JP3280081B2 - アレーアンテナ - Google Patents
アレーアンテナInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固定無線装置の中継アン
テナや移動無線装置の基地局アンテナに利用する。特
に、直線上に一定間隔で配置された複数のアンテナ素子
を用いて複数の方向のビームを送受信することのできる
アレーアンテナに関する。
テナや移動無線装置の基地局アンテナに利用する。特
に、直線上に一定間隔で配置された複数のアンテナ素子
を用いて複数の方向のビームを送受信することのできる
アレーアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】固定無線通信や移動無線通信その他の無
線通信用多ビームアンテナとして、従来から、バトラー
マトリクスを用いたアレーアンテナが一般的に用いられ
ている。このようなアレーアンテナの一例として、アン
テナ素子の個数ＮがＮ＝８の場合の従来例を図１０に示
す。
線通信用多ビームアンテナとして、従来から、バトラー
マトリクスを用いたアレーアンテナが一般的に用いられ
ている。このようなアレーアンテナの一例として、アン
テナ素子の個数ＮがＮ＝８の場合の従来例を図１０に示
す。
【０００３】一般にアレーアンテナは直線上に一定間隔
ｄで配置されたＮ個の放射素子を備えるが、ここではｄ
＝０．５波長、Ｎ＝８の場合について説明する。なお、
以下では送信アンテナの場合を例に説明するが、本明細
書で説明するアンテナは送受信の双方向に利用できる。
ｄで配置されたＮ個の放射素子を備えるが、ここではｄ
＝０．５波長、Ｎ＝８の場合について説明する。なお、
以下では送信アンテナの場合を例に説明するが、本明細
書で説明するアンテナは送受信の双方向に利用できる。
【０００４】図１０に示した従来例は、直線上に一定間
隔ｄで配列されたＮ個の放射素子２１−１〜２１−８を
備え、これらが、ハイブリッド回路２２−１〜２２−
４、移相器２３−１〜２３−４、ハイブリッド回路２４
−１〜２４−４、移相器２５−１〜２５−４およびハイ
ブリッド回路２６−１〜２６−４からなる給電回路を介
して、入力端子２７−１〜２７−８に接続される。ハイ
ブリッド回路とは、一方の入力端子に入力された信号を
二つに分岐して二つの出力端子の間に９０°の位相差を
与えて出力し、他方の入力端子に入力された信号につい
ては、逆方向の位相差を与えて出力する回路である。
隔ｄで配列されたＮ個の放射素子２１−１〜２１−８を
備え、これらが、ハイブリッド回路２２−１〜２２−
４、移相器２３−１〜２３−４、ハイブリッド回路２４
−１〜２４−４、移相器２５−１〜２５−４およびハイ
ブリッド回路２６−１〜２６−４からなる給電回路を介
して、入力端子２７−１〜２７−８に接続される。ハイ
ブリッド回路とは、一方の入力端子に入力された信号を
二つに分岐して二つの出力端子の間に９０°の位相差を
与えて出力し、他方の入力端子に入力された信号につい
ては、逆方向の位相差を与えて出力する回路である。
【０００５】給電回路の構成をさらに詳しく説明する。
【０００６】放射素子２１−１〜２１−４はハイブリッ
ド回路２２−１〜２２−４の各々一方の出力端子に接続
され、放射素子２１−１〜２１−５はハイブリッド回路
２２−１〜２２−４の各々他方の出力端子に接続され
る。
ド回路２２−１〜２２−４の各々一方の出力端子に接続
され、放射素子２１−１〜２１−５はハイブリッド回路
２２−１〜２２−４の各々他方の出力端子に接続され
る。
【０００７】ハイブリッド回路２２−１の一方の入力端
子には移相器２３−１を経由したハイブリッド回路２４
−１の一方の出力が接続され、他方の入力端子にはハイ
ブリッド回路２４−３の一方の出力が接続される。ハイ
ブリッド回路２２−２の一方の入力端子には移相器２３
−２を経由したハイブリッド回路２４−３の一方の出力
が接続され、他方の入力端子にはハイブリッド回路２４
−４の一方の出力が接続される。ハイブリッド回路２２
−３の一方の入力端子にはハイブリッド回路２４−１の
他方の出力が接続され、他方の入力端子には移相器２３
−３を経由したハイブリッド回路２４−３の他方の出力
が接続される。ハイブリッド回路２２−４の一方の入力
端子にはハイブリッド回路２４−２の他方の出力が接続
され、他方の入力端子には移相器２３−４を経由したハ
イブリッド回路２４−４の他方の出力が接続される。
子には移相器２３−１を経由したハイブリッド回路２４
−１の一方の出力が接続され、他方の入力端子にはハイ
ブリッド回路２４−３の一方の出力が接続される。ハイ
ブリッド回路２２−２の一方の入力端子には移相器２３
−２を経由したハイブリッド回路２４−３の一方の出力
が接続され、他方の入力端子にはハイブリッド回路２４
−４の一方の出力が接続される。ハイブリッド回路２２
−３の一方の入力端子にはハイブリッド回路２４−１の
他方の出力が接続され、他方の入力端子には移相器２３
−３を経由したハイブリッド回路２４−３の他方の出力
が接続される。ハイブリッド回路２２−４の一方の入力
端子にはハイブリッド回路２４−２の他方の出力が接続
され、他方の入力端子には移相器２３−４を経由したハ
イブリッド回路２４−４の他方の出力が接続される。
【０００８】ハイブリッド回路２４−１の一方の入力端
子には移相器２５−１を経由したハイブリッド回路２６
−１の一方の出力が接続され、他方の入力端子にはハイ
ブリッド回路２６−２の一方の出力が接続される。ハイ
ブリッド回路２４−２の一方の入力端子にはハイブリッ
ド回路２６−１の他方の出力が接続され、他方の入力端
子には移相器２５−２を経由したハイブリッド回路２６
−２の他方の出力が接続される。ハイブリッド回路２４
−３の一方の入力端子には移相器２５−３を経由したハ
イブリッド回路２６−３の一方の出力が接続され、他方
の入力端子にはハイブリッド回路２６−４の一方の出力
が接続される。ハイブリッド回路２４−４の一方の入力
端子にはハイブリッド回路２６−３の他方の出力が接続
され、他方の入力端子には移相器２５−４を経由したハ
イブリッド回路２６−４の他方の出力が接続される。
子には移相器２５−１を経由したハイブリッド回路２６
−１の一方の出力が接続され、他方の入力端子にはハイ
ブリッド回路２６−２の一方の出力が接続される。ハイ
ブリッド回路２４−２の一方の入力端子にはハイブリッ
ド回路２６−１の他方の出力が接続され、他方の入力端
子には移相器２５−２を経由したハイブリッド回路２６
−２の他方の出力が接続される。ハイブリッド回路２４
−３の一方の入力端子には移相器２５−３を経由したハ
イブリッド回路２６−３の一方の出力が接続され、他方
の入力端子にはハイブリッド回路２６−４の一方の出力
が接続される。ハイブリッド回路２４−４の一方の入力
端子にはハイブリッド回路２６−３の他方の出力が接続
され、他方の入力端子には移相器２５−４を経由したハ
イブリッド回路２６−４の他方の出力が接続される。
【０００９】ハイブリッド回路２６−１の二つの入力に
は入力端子２７−１、２７−２が接続され、ハイブリッ
ド回路２６−２には入力端子２７−３、２７−４、ハイ
ブリッド回路２６−３には入力端子２７−５、２７−
６、ハイブリッド回路２６−４には入力端子２７−７、
２７−８が接続される。
は入力端子２７−１、２７−２が接続され、ハイブリッ
ド回路２６−２には入力端子２７−３、２７−４、ハイ
ブリッド回路２６−３には入力端子２７−５、２７−
６、ハイブリッド回路２６−４には入力端子２７−７、
２７−８が接続される。
【００１０】図１１はこの従来例の動作を説明する図で
あり、アレーアンテナ上の位相分布を示す。
あり、アレーアンテナ上の位相分布を示す。
【００１１】バトラーマトリクスでは、ハイブリッド回
路の出力端子の一方をｋ番目の素子、もう一方を〔ｋ＋
Ｎ／２〕番目の素子に接続する点に特徴がある。例え
ば、移相器２３−１〜２３−４による移相量を４５°、
移相器２５−１、２５−４の移相量を６７．５°、移相
器２５−２、２５−３の移相量を２２．５°とすると、
入力端子２７−１に入力した信号Ｐ１の電波は、放射素
子２１−１〜２１−８上では図１１に示すように一様に
傾斜した位相分布をとる。ただし、図１１では放射素子
２１−１〜２１−８の位置を＃１〜＃８で示す。この位
相分布において、隣り合う放射素子間で２２．５°ずつ
の位相差が生じ、正面から７．２°傾いた方向に主ビー
ムが生じる。一般に、波長λとすると、隣り合う放射素
子間で位相差φがあるとその電波にはφλ／２πの波長
差が生じ、素子の間隔がｄなので、主ビームの正面から
の傾斜角Δθが、 sinΔθ＝（φλ／２π）／ｄ ＝φλ／２πｄ となる。
路の出力端子の一方をｋ番目の素子、もう一方を〔ｋ＋
Ｎ／２〕番目の素子に接続する点に特徴がある。例え
ば、移相器２３−１〜２３−４による移相量を４５°、
移相器２５−１、２５−４の移相量を６７．５°、移相
器２５−２、２５−３の移相量を２２．５°とすると、
入力端子２７−１に入力した信号Ｐ１の電波は、放射素
子２１−１〜２１−８上では図１１に示すように一様に
傾斜した位相分布をとる。ただし、図１１では放射素子
２１−１〜２１−８の位置を＃１〜＃８で示す。この位
相分布において、隣り合う放射素子間で２２．５°ずつ
の位相差が生じ、正面から７．２°傾いた方向に主ビー
ムが生じる。一般に、波長λとすると、隣り合う放射素
子間で位相差φがあるとその電波にはφλ／２πの波長
差が生じ、素子の間隔がｄなので、主ビームの正面から
の傾斜角Δθが、 sinΔθ＝（φλ／２π）／ｄ ＝φλ／２πｄ となる。
【００１２】すなわち、移相量を適切に設定すること
で、入力端子２７−１〜２７−８のそれぞれに対して別
々の方向にビームを発生することができる。図１０には
入力端子２７−１〜２７−８への入力に対する主ビーム
の方向をＰ１〜Ｐ８で示す。このように、バトラーマト
リクスにより多ビームアンテナを構成できる。
で、入力端子２７−１〜２７−８のそれぞれに対して別
々の方向にビームを発生することができる。図１０には
入力端子２７−１〜２７−８への入力に対する主ビーム
の方向をＰ１〜Ｐ８で示す。このように、バトラーマト
リクスにより多ビームアンテナを構成できる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】バトラーマトリクスを
用いて２ビームを発生させ、さらにその２ビーム間の開
き角を変える方法としては、 （１）入力端子を切り替える （２）各移相器の値を調節して等位相面の角度を変える の二つが考えられる。しかし、（１）の方法では、ビー
ム方向を連続的に変えることはできない。また、（２）
の方法ならばビーム方向を連続的に変えることができる
が、ビーム方向を変える時にアレーアンテナの中心に位
相段差が生じるため、主ビーム近傍にグレーティングロ
ーブが発生して利得が大きく低下する欠点がある。
用いて２ビームを発生させ、さらにその２ビーム間の開
き角を変える方法としては、 （１）入力端子を切り替える （２）各移相器の値を調節して等位相面の角度を変える の二つが考えられる。しかし、（１）の方法では、ビー
ム方向を連続的に変えることはできない。また、（２）
の方法ならばビーム方向を連続的に変えることができる
が、ビーム方向を変える時にアレーアンテナの中心に位
相段差が生じるため、主ビーム近傍にグレーティングロ
ーブが発生して利得が大きく低下する欠点がある。
【００１４】本発明は、このような課題を解決し、２ビ
ームを発生させることができ、さらにその２ビーム間の
開き角を変えることのできるアレーアンテナを提供する
ことを目的とする。
ームを発生させることができ、さらにその２ビーム間の
開き角を変えることのできるアレーアンテナを提供する
ことを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明のアレーアンテナ
は、複数のアンテナ素子が形成するビーム方向に対応し
て各々のアンテナ素子の送受信信号の位相差を設定する
給電手段として、二個二組の入出力端子を含み、ひとつ
の入出力端子に入力された信号を二つに分岐してあらか
じめ定められた位相差を与えて他方の組の二つの入出力
端子に出力し、前記ひとつの入出力端子と同じ組の他の
入出力端子に入力された信号については前記あらかじめ
定められた位相差と逆の位相差を与えて前記他方の組の
二つの入出力端子に出力する複数のハイブリッド回路
と、この複数のハイブリッド回路のそれぞれ一方の組の
一方の入出力端子における信号位相差を設定する第一の
給電回路と、この複数のハイブリッド回路のそれぞれ前
記一方の組の他方の入出力端子における信号位相差を設
定する第二の給電回路とを含み、この複数のハイブリッ
ド回路のそれぞれ他方の組の二つの出力端子には、複数
のアンテナ素子のうち互いに隣接する素子が接続された
ことを特徴とする。
は、複数のアンテナ素子が形成するビーム方向に対応し
て各々のアンテナ素子の送受信信号の位相差を設定する
給電手段として、二個二組の入出力端子を含み、ひとつ
の入出力端子に入力された信号を二つに分岐してあらか
じめ定められた位相差を与えて他方の組の二つの入出力
端子に出力し、前記ひとつの入出力端子と同じ組の他の
入出力端子に入力された信号については前記あらかじめ
定められた位相差と逆の位相差を与えて前記他方の組の
二つの入出力端子に出力する複数のハイブリッド回路
と、この複数のハイブリッド回路のそれぞれ一方の組の
一方の入出力端子における信号位相差を設定する第一の
給電回路と、この複数のハイブリッド回路のそれぞれ前
記一方の組の他方の入出力端子における信号位相差を設
定する第二の給電回路とを含み、この複数のハイブリッ
ド回路のそれぞれ他方の組の二つの出力端子には、複数
のアンテナ素子のうち互いに隣接する素子が接続された
ことを特徴とする。
【００１６】ハイブリッド回路にアンテナ素子単体を接
続するのではなく、複数のアンテナ素子を互いに隣合う
素子毎に複数のサブアレーに区分し、複数のハイブリッ
ド回路には互いに隣接するサブアレーを電力分配器およ
び移相器を介して接続してもよい。これは、少数のアン
テナ素子からなるアレーアンテナを接続したことに相当
する。
続するのではなく、複数のアンテナ素子を互いに隣合う
素子毎に複数のサブアレーに区分し、複数のハイブリッ
ド回路には互いに隣接するサブアレーを電力分配器およ
び移相器を介して接続してもよい。これは、少数のアン
テナ素子からなるアレーアンテナを接続したことに相当
する。
【００１７】第一の給電回路により設定される位相差と
第二の給電回路により設定される位相差とを互いに異な
る値に設定することができる。
第二の給電回路により設定される位相差とを互いに異な
る値に設定することができる。
【００１８】
【作用】アレーアンテナのアンテナ素子と給電回路との
間にハイブリッド回路を挿入し、各ハイブリッド回路の
二つの入出力端子が隣り合う二つのアンテナ素子にそれ
ぞれ接続されるようにし、さらに反対側の入出力端子に
は、二つの給電回路の出力端子のうちそれぞれ１端子ず
つを接続する。アンテナ素子単体の代わりに少数素子か
らなるサブアレーを用いてもよい。
間にハイブリッド回路を挿入し、各ハイブリッド回路の
二つの入出力端子が隣り合う二つのアンテナ素子にそれ
ぞれ接続されるようにし、さらに反対側の入出力端子に
は、二つの給電回路の出力端子のうちそれぞれ１端子ず
つを接続する。アンテナ素子単体の代わりに少数素子か
らなるサブアレーを用いてもよい。
【００１９】二つの給電回路とアンテナ素子との間で
は、異なる周波数の電波を送受信できる。したがって、
この二つの給電回路の移相量を個別に設定すれば、異な
る方向の二つのビームを形成できる。また、ビーム方向
を変えるために各移相器を調整しても、グレーティング
ローブが主ビームから離れた位置に発生するため、利得
低下量が小さくなる。
は、異なる周波数の電波を送受信できる。したがって、
この二つの給電回路の移相量を個別に設定すれば、異な
る方向の二つのビームを形成できる。また、ビーム方向
を変えるために各移相器を調整しても、グレーティング
ローブが主ビームから離れた位置に発生するため、利得
低下量が小さくなる。
【００２０】
【実施例】図１は本発明第一実施例のアレーアンテナを
示すブロック構成図である。この実施例における各構成
要素は双方向動作が可能であり、送信アンテナと受信ア
ンテナとのいずれにも使用できるが、以下では説明を簡
単にするため送信アンテナの場合だけを説明する。
示すブロック構成図である。この実施例における各構成
要素は双方向動作が可能であり、送信アンテナと受信ア
ンテナとのいずれにも使用できるが、以下では説明を簡
単にするため送信アンテナの場合だけを説明する。
【００２１】このアレーアンテナは、実質的に等間隔ｄ
で直線上に配列された複数のアンテナ素子として放射素
子１−１〜１−８を備え、この複数の放射素子１−１〜
１−８が形成するビーム方向に対応して各々の放射素子
１−１〜１−８の送受信信号の位相差を設定する給電手
段を備える。
で直線上に配列された複数のアンテナ素子として放射素
子１−１〜１−８を備え、この複数の放射素子１−１〜
１−８が形成するビーム方向に対応して各々の放射素子
１−１〜１−８の送受信信号の位相差を設定する給電手
段を備える。
【００２２】ここで本実施例の特徴とするところは、一
方の入力端子に入力された信号を二つに分岐して９０°
の位相差を与えて二つの出力端子に出力し、他方の入力
端子に入力された信号については逆位相差を与えて出力
する複数のハイブリッド回路２−１〜２−４と、この複
数のハイブリッド回路２−１〜２−４の入力端子におけ
る信号位相差を設定する第一の給電回路３Ａと、この複
数のハイブリッド回路２−１〜２−４の他方の入力端子
における信号位相差を設定する第二の給電回路３Ｂとを
備え、この複数のハイブリッド回路２−１〜２−４のそ
れぞれの出力端子には放射素子１−１〜１−８のうち互
いに隣接する素子が接続されたことにある。
方の入力端子に入力された信号を二つに分岐して９０°
の位相差を与えて二つの出力端子に出力し、他方の入力
端子に入力された信号については逆位相差を与えて出力
する複数のハイブリッド回路２−１〜２−４と、この複
数のハイブリッド回路２−１〜２−４の入力端子におけ
る信号位相差を設定する第一の給電回路３Ａと、この複
数のハイブリッド回路２−１〜２−４の他方の入力端子
における信号位相差を設定する第二の給電回路３Ｂとを
備え、この複数のハイブリッド回路２−１〜２−４のそ
れぞれの出力端子には放射素子１−１〜１−８のうち互
いに隣接する素子が接続されたことにある。
【００２３】放射素子１−１〜１−８としては、ダイポ
ールアンテナその他の線状アンテナや、パッチアンテ
ナ、スロットアンテナなどの平面アンテナを用いること
ができる。
ールアンテナその他の線状アンテナや、パッチアンテ
ナ、スロットアンテナなどの平面アンテナを用いること
ができる。
【００２４】給電回路３Ａ、３Ｂは、放射素子１−１〜
１−８上の励振電流の振幅および位相が所定の値となる
ように調整される。給電回路３Ａは、図１に示した例で
は、ハイブリッド回路２−１〜２−４にそれぞれ接続さ
れる移相器４−１〜４−４と、移相器４−１、４−２に
電力を分配する電力分配器５−１と、移相器４−３、４
−４に電力を分配する電力分配器５−２と、電力分配器
５−１、５−２の入力にそれぞれ接続される移相器４−
５、４−６と、この移相器４−５、４−６に電力を分配
する電力分配器５−３とを備え、電力分配器５−３には
入力端子６Ａが接続される。移相器４−１〜４−６のす
べてが必ずしも必要なわけではなく、所望の主ビーム方
向が得られるのであれば、そのいくつかを省略できる。
また、移相器４−１〜４−６としては、給電線路の線路
長を変えることで代用することもできる。給電回路３Ｂ
の構成も同等である。このような構成において、各移相
器の移相量を調整することで、入力端子６Ａ、６Ｂへの
電力供給に対して主ビームを異なる方向に向けることが
できる。
１−８上の励振電流の振幅および位相が所定の値となる
ように調整される。給電回路３Ａは、図１に示した例で
は、ハイブリッド回路２−１〜２−４にそれぞれ接続さ
れる移相器４−１〜４−４と、移相器４−１、４−２に
電力を分配する電力分配器５−１と、移相器４−３、４
−４に電力を分配する電力分配器５−２と、電力分配器
５−１、５−２の入力にそれぞれ接続される移相器４−
５、４−６と、この移相器４−５、４−６に電力を分配
する電力分配器５−３とを備え、電力分配器５−３には
入力端子６Ａが接続される。移相器４−１〜４−６のす
べてが必ずしも必要なわけではなく、所望の主ビーム方
向が得られるのであれば、そのいくつかを省略できる。
また、移相器４−１〜４−６としては、給電線路の線路
長を変えることで代用することもできる。給電回路３Ｂ
の構成も同等である。このような構成において、各移相
器の移相量を調整することで、入力端子６Ａ、６Ｂへの
電力供給に対して主ビームを異なる方向に向けることが
できる。
【００２５】図２および図３は第一実施例の動作を説明
するための図であり、図２は２ビームのアレーアンテナ
を一般化して示すブロック構成図、図３は放射素子上の
励振動電流の位相分布を示す図である。
するための図であり、図２は２ビームのアレーアンテナ
を一般化して示すブロック構成図、図３は放射素子上の
励振動電流の位相分布を示す図である。
【００２６】このアレーアンテナは、Ｎ個の放射素子を
Ｍ個ごとのブロックに区分し、ハイブリッド回路の出力
端子側で線路を交差させ、一方をｋ番目の素子に、他方
を〔ｋ＋Ｍ〕番目の素子にそれぞれ接続させたものであ
る。すなわち、放射素子１１−１〜１１−ＮはＭ＝３個
ずつに区分され、ハイブリッド回路１２−１の二つの出
力の一方は放射素子１１−１に、他方は放射素子１１−
〔Ｍ＋１〕に、ハイブリッド回路１２−２の出力の一方
は放射素子１１−２に、他方は１１−〔Ｍ＋２〕に、と
いうように接続される。ハイブリッド回路１２−１、１
２−２、…の各々一方の入力には給電回路１３Ａが接続
され、他方の入力には給電回路１３Ｂが接続される。
Ｍ個ごとのブロックに区分し、ハイブリッド回路の出力
端子側で線路を交差させ、一方をｋ番目の素子に、他方
を〔ｋ＋Ｍ〕番目の素子にそれぞれ接続させたものであ
る。すなわち、放射素子１１−１〜１１−ＮはＭ＝３個
ずつに区分され、ハイブリッド回路１２−１の二つの出
力の一方は放射素子１１−１に、他方は放射素子１１−
〔Ｍ＋１〕に、ハイブリッド回路１２−２の出力の一方
は放射素子１１−２に、他方は１１−〔Ｍ＋２〕に、と
いうように接続される。ハイブリッド回路１２−１、１
２−２、…の各々一方の入力には給電回路１３Ａが接続
され、他方の入力には給電回路１３Ｂが接続される。
【００２７】ここで、給電回路３Ａは、ハイブリッド回
路１２−１、１２−２間には位相差φ1、ハイブリッド
回路１２−３、１２−４間には位相差φ 3 、ハイブリッ
ド回路１２−１、１２−３間には位相差φ 2 の信号をそ
れぞれ供給するとする。このとき、φ1、φ 2 を調整し
て、放射素子１１−１、１１−２、１１−３間に〔２π
ｄ／λ〕 sinΔθの位相差を与える。さらに、φ2＋φ3
が〔４πＭｄ／λ〕 sinΔθと等しくなるようにφ 3 を
設定する。以下同様に設定すると、Ｍ個の放射素子を含
むブロック内と、２Ｍ素子毎のブロック間とで、位相面
が同じになる。このとき、偶数番目のブロックは全体に
その前のブロックより９０°位相が遅れるため、図３に
示すように、Ｍ素子毎に９０°の位相段差が生じる。こ
のようなアレーアンテナを用い、主ビームの正面からの
開き角をΔθに設定したとき、正面から角度θの方向の
出力レベルｆ（θ）は次式で表される。
路１２−１、１２−２間には位相差φ1、ハイブリッド
回路１２−３、１２−４間には位相差φ 3 、ハイブリッ
ド回路１２−１、１２−３間には位相差φ 2 の信号をそ
れぞれ供給するとする。このとき、φ1、φ 2 を調整し
て、放射素子１１−１、１１−２、１１−３間に〔２π
ｄ／λ〕 sinΔθの位相差を与える。さらに、φ2＋φ3
が〔４πＭｄ／λ〕 sinΔθと等しくなるようにφ 3 を
設定する。以下同様に設定すると、Ｍ個の放射素子を含
むブロック内と、２Ｍ素子毎のブロック間とで、位相面
が同じになる。このとき、偶数番目のブロックは全体に
その前のブロックより９０°位相が遅れるため、図３に
示すように、Ｍ素子毎に９０°の位相段差が生じる。こ
のようなアレーアンテナを用い、主ビームの正面からの
開き角をΔθに設定したとき、正面から角度θの方向の
出力レベルｆ（θ）は次式で表される。
【００２８】
【数１】 ここで、励振振幅は一定としている。数１の式において
Ｍ＝Ｎ／２とすると、Ｎ素子のバトラーマトリクスで正
面に近いビームを用いた場合と同等になる。
Ｍ＝Ｎ／２とすると、Ｎ素子のバトラーマトリクスで正
面に近いビームを用いた場合と同等になる。
【００２９】また、等位相面からの位相段差Δφは次式
で表される。
で表される。
【００３０】
【数２】 この式において、Δφ＞０の場合には、Ｍが大きいほど
Δφは小さくなる。開き角Δθを変化させると、Δθ0
＝ｓin-1〔λ／（４Ｍｄ）〕となる角度においてΔφ＝
０となるため、位相面が一致して利得が最大となる。Δ
θがΔθ0 から離れるほど位相段差が大きくなり、グレ
ーティングローブが発生する。このとき、グレーティン
グローブの位置θG は次式で表される。
Δφは小さくなる。開き角Δθを変化させると、Δθ0
＝ｓin-1〔λ／（４Ｍｄ）〕となる角度においてΔφ＝
０となるため、位相面が一致して利得が最大となる。Δ
θがΔθ0 から離れるほど位相段差が大きくなり、グレ
ーティングローブが発生する。このとき、グレーティン
グローブの位置θG は次式で表される。
【００３１】
【数３】 この式から明らかなように、Ｍが大きくなるほどグレー
ティングローブの発生する位置が主ビームに近くなるの
で、それだけ電力の分散が大きくなって利得低下が大き
くなる。すなわち、Ｍが大きい場合にはΔθの変化に対
して利得低下が大きくなる。
ティングローブの発生する位置が主ビームに近くなるの
で、それだけ電力の分散が大きくなって利得低下が大き
くなる。すなわち、Ｍが大きい場合にはΔθの変化に対
して利得低下が大きくなる。
【００３２】図４は繰り返し数Ｍを変えた場合の均一分
布アレーからの利得低下量を示す。この図は、放射素子
数Ｎ＝３２、放射素子の間隔ｄ＝０．５波長の場合につ
いて求めたものである。放射素子としては半波長ダイポ
ールアンテナを用いた。
布アレーからの利得低下量を示す。この図は、放射素子
数Ｎ＝３２、放射素子の間隔ｄ＝０．５波長の場合につ
いて求めたものである。放射素子としては半波長ダイポ
ールアンテナを用いた。
【００３３】図４に示したように、ΔθがΔθ0 から離
れるにしたがって利得は低下し、Ｍが大きいほどわずか
な角度変化で利得が大きく低下する。バトラーマトリク
スと等価なＭ＝１６の場合とＭ＝１の場合とを比較する
と、Ｍ＝１６の場合には２°から±１°程度ずれただけ
で利得が２ｄＢ以上低下するのに対して、Ｍ＝１の場合
には角度を変えても利得がほとんど低下しないことがわ
かる。Ｍの値を変えた場合と比較しても、Ｍ＝１の場合
は広い角度範囲にわたって利得低下量が小さいことがわ
かる。このように、Ｍ＝１、すなわちハイブリッド回路
の二つの出力端子から隣り合う放射素子にそれぞれ接続
した場合に利得低下量が最も小さくなる。
れるにしたがって利得は低下し、Ｍが大きいほどわずか
な角度変化で利得が大きく低下する。バトラーマトリク
スと等価なＭ＝１６の場合とＭ＝１の場合とを比較する
と、Ｍ＝１６の場合には２°から±１°程度ずれただけ
で利得が２ｄＢ以上低下するのに対して、Ｍ＝１の場合
には角度を変えても利得がほとんど低下しないことがわ
かる。Ｍの値を変えた場合と比較しても、Ｍ＝１の場合
は広い角度範囲にわたって利得低下量が小さいことがわ
かる。このように、Ｍ＝１、すなわちハイブリッド回路
の二つの出力端子から隣り合う放射素子にそれぞれ接続
した場合に利得低下量が最も小さくなる。
【００３４】図５は実施例により得られる放射パターン
の一例を示す。ここでは、放射素子数Ｎ＝３２、放射素
子間隔ｄ＝０．５波長、主ビームの開き角Δθ＝±５°
の場合を示す。二つの給電回路により得られる放射パタ
ーンは±３０°の点にヌル点が生じるものの、主ビーム
近傍におけるサイドローブの変化はわずかであり、実用
的に支障はない。
の一例を示す。ここでは、放射素子数Ｎ＝３２、放射素
子間隔ｄ＝０．５波長、主ビームの開き角Δθ＝±５°
の場合を示す。二つの給電回路により得られる放射パタ
ーンは±３０°の点にヌル点が生じるものの、主ビーム
近傍におけるサイドローブの変化はわずかであり、実用
的に支障はない。
【００３５】図６は放射パターンの別の例を示す。
【００３６】図５に示した放射パターンはビーム方向を
正面に対して左右対象となるようにしたものであるが、
給電回路内の移相器を調整することで、二つのビームを
同じ側に傾けることも可能である。図６（ａ）、（ｂ）
に示した放射パターンはこのような例を示すものであ
り、ビームの傾き角を右側にそれぞれ４°、８°として
いる。この場合にも、図５に示した場合と同様な特性が
得られる。ただし、この例では放射素子数Ｎ＝１６とし
た。
正面に対して左右対象となるようにしたものであるが、
給電回路内の移相器を調整することで、二つのビームを
同じ側に傾けることも可能である。図６（ａ）、（ｂ）
に示した放射パターンはこのような例を示すものであ
り、ビームの傾き角を右側にそれぞれ４°、８°として
いる。この場合にも、図５に示した場合と同様な特性が
得られる。ただし、この例では放射素子数Ｎ＝１６とし
た。
【００３７】以上のように、本実施例のアレーアンテナ
は、二つの異なる方向にビームを発生することができる
とともに、ビーム方向を変えた場合でも利得低下を最小
とすることができる。また、以上の説明では電力を等振
幅分布となるようにしているが、不等振幅分波の場合に
も同様の効果が得られる。
は、二つの異なる方向にビームを発生することができる
とともに、ビーム方向を変えた場合でも利得低下を最小
とすることができる。また、以上の説明では電力を等振
幅分布となるようにしているが、不等振幅分波の場合に
も同様の効果が得られる。
【００３８】図７は本発明第二実施例のアレーアンテナ
を示すブロック構成図である。
を示すブロック構成図である。
【００３９】この実施例は、ハイブリッド回路の出力を
直接アンテナ素子に接続するのではなく、複数のアンテ
ナ素子毎に構成されたサブアレーに接続することが第一
実施例と異なる。すなわち、複数の放射素子１−１〜１
−８が互いに隣合う素子毎に複数のサブアレー７−１〜
７−４に区分され、複数のハイブリッド回路２−１、２
−２と、この複数のハイブリッド回路２−１、２−２の
それぞれ一方の組の一方の入出力端子における信号位相
差を設定する第一の給電回路８Ａと、この複数のハイブ
リッド回路２−１、２−２のそれぞれ前記一方の組の他
方の入出力端子における信号位相差を設定する第二の給
電回路８Ｂとを備え、ハイブリッド回路２−１、２−２
のそれぞれ他方の組の二つの入出力端子には、互いに隣
接するサブアレーが電力分配器および移相器を介して接
続される。以下では、サブアレー７−１〜７−４内にそ
れぞれ電力分配器および移相器が設けられるものとして
説明する。
直接アンテナ素子に接続するのではなく、複数のアンテ
ナ素子毎に構成されたサブアレーに接続することが第一
実施例と異なる。すなわち、複数の放射素子１−１〜１
−８が互いに隣合う素子毎に複数のサブアレー７−１〜
７−４に区分され、複数のハイブリッド回路２−１、２
−２と、この複数のハイブリッド回路２−１、２−２の
それぞれ一方の組の一方の入出力端子における信号位相
差を設定する第一の給電回路８Ａと、この複数のハイブ
リッド回路２−１、２−２のそれぞれ前記一方の組の他
方の入出力端子における信号位相差を設定する第二の給
電回路８Ｂとを備え、ハイブリッド回路２−１、２−２
のそれぞれ他方の組の二つの入出力端子には、互いに隣
接するサブアレーが電力分配器および移相器を介して接
続される。以下では、サブアレー７−１〜７−４内にそ
れぞれ電力分配器および移相器が設けられるものとして
説明する。
【００４０】放射素子１−１〜１−８としては、第一実
施例と同様に、ダイポールアンテナ等の線状アンテナ
や、パッチアンテナ、スロットアンテナ等の平面アンテ
ナを用いることができる。
施例と同様に、ダイポールアンテナ等の線状アンテナ
や、パッチアンテナ、スロットアンテナ等の平面アンテ
ナを用いることができる。
【００４１】ハイブリッド回路２−１、２−２は第一実
施例のものと同等であり、ハイブリッド回路２−１の出
力端子には二素子からなるサブアレー７−１、７−２が
接続され、ハイブリッド回路２−２の出力端子には同じ
くサブアレー７−３、７−４が接続される。ハイブリッ
ド回路２−１、２−２のそれぞれの入力端子には、給電
回路８Ａおよび８Ｂが接続される。
施例のものと同等であり、ハイブリッド回路２−１の出
力端子には二素子からなるサブアレー７−１、７−２が
接続され、ハイブリッド回路２−２の出力端子には同じ
くサブアレー７−３、７−４が接続される。ハイブリッ
ド回路２−１、２−２のそれぞれの入力端子には、給電
回路８Ａおよび８Ｂが接続される。
【００４２】給電回路８Ａ、８Ｂは、サブアレー７−１
〜７−４に供給される励振電流の振幅および位相が所定
の値となるように調整され、個々の放射素子１−１〜１
−８素子上の励振電流の振幅および位相は、サブアレー
７−１〜７−４内の電力分配器および移相器により調整
される。
〜７−４に供給される励振電流の振幅および位相が所定
の値となるように調整され、個々の放射素子１−１〜１
−８素子上の励振電流の振幅および位相は、サブアレー
７−１〜７−４内の電力分配器および移相器により調整
される。
【００４３】この実施例において、周波数ｆ1 、ｆ2 の
いずれの場合にも主ビームが同じ方向を向くようにサブ
アレー７−１〜７−４内の移相器をあらかじめ調整して
おく。そして、給電回路８Ａと８Ｂとで、それぞれに入
力される周波数ｆ1 、ｆ2 に対して主ビームを異なる方
向に微調整する。
いずれの場合にも主ビームが同じ方向を向くようにサブ
アレー７−１〜７−４内の移相器をあらかじめ調整して
おく。そして、給電回路８Ａと８Ｂとで、それぞれに入
力される周波数ｆ1 、ｆ2 に対して主ビームを異なる方
向に微調整する。
【００４４】図８は本発明第三実施例のアレーアンテナ
を示すブロック構成図である。
を示すブロック構成図である。
【００４５】この実施例は、ハイブリッド回路２−１、
２−２の出力に四素子のサブアレー９−１〜９−４を接
続したことが第二実施例と異なる。この場合にも第二実
施例と同様に、周波数ｆ1 、ｆ2 のいずれの場合にも主
ビームが同じ方向を向くようにサブアレー９−１〜９−
４内の移相器をあらかじめ調整しておき、給電回路８Ａ
と８Ｂとで、それぞれに入力される周波数ｆ1 、ｆ2 に
対して主ビームを異なる方向に微調整する。
２−２の出力に四素子のサブアレー９−１〜９−４を接
続したことが第二実施例と異なる。この場合にも第二実
施例と同様に、周波数ｆ1 、ｆ2 のいずれの場合にも主
ビームが同じ方向を向くようにサブアレー９−１〜９−
４内の移相器をあらかじめ調整しておき、給電回路８Ａ
と８Ｂとで、それぞれに入力される周波数ｆ1 、ｆ2 に
対して主ビームを異なる方向に微調整する。
【００４６】図９は、放射素子単体の代わりに二素子お
よび四素子のサブアレーを用いた場合について、主ビー
ムの開き角Δθを変えたときの利得低下量を示す。ここ
では、放射素子数Ｎ＝３２、放射素子の間隔ｄ＝０．５
波長としている。
よび四素子のサブアレーを用いた場合について、主ビー
ムの開き角Δθを変えたときの利得低下量を示す。ここ
では、放射素子数Ｎ＝３２、放射素子の間隔ｄ＝０．５
波長としている。
【００４７】この図に示したように、バトラーマトリク
スを用いた場合の特性と比較すると、サブアレーを用い
た場合のほうがピーク点での利得は低くなるが、開き角
を変えた場合の平均の利得低下量は小さくなる。そのた
め、例えば低下量を−１ｄＢまで許容できるとした場
合、バトラーマトリクスの可変角度範囲が１．２°であ
るのに対し、二素子サブアレーの場合では１２．２°、
四素子の場合でも７．５°と可変できる角度範囲が広く
なっている。
スを用いた場合の特性と比較すると、サブアレーを用い
た場合のほうがピーク点での利得は低くなるが、開き角
を変えた場合の平均の利得低下量は小さくなる。そのた
め、例えば低下量を−１ｄＢまで許容できるとした場
合、バトラーマトリクスの可変角度範囲が１．２°であ
るのに対し、二素子サブアレーの場合では１２．２°、
四素子の場合でも７．５°と可変できる角度範囲が広く
なっている。
【００４８】このように、放射素子単体の代わりにサブ
アレーを用いた場合でも、バトラーマトリクスを用いた
場合に比べて、利得低下を抑えたままで広い角度範囲に
ビーム方向を変えることができる。
アレーを用いた場合でも、バトラーマトリクスを用いた
場合に比べて、利得低下を抑えたままで広い角度範囲に
ビーム方向を変えることができる。
【００４９】以上の実施例では送信アンテナを例に説明
したが、本発明のアレーアンテナは入出力の方向を逆に
すれば同様に受信アンテナとして利用できる。
したが、本発明のアレーアンテナは入出力の方向を逆に
すれば同様に受信アンテナとして利用できる。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のアレーア
ンテナは、利得低下を最小に抑えながらひとつのアンテ
ナで複数のビームを形成でき、通信回線の容量を増やす
ことができる。また、個々のビーム方向を別々に変える
ことができるため、干渉波の到来方向が時間的に変動す
る場合でも、ビーム毎に干渉を避けることができ、柔軟
な回路設計が可能となる。
ンテナは、利得低下を最小に抑えながらひとつのアンテ
ナで複数のビームを形成でき、通信回線の容量を増やす
ことができる。また、個々のビーム方向を別々に変える
ことができるため、干渉波の到来方向が時間的に変動す
る場合でも、ビーム毎に干渉を避けることができ、柔軟
な回路設計が可能となる。
【図１】本発明第一実施例のアレーアンテナを示すブロ
ック構成図。
ック構成図。
【図２】第一実施例の動作を説明する図であり、２ビー
ムのアレーアンテナを一般化して示すブロック構成図。
ムのアレーアンテナを一般化して示すブロック構成図。
【図３】第一実施例の動作を説明する図であり、放射素
子上の励振動電流の位相分布を示す図。
子上の励振動電流の位相分布を示す図。
【図４】主ビームの開き角Δθを変えた場合の利得低下
量を示す図。
量を示す図。
【図５】ビーム放射パターンの一例を示す図。
【図６】二つのビームを同じ側に傾けた放射パターン例
を示す図。
を示す図。
【図７】本発明第二実施例のアレーアンテナを示すブロ
ック構成図。
ック構成図。
【図８】本発明第三実施例のアレーアンテナを示すブロ
ック構成図。
ック構成図。
【図９】サブアレーを用いた場合の開き角Δθの変化に
対する利得低下量を示す図。
対する利得低下量を示す図。
【図１０】従来例を示すブロック構成図であり、バトラ
ーマトリクスの構成を示す図。
ーマトリクスの構成を示す図。
【図１１】アレーアンテナ上の移相分布を示す図。
１−１〜１−８、１１−１〜１１−Ｎ、２１−１〜２１
−８ 放射素子 ２−１〜２−４、１２−１、１２−２、…、２２−１〜
２２−４、２４−１〜２４−４、２６−１〜２６−４
ハイブリッド回路 ３Ａ、３Ｂ、８Ａ、８Ｂ、１３Ａ、１３Ｂ 給電回路 ４−１〜４−６、２３−１〜２３−４、２５−１〜２５
−４ 移相器 ５−１〜５−３ 電力分配器 ６Ａ、６Ｂ、２７−１〜２７−８ 入力端子 ７−１〜７−４、９−１〜９−４ サブアレー
−８ 放射素子 ２−１〜２−４、１２−１、１２−２、…、２２−１〜
２２−４、２４−１〜２４−４、２６−１〜２６−４
ハイブリッド回路 ３Ａ、３Ｂ、８Ａ、８Ｂ、１３Ａ、１３Ｂ 給電回路 ４−１〜４−６、２３−１〜２３−４、２５−１〜２５
−４ 移相器 ５−１〜５−３ 電力分配器 ６Ａ、６Ｂ、２７−１〜２７−８ 入力端子 ７−１〜７−４、９−１〜９−４ サブアレー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−49404（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−5704（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−157507（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−89606（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01Q 25/04 H01Q 3/34
Claims (3)
- 【請求項１】 実質的に等間隔で直線上に配列された複
数のアンテナ素子と、 この複数のアンテナ素子が形成するビーム方向に対応し
て各々のアンテナ素子の送受信信号の位相差を設定する
給電手段とを備えたアレーアンテナにおいて、 上記給電手段は、 二個二組の入出力端子を含み、ひとつの入出力端子に入
力された信号を二つに分岐してあらかじめ定められた位
相差を与えて他方の組の二つの入出力端子に出力し、前
記ひとつの入出力端子と同じ組の他の入出力端子に入力
された信号については前記あらかじめ定められた位相差
と逆の位相差を与えて前記他方の組の二つの入出力端子
に出力する複数のハイブリッド回路と、 この複数のハイブリッド回路のそれぞれ一方の組の一方
の入出力端子における信号位相差を設定する第一の給電
回路と、 この複数のハイブリッド回路のそれぞれ前記一方の組の
他方の入出力端子における信号位相差を設定する第二の
給電回路とを含み、 上記複数のハイブリッド回路のそれぞれ他方の組の二つ
の入出力端子には、前記アンテナ素子のうち互いに隣接
する素子が接続されたことを特徴とするアレーアンテ
ナ。 - 【請求項２】 実質的に等間隔で直線上に配列された複
数のアンテナ素子と、 この複数のアンテナ素子が形成するビーム方向に対応し
て各々のアンテナ素子の送受信信号の位相差を設定する
給電手段とを備えたアレーアンテナにおいて、 上記複数のアンテナ素子は互いに隣合う素子毎に複数の
サブアレーに区分され、 上記給電手段は、 二個二組の入出力端子を含み、ひとつの入出力端子に入
力された信号を二つに分岐してあらかじめ定められた位
相差を与えて他方の組の二つの入出力端子に出力し、前
記ひとつの入出力端子と同じ組の他の入出力端子に入力
された信号については前記あらかじめ定められた位相差
と逆の位相差を与えて前記他方の組の二つの入出力端子
に出力する複数のハイブリッド回路と、 この複数のハイブリッド回路のそれぞれ一方の組の一方
の入出力端子における信号位相差を設定する第一の給電
回路と、 この複数のハイブリッド回路のそれぞれ前記一方の組の
他方の入出力端子における信号位相差を設定する第二の
給電回路とを含み、 上記複数のハイブリッド回路のそれぞれ他方の組の二つ
の入出力端子には互いに隣接するサブアレーが電力分配
器および移相器を介して接続されたことを特徴とするア
レーアンテナ。 - 【請求項３】 上記第一の給電回路により設定される位
相差と上記第二の給電回路により設定される位相差とが
互いに異なる値に設定された請求項１または２記載のア
レーアンテナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24510692A JP3280081B2 (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | アレーアンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24510692A JP3280081B2 (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | アレーアンテナ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0697731A JPH0697731A (ja) | 1994-04-08 |
| JP3280081B2 true JP3280081B2 (ja) | 2002-04-30 |
Family
ID=17128709
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24510692A Expired - Lifetime JP3280081B2 (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | アレーアンテナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3280081B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2002337354B2 (en) * | 2001-11-14 | 2006-06-22 | Quintel Technology Limited | Antenna system |
| KR101392073B1 (ko) * | 2012-04-20 | 2014-05-07 | 후아웨이 테크놀러지 컴퍼니 리미티드 | 안테나, 기지국 및 빔 프로세싱 방법 |
| US9899747B2 (en) | 2014-02-19 | 2018-02-20 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Dual vertical beam cellular array |
-
1992
- 1992-09-14 JP JP24510692A patent/JP3280081B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0697731A (ja) | 1994-04-08 |
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