JP3103335B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば遠距離を
カバーするペンシルビームと近距離をカバーするコセカ
ント２乗ビームとを切り替えるアンテナ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、アンテナ装置にあっては、例え
ば近距離をカバーするコセカント２乗ビームを成形する
場合に、反射鏡の鏡面を成形することによる方式や、ア
レイアンテナの各アンテナ素子の振幅・位相分布をフー
リエ変換等の指向性合成理論に基づいて設定することに
よる方式が知られている。

【０００３】図６は、反射鏡による方式を採用した場合
のアンテナ装置を示している。図６において、図中符号
１１は１次放射器で、ビームの送受信を行なうものであ
る。１次放射器１１は、その開口側が反射鏡１２の凹面
に対向している。反射鏡１２は、１次放射器１１に対し
て空気もしくは誘電体を介して位置し、１次放射器１１
に対して所定のビーム放射領域をカバーするように広く
形成されている。

【０００４】すなわち、１次放射器１１から放射された
電波は、反射鏡１２にて反射されてコセカント２乗ビー
ムに生成される。図７は、アレイアンテナによる方式を
採用した場合のアンテナ装置を示している。

【０００５】図７において、図中符号１３は１次放射器
で、例えばｎ（ｎは自然数）個配列されたアレイアンテ
ナであるアンテナ素子１４，移相器１５及び電力分配器
１６構成されている。送受信器１７にて生成された送信
信号は、電力分配器１６にて分配され、各移相器１５１
〜１５ｎに供給される。なお、電力分配器１６は、送信
信号に対して振幅分布を設定している。

【０００６】各移相器１５１〜１５ｎに入力された送信
信号は、各アンテナ素子１４１〜１４ｎより送信され
る。各アンテナ素子１４１〜１４ｎより送信された送信
信号は、空間で合成され大電力となる。この場合、ビー
ム方向は、各移相器１５１〜１５ｎの移相比率をそれぞ
れ制御することにより任意の方向に向けることができ
る。なお、受信時には、各アンテナ素子１４１〜１４ｎ
にて受信された受信信号は、送信時と逆の経路をたどっ
て、送受信器１７に供給される。

【０００７】また、図８は、上記アレイアンテナによる
方式の他の例を示している。図８において、図７と同一
部分には同一符号を付して説明する。図７と異なる点
は、アンテナ素子１４と移相器１５との間に、ｎ（ｎは
自然数）個の増幅器１８を介挿接続した点である。この
増幅器１８及び移相器１５は、１つの送受信モジュール
を構成する。また、これら増幅器１８１〜１８ｎは、そ
れぞれ異なる利得を有している。すなわち、各アンテナ
素子１４１〜１４ｎは、移相器１５１〜１５ｎ及び増幅
器１８１〜１８ｎにて振幅・位相分布が設定される。

【０００８】なお、１次放射器１３において、振幅分布
は制御せずに、位相分布のみを制御することによりビー
ム成形を行なう方式もある。しかしながら、上述したビ
ーム成形方式において、例えば反射鏡１２による方式の
場合には、例えば各アンテナ素子の出力が互いに同一利
得である場合に成形されるペンシルビーム等の他のビー
ム形状との瞬時切り換えが困難であり、高出力な送受信
器を使用するため、信頼性に劣る。

【０００９】また、アレイアンテナによる方式の場合に
おいて、まず、電力分配器１６により振幅分布を設定す
る方式では、反射鏡１２による方式と同様に信頼性に劣
ってしまい、ペンシルビームとコセカント２乗ビームと
の切り換えが困難である。

【００１０】そして、送受信モジュールによる方式で
は、コセカント２乗ビームとペンシルビームとの切り換
えを行なう際に、ペンシルビーム専用の送受信モジュー
ルとコセカント２乗ビーム専用の送受信モジュールとを
それぞれ別個に設けなければならないため、コストの上
昇が問題となる。

【００１１】一方、アレイアンテナによる方式で位相の
みを制御する方式の場合には、ペンシルビーム等の他の
ビーム形状への瞬時切り換えは可能であるが、コセカン
ト２乗ビーム等の特定の位相分布を持つビームの成形に
対しては、図９に示す如く、高精度に成形することが困
難である。

【００１２】これは、各アンテナ素子１４１〜１４ｎが
アレイアンテナである場合に、図１０に示す如く、アン
テナ素子位置毎の放射パターンが全て同一なためであ
る。また、上記アンテナ装置の構成では、ペンシルビー
ムを成形する場合に、出力利得が低くなってしまう場合
がある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
アンテナ装置では、コストを上昇させずに、例えば遠距
離をカバーする高利得なペンシルビームと広い範囲を照
射する高精度なコセカント２乗ビームとをそれぞれ成形
することと、それぞれのビーム形状を異なる形状に瞬時
に切り換えることとを同時に満足させることができない
という問題を有している。

【００１４】この発明の目的は、低コストで、例えばコ
セカント２乗ビームを高精度に成形し、ペンシルビーム
を高利得に成形するとともに、ビーム形状を異なる形状
に瞬時に切り換えることが可能なアンテナ装置を提供す
ることにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明に係るアンテナ
装置は、ビームを送受信する複数個のアンテナ素子と、
給電源から電力を取り入れ、この電力を分配して複数個
のアンテナ素子へ与える電力分配手段と、この電力分配
手段から複数個のアンテナ素子に至る給電経路中に介在
され、給電経路の位相を移相する複数個の移相手段と、
複数個のアンテナ素子と複数個の移相手段との間に介在
され、各々のアンテナ素子の出力を互いに同一利得に設
定する複数個の利得設定手段とを有する放射素子部と、
放射素子部の各アンテナ素子を配置した一端側に空気を
介して位置し、放射素子部より広く形成されており、各
アンテナ素子から放射されたビームを放射素子部の一端
側から他端側へ反射させる反射鏡と、複数個のアンテナ
素子から送受信されるビームの方向及び形状に応じて各
々の移相手段の移相比率をそれぞれ制御する移相制御手
段とを備えるようにしたものである。

【００１６】この構成によれば、ビーム形状に応じて送
受信モジュールを別個に設ける必要がなく、また、反射
鏡によりファンビームのアンテナパターンを高精度に成
形でき、ペンシルビームを高利得に成形できるととも
に、送信波及び受信波の位相をそれぞれ制御するのみで
異なるビーム形状の瞬時切り換えを実現できる。

【００１７】また、この発明に係るアンテナ装置は、ビ
ームを送受信する複数個のアンテナ素子と、給電源から
電力を取り入れ、この電力を分配して複数個のアンテナ
素子へ与えるとともに、各々のアンテナ素子の出力を同
一利得に設定する電力分配手段と、この電力分配手段か
ら複数個のアンテナ素子に至る給電経路中に介在され、
給電経路の位相を移相する複数個の移相手段とを有する
放射素子部と、放射素子部の各アンテナ素子を配置した
一端側に空気を介して位置し、放射素子部より広く形成
されており、各アンテナ素子から放射されたビームを放
射素子部の一端側から他端側へ反射させる反射鏡と、複
数個のアンテナ素子から送受信されるビームの方向及び
形状に応じて各々の移相手段の移相比率をそれぞれ制御
する移相制御手段とを備えるようにしたものである。

【００１８】この構成によれば、部品点数を少なくし
て、反射鏡によりファンビームのアンテナパターンを高
精度に成形でき、ペンシルビームを高利得に成形できる
とともに、送信波及び受信波の位相をそれぞれ制御する
のみで異なるビーム形状の瞬時切り換えを実現できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して詳細に説明する。図１は、この発明
の一実施の形態を示している。ここでは、アレイアンテ
ナにより構成される１次放射器に反射鏡を組み合わせた
ものの一例を示している。

【００２０】図１において、図中符号２１は１次放射器
で、例えばアレイアンテナ素子であるｎ（ｎは自然数）
個のアンテナ素子２２，ｎ個の送受信モジュール２３及
び電力分配器２４を備えている。また、送受信モジュー
ル２３は、移相器２５及び増幅器２６を備えている。

【００２１】送受信器２７で生成された送信信号は、１
次放射器２１内の電力分配器２４でｎ分配され、各送受
信モジュール２３１〜２３ｎにそれぞれ供給される。そ
して、各送受信モジュール２３１〜２３ｎに入力された
送信信号は、移相器２５１〜２５ｎにて所定の位相量を
与えられ、増幅器２６１〜２６ｎを介してアンテナ素子
２２１〜２２ｎから放射される。また、放射された信号
は、反射鏡２８により反射され、空間へ放射される。

【００２２】各移相器２５１〜２５ｎの移相設定量は、
送受信器２７からのビーム走査角度指令及びタイミング
信号に基づき、ビーム成形演算器２９で各移相器２５１
〜２５ｎに対応して演算され、移相制御器３０を経由し
て与えられる。なお、増幅器２６１〜２６ｎの増幅設定
量は、送信信号が全て最大振幅となるように、設定され
ている。

【００２３】受信時には、受信信号は、反射鏡２８によ
り反射され、各アンテナ素子２２１〜２２ｎにより受信
される。さらに、送受信モジュール２３１〜２３ｎ内の
増幅器２６１〜２６ｎにより増幅され、移相器２５１〜
２５ｎにより位相量を制御され、電力分配器２４により
合成されて、送受信器２７に供給される。

【００２４】ここで、ビーム成形演算器２９は、ペンシ
ルビームに成形する場合に、ビームを任意の一方向へ放
射させるように各移相器２５１〜２５ｎの移相量を演算
する。また、ビーム成形演算器２９は、コセカント２乗
ビームに成形する場合に、ビームに広がりを持たせるよ
うな特定の位相分布となるように、各移相器２５１〜２
５ｎの移相量を演算する。

【００２５】なお、この演算処理に対しては、ビーム成
形演算器２９内に予め決められたパターンのデータが設
定されている。上記構成によるアンテナ装置において、
コセカント２乗ビーム等のビーム成形を行なう場合に
は、各送受信モジュール２３１〜２３ｎ内の各増幅器２
６１〜２６ｎを互いに同一利得となるように設定し、各
移相器２５１〜２５ｎの移相比率を方向及び形状に応じ
てそれぞれ制御することで、図２に示すように、ビーム
成形を高精度に行なうことができる。

【００２６】コセカント２乗ビーム等のビーム成形にお
いては、アンテナ素子位置の中央部と端部とで大きな振
幅の差を与える必要があるが、反射鏡２８を組み合わせ
た場合、各アンテナ素子２２１〜２２ｎから放射される
ビームの反射鏡２８に反射される位置が異なるため、各
アンテナ素子２２１〜２２ｎの放射パターンは、図３に
示す如く、アンテナ素子位置に応じて異なり、等価的に
振幅の差ができることになる。この発明は、この点に着
目したものであり、この振幅の差を利用して高精度にコ
セカント２乗ビームを形成するものである。

【００２７】また、各アンテナ素子２２１〜２２ｎに
は、図２に示すようなビーム成形を行なう際、図４に示
す如く、アンテナ素子位置毎に位相が設定されることに
なる。なお、図３及び図４に示すアンテナ素子位置にお
いて、最上部とはアンテナ素子２２１の配置位置を示
し、最下部とはアンテナ素子２２ｎの配置位置を示して
いる。

【００２８】また、各アンテナ素子２２１〜２２ｎから
放射される送信信号は、等振幅であるため、同一アンテ
ナ開口の場合に最も高利得となるペンシルビームも位相
制御のみで容易に形成することが可能である。

【００２９】なお、位相制御によりビーム成形を行なう
方法については、所望の角度に対する所望の電力と実際
の電力との差が最小となるように、ビーム成形演算器２
９にて反復演算を行なう方法等、種々考えられるが、各
アンテナ素子２２１〜２２ｎの放射パターンを考慮する
ことにより可能となる。

【００３０】すなわち、上記実施の形態によれば、ビー
ム形状の切り換えを行なう際に、例えばペンシルビーム
専用の送受信モジュールとコセカント２乗ビーム専用の
送受信モジュールとを別個に設ける必要がなく、送受信
モジュール２３を共用化できるとともに、反射鏡２８に
より高利得なペンシルビーム及び高精度なコセカント２
乗ビームを成形することができる。このため、各移相器
２５１〜２５ｎの移相比率をそれぞれ制御するのみで、
コセカント２乗ビームとペンシルビームとの瞬時切り換
えが実現できる。

【００３１】また、送受信モジュール２３を共用化でき
ることにより、コスト削減を図ることもできる。図５
は、上記実施の形態の変形例を示している。

【００３２】図５において、図１と同一部分には同一符
号を付して説明する。図１と異なる点は、各増幅器２６
１〜２６ｎを削除して、移相器２５１〜２５ｎを制御す
ることのみで、ペンシルビームからコセカント２乗ビー
ムまでのビーム形状を可変に切換制御を実現している点
である。また、電力分配器２４は、各々のアンテナ素子
２２１〜２２ｎの出力を同一利得に設定するようにして
いる。

【００３３】この変形例によれば、上記実施の形態より
も部品点数を少なくして、移相器２５１〜２５ｎの移相
比率をそれぞれ制御するのみで、ペンシルビームからフ
ァンビームへの瞬時切り換えを実現でき、さらにコスト
削減を図ることができる。なお、上記実施の形態では、
反射鏡２８を使用しているが、パラボラアンテナを反射
鏡として使用しても同様な効果を得られることはもちろ
んのことである。

【００３４】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
低コストで、例えばコセカント２乗ビームを高精度に形
成し、ペンシルビームを高利得に形成するとともに、ビ
ーム形状を異なる形状に瞬時に切り換えることが可能な
アンテナ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るアンテナ装置の一実施の形態を
示すブロック構成図。

【図２】同実施の形態におけるアンテナパターンを説明
するために示す図。

【図３】同実施の形態における放射パターンを説明する
ために示す図。

【図４】同実施の形態におけるアンテナ素子の位相分布
を説明するために示す図。

【図５】同実施の形態の変形例を示すブロック構成図。

【図６】従来における反射鏡を用いたアンテナ装置の一
例を示す斜視図。

【図７】従来における複数のアンテナ素子及び移相器を
備えたアンテナ装置の一例を示すブロック構成図。

【図８】従来における複数のアンテナ素子及び送受信モ
ジュールを備えたアンテナ装置の一例を示すブロック構
成図。

【図９】同従来における複数のアンテナ素子及び移相器
を備えたアンテナ装置によるアンテナパターンを説明す
るために示す図。

【図１０】同従来装置の放射パターンを説明するために
示す図。

【符号の説明】

２１…１次放射器、 ２２…アンテナ素子、 ２３…送受信モジュール、 ２５…移相器、 ２６…増幅器、 ２８…反射鏡、 ２９…ビーム成形演算器、 ３０…移相制御器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−204380（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−135205（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−197001（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−36636（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01Q 3/26 G01S 7/02

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ビームを送受信する複数個のアンテナ素
   子と、給電源から電力を取り入れ、この電力を分配して
   複数個の上記アンテナ素子へ与える電力分配手段と、こ
   の電力分配手段から複数個の前記アンテナ素子に至る給
   電経路中に介在され、給電経路の位相を移相する複数個
   の移相手段と、複数個の上記アンテナ素子と複数個の上
   記移相手段との間に介在され、各々の上記アンテナ素子
   の出力を互いに同一利得に設定する複数個の利得設定手
   段とを有する放射素子部と、 前記放射素子部の各アンテナ素子を配置した一端側に空
   気を介して位置し、前記放射素子部より広く形成されて
   おり、前記各アンテナ素子から放射された前記ビームを
   前記放射素子部の一端側から他端側へ反射させる反射鏡
   と、前記反射鏡で反射することによりアンテナ素子位置で異
   なるビームの方向及び形状に応じて 各々の前記移相手段
   の移相比率をそれぞれ制御する移相制御手段とを具備し
   てなることを特徴とするアンテナ装置。
2. 【請求項２】 ビームを送受信する複数個のアンテナ素
   子と、給電源から電力を取り入れ、この電力を分配して
   複数個の上記アンテナ素子へ与えるとともに、各々の上
   記アンテナ素子の出力を同一利得に設定する電力分配手
   段と、この電力分配手段から複数個の前記アンテナ素子
   に至る給電経路中に介在され、給電経路の位相を移相す
   る複数個の移相手段とを有する放射素子部と、 前記放射素子部の各アンテナ素子を配置した一端側に空
   気を介して位置し、前記放射素子部より広く形成されて
   おり、前記各アンテナ素子から放射された前記ビームを
   前記放射素子部の一端側から他端側へ反射させる反射鏡
   と、前記反射鏡で反射することによりアンテナ素子位置で異
   なるビームの方向及び形状に応じて 各々の前記移相手段
   の移相比率をそれぞれ制御する移相制御手段とを具備し
   てなることを特徴とするアンテナ装置。
3. 【請求項３】 前記移相制御手段は、ペンシルビームの
   場合に、位相関係が直線的となり、前記ビームを任意の
   方向へ向けるように各々の前記移相手段の移相比率を制
   御し、ファンビームの場合に、位相関係を任意の形状に
   合わせるように各々の前記移相手段の移相比率を制御す
   る手段を有してなることを特徴とする請求項１または２
   記載のアンテナ装置。
4. 【請求項４】 前記移相制御手段は、送信波位相レベル
   と、所望の位相レベルとの差が最小となるように反復演
   算を行なう手段を有してなることを特徴とする請求項１
   または２記載のアンテナ装置。