ｎで表
される１２列構成の円形アレーアンテナ１において、第
１列から第８列までの設計ビームチルト角を５５度、第
９列と第１０列との設計ビームチルト角度を５０度、第
１１列と第１２列との設計ビームチルト角を４５度とし
たときの放射パターンの計算結果である。この場合、ビ
ームチルト角度５０度を中心として、±１０度程度の半
値幅を持つ放射パターンを形成することができる。
ンテナのビーム方向を極めて接近させる設計を行う場
合、広角ビームを形成することが可能である。図６は、
第１列の素子数が８素子、第ｎ列目の素子数が８ｎで表
される１２列構成の円形アレーアンテナ１において、第
１列から第８列までの設計ビームチルト角を５５度、第
９列と第１０列との設計ビームチルト角度を５０度、第
１１列と第１２列との設計ビームチルト角を４５度とし
たときの放射パターンの計算結果である。この場合、ビ
ームチルト角度５０度を中心として、±１０度程度の半
値幅を持つ放射パターンを形成することができる。
【００２４】上記実施例において、素子アンテナには円
形パッチアンテナを使用する場合について述べた。その
他の素子アンテナとしてはヘリカルアンテナ、またはス
パイラルアンテナ等を利用することが可能である。
形パッチアンテナを使用する場合について述べた。その
他の素子アンテナとしてはヘリカルアンテナ、またはス
パイラルアンテナ等を利用することが可能である。
【発明の効果】上述のように、本発明のマルチビームア
レーアンテナは、反射鏡、一次放射器を必要とせず、円
形アレーアンテナとそれを取り付けるためのリングと底
板とから構成されているため、平面化、軽量化が可能で
ある。
レーアンテナは、反射鏡、一次放射器を必要とせず、円
形アレーアンテナとそれを取り付けるためのリングと底
板とから構成されているため、平面化、軽量化が可能で
ある。
【００２５】また、高周波信号の電力損失が極めて小さ
いため、送信においては送信電力の無駄が少なく、受信
においては受信信号のＣ／Ｎ比の劣化が小さい。
いため、送信においては送信電力の無駄が少なく、受信
においては受信信号のＣ／Ｎ比の劣化が小さい。
【図１】本発明における一実施例の平面図およびそのＡ
−Ａ線断面図である。
−Ａ線断面図である。
【図２】右旋円偏波を送信する円形パッチアンテナの平
面図およびそのＢ−Ｂ線断面図である。
面図およびそのＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】ビームチルトされた二つの円形パッチアンテナ
の平面図およびそのＣ−Ｃ線断面図である。
の平面図およびそのＣ−Ｃ線断面図である。
【図４】本実施例のより詳細な円形アレーアンテナの平
面図である。
面図である。
【図５】二方向に主ビームを持つマルチビームアレーア
ンテナの一計算結果に対する放射パターン図である。
ンテナの一計算結果に対する放射パターン図である。
【図６】広角ビームを形成するアレーアンテナの一計算
結果に対する放射パターン図である。
結果に対する放射パターン図である。
【図７】従来装置であるマルチビーム・オフセットパラ
ボラアンテナの平面図およびそのＤ−Ｄ線断面図であ
る。
ボラアンテナの平面図およびそのＤ−Ｄ線断面図であ
る。
【図８】他の従来装置であるフェイズドアレーアンテナ
の平面図である。
の平面図である。
１ 円形アレーアンテナ ２ 円形パッチアンテナ ２ｃ 金属板 ３ リング ４ 底板 ５ ラジアルライン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01Q 21/24 H01Q 3/26 H01Q 13/20
Claims (1)
- 【請求項１】 周囲に切欠部を有する複数の素子アンテ
ナと、 前記素子アンテナが設置された導電性を有する
上板、前記上板が一端面となるように配置された円筒状
の導電部材、および前記導電部材の他端面を構成する導
電性を有する板状の底板により形成されたラジアルライ
ンとを具備し、 前記各素子アンテナは、複数の同心円の円周上に配置さ
れ、第１の同心円の円周上に配置された各前記素子アン
テナは、前記上板に対して方位角と仰角とを有する第１
の特定方向において、電波が同相合成されるように、方
位角に対して互いに異なる回転角度で設置され、第２の
同心円の円周上に配置された各前記素子アンテナは、前
記第１の特定方向とは方位角および仰角の少なくとも一
方が異なる第２の特定方向において、電波が同相合成さ
れるように、方位角に対して互いに異なる回転角度で設
置されたことを特徴とするマルチビームアレーアンテ
ナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3300824A JP3056309B2 (ja) | 1991-11-15 | 1991-11-15 | マルチビームアレーアンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3300824A JP3056309B2 (ja) | 1991-11-15 | 1991-11-15 | マルチビームアレーアンテナ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05145336A JPH05145336A (ja) | 1993-06-11 |
| JP3056309B2 true JP3056309B2 (ja) | 2000-06-26 |
Family
ID=17889550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3300824A Expired - Fee Related JP3056309B2 (ja) | 1991-11-15 | 1991-11-15 | マルチビームアレーアンテナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3056309B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3356653B2 (ja) | 1997-06-26 | 2002-12-16 | 日本電気株式会社 | フェーズドアレーアンテナ装置 |
| US9905921B2 (en) * | 2015-03-05 | 2018-02-27 | Kymeta Corporation | Antenna element placement for a cylindrical feed antenna |
-
1991
- 1991-11-15 JP JP3300824A patent/JP3056309B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| １９９１信学秋大，Ｂ−４７，１９９１年電子情報通信学会秋季大会，分冊２ |
| 信学技報，Ａ．Ｐ９０−７，電子情報通信学会技術研究報告 Ｖｏｌ．９０ Ｎｏ．５５ １９９０年５月２４日発行 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05145336A (ja) | 1993-06-11 |
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|---|---|---|---|
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