JP3294648B2 - 平面アレ−アンテナ - Google Patents

平面アレ−アンテナ

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JP3294648B2 JP33862392A JP33862392A JP3294648B2 JP 3294648 B2 JP3294648 B2 JP 3294648B2 JP 33862392 A JP33862392 A JP 33862392A JP 33862392 A JP33862392 A JP 33862392A JP 3294648 B2 JP3294648 B2 JP 3294648B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波及びミリ波の
放射あるいは受信に使用される平面アレ−アンテナに関
する。
【0002】
【従来の技術】1つのアンテナから複数のビ−ムを放射
するマルチビ−ムアンテナが衛星通信の通信分野に応用
されている。例えば、パラボラアンテナにおいては、複
数の一次放射器を設けることにより、複数のビ−ムを放
射するようにしていた。
【0003】また、外周部が短絡された円形上部金属板
と円形下部金属板とを備え、各金属板相互間を導波路と
する空間の中央部に給電部を配置すると共に、上部円形
金属板の表面にヘリカルアンテナやパッチアンテナから
なる多数の円偏波放射素子を、それぞれ1波長以下の間
隔で同心円状に絶縁配置して構成される平面アレ−アン
テナが知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような平面アンテ
ナにおいては、給電部は中央部に固定されていたため、
複数のビ−ムを放射することはできなかった。また、矩
形、変形、楕円形ならびに多角形導波管の導波路を給電
回路に持つ平面アレ−アンテナにおいても、給電部は1
ケ所に固定されていたため、複数のビ−ムを放射するこ
とはできなかった。また、いずれも平面アレ−アンテナ
においても、給電部が中央部に固定されているため、放
射するビ−ムにチルトをかけることはできなかった。
【0005】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、その目的は複数のビ−ムを放射することができ、放
射するビ−ムをチルトさせることができる平面アレ−ア
ンテナを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1に係わる平面ア
ンテナは、円形状の下部金属板と、この下部金属板の上
方に1波長未満の間隔で平行にして対向配置され該下部
金属板に対応する形状の上部金属板と、この上部金属板
と上記下部金属板それぞれの外周縁部を短絡する短絡板
と、上記下部金属板の中央から偏心した位置に設けられ
上下金属板相互間からなる導波路に対し高周波結合を図
る給電部と、上記上部金属板に対し1波長以下の間隔を
有する同心円状複数段の曲線それぞれに沿って1波長以
下の間隔で形成された複数の小孔と、この複数の小孔に
対し挿入され上記導波路に対し高周波結合される複数の
放射素子と、この複数の放射素子と上記小孔との間に介
在される絶縁スペーサとを備えている。
【0007】
【0008】請求項に係わる平面アレ−アンテナは、
円形状の下部金属板と、この下部金属板の上方に1波長
未満の間隔で平行にして対向配置され該下部金属板に対
応する形状の上部金属板と、この上部金属板と上記下部
金属板それぞれの外周縁部を短絡する短絡板と、上記下
部金属板の複数位置に設けられ上下金属板相互間からな
る導波路に対し高周波結合を図る複数の給電部と、上記
上部金属板に対し1波長以下の間隔を有する同心円状複
数段の曲線それぞれに沿って1波長以下の間隔で形成さ
れた複数の小孔と、この複数の小孔に対し挿入され上記
導波路に対し高周波結合される複数の放射素子と、この
複数の放射素子と上記小孔との間に介在される絶縁スペ
ーサとを備えている。
【0009】請求項に係わる平面アレ−アンテナは、
矩形、変形、楕円形ならびに多角形導波管の導波路を給
電回路に持つ平面アレ−アンテナにおいて、導波管への
給電部が複数設けられたことを特徴とする。請求項4記
載の平面アレーアンテナは、請求項2または請求項3記
載の複数の給電部からの出力を相互に演算する演算部を
設け、この演算部で演算処理を行なうことにより指向性
を制御することを特徴とする。
【0010】
【作用】請求項1の平面アレ−アンテナによれば、下部
金属板の中心から偏心した位置に給電部を設けるように
したので、ビ−ムにチルトをかけることができる。
【0011】請求項の平面アレ−アンテナは複数の給
電部を設けているので、同時に複数のビ−ムを持たせる
ことができる。
【0012】請求項の平面アレ−アンテナは矩形、変
形、楕円形ならびに多角形導波管の導波路を給電回路に
持つ平面アレ−アンテナにおいて、導波管への給電部を
複数設けたので、同時に複数のビ−ムを持たせることが
できる。請求項の平面アレーアンテナは、請求項2ま
たは請求項3記載の複数の給電部からの出力を相互に演
算する演算部を設け、この演算部で演算処理を行なうこ
とにより指向性を制御することができる。
【0013】
【実施例】以下図面を参照して本発明の一実施例に係わ
る平面アレ−アンテナについて説明する。図1はヘリカ
ルアンテナを用いた平面アレ−アンテナを示すもので、
同図(A)はその平面図、同図(B)は図1のB−Bは
同図(A)のB−B線に沿った断面図、図2及び図3は
平面アレ−アンテナの指向性を説明するための座標系を
示す図、図4(A)は給電位置がAよりdだけずれた時
の指向性を示す図、図4(B)は給電位置がAの時の指
向性を示す図である。
【0014】図1において、11は円盤形状の下部金属
板、12は下部金属板11と同一の直径を有する円盤形
状の上部金属板であり、この下部金属板11と上部金属
板12とは、1波長未満の間隔を持って平行に対向配置
され、外周縁部には短絡板13を設けて短絡される。
【0015】上記下部金属板11の中心Aからdだけず
れた位置には、上部金属板12との空間からなるラジア
ル導波路14に対し高周波結合を図るべく給電プローブ
を挿入した給電部15が設けられる。なお、導波路14
は、発泡誘電体を充填して構成してもよい。
【0016】一方、上部金属板12には、多数の小孔1
6,…が、1波長以下の間隔を有する同心円状複数段の
曲線それぞれに沿って1波長以下の間隔で形成されるも
ので、この多数の小孔16,…に対しては、それぞれ右
旋円偏波ヘリカルアンテナ17,…のプローブ17a,
…が絶縁スペーサ18,…を介して挿入され、導波路1
4に対し等電力分岐して結合される。
【0017】ここで、上記上部金属板12上におけるヘ
リカルアンテナ17の数は、中心から1層目で6個,2
層目で12個,3層目で18個,…と等比級数にて増加
している。
【0018】上記した構成のように、ヘリカルアンテナ
17の位相を変化させないで給電部15をラジアル導波
路14の中心からdだけ離れた位置に設けると、給電部
5から各ヘリカルアンテナ17への位相が同相ではなく
なるため、本発明に係わる平面アレ−アンテナの主ビ−
ムはZ軸に対してある傾きを持った方向となる。座標系
を図2及び図3に示すように定めると、平面アレ−アン
テナの指向性F(Θ,ψ)は、下式のようになる。数1
【0019】
【数1】
【0020】ここで、g(Θ,Ψ)はヘリカルアンテナ
単体の指向性、an はn番目のヘリカルアンテナの電
界、Ψnはn番目のヘリカルアンテナの位相、Θは観測
角度、Xnは平面アレ−アンテナの中心Aを原点とした
時の各ヘリカルアンテナの座標であり、数2に示すよう
に定義される。
【0021】
【数2】
【0022】また、平面アレ−アンテナに90素子のヘ
リカルアンテナを設け、給電位置を中心Aから距離0.
34λだけ離れた位置に設けた場合の平面アレ−アンテ
ナの指向性を実験で求めたものを図4(A)に示してお
く。なお、図4(B)は平面アレ−アンテナの給電位置
を中心Aとした場合の指向性を示す図である。つまり、
平面アレ−アンテナの給電位置をずらすことにより、平
面アレ−アンテナから放射れるビ−ムにチルトをかける
ことができる。
【0023】次に、本発明の第2実施例に矩形導波管を
給電回路として持つ平面アレ−アンテナの給電位置をず
らすことにより、平面アレ−アンテナから放射されるビ
−ムにチルトをかけることができる平面アンテナについ
て説明する。図5において、21は矩形導波管である。
この矩形導波管21の一側面には右旋円偏波ヘリカルア
ンテナ22が一直線上に1波長以下の間隔で配列されて
いる
【0024】そして、右旋円偏波ヘリカルアンテナ22
が設けられた一側面と対向する側面には破線で示した給
電部23が矩形導波路21の中心位置Bよりヘリカルア
ンテナ22の列方向に沿ってdだけずらされている。こ
のように矩形導波路21を給電回路として持つ平面アレ
−アンテナの指向性は座標系を図5に示すようにとる
と、数3で示す式で与えられる。
【0025】
【数3】
【0026】このように、矩形導波管を給電回路として
持つ平面アレ−アンテナにおいて、給電部の位置を中心
よりずらすことにより平面アレ−アンテナから放射され
るビ−ムをチルトさせることができる。
【0027】なお、この実施例では矩形導波管を給電回
路として持つ平面アレ−アンテナの給電位置をずらすこ
とにより、放射するビ−ムをチルトさせるようにした
が、矩形導波管に限らず円形、楕円形、多角形導波管、
リッジ導波管等の導波路を給電回路に持つ平面アレ−ア
ンテナについても、給電位置を中心よりずらすことによ
り、ビ−ムをチルトさせることができる。
【0028】次に、本発明の第3実施例について図6を
参照して説明する。この第3実施例では平面アレ−アン
テナに2つの給電部を設けて、2のビ−ムを持つ平面ア
レ−アンテナを実現している。図6において、11は円
盤形状の下部金属板、12は下部金属板11と同一の直
径を有する円盤形状の上部金属板であり、この下部金属
板11と上部金属板12とは、1波長未満の間隔を持っ
て平行に対向配置され、外周縁部には短絡板13を設け
て短絡される。
【0029】上記下部金属板11の中心A及び中心Aか
らdだけずれた位置には、上部金属板12との空間から
なるラジアル導波路14に対し高周波結合を図るべく給
電プローブを挿入した給電部15a,15bがそれぞれ
設けられる。なお、導波路14は、発泡誘電体を充填し
て構成してもよい。
【0030】一方、上部金属板12には、多数の小孔1
6,…が、1波長以下の間隔を有する同心円状複数段の
曲線それぞれに沿って1波長以下の間隔で形成されるも
ので、この多数の小孔16,…に対しては、それぞれ右
旋円偏波ヘリカルアンテナ17,…のプローブ17a,
…が絶縁スペーサ18,…を介して挿入され、導波路1
4に対し等電力分岐して結合される。
【0031】ここで、上記上部金属板12上におけるヘ
リカルアンテナ17の数は、中心から1層目で6個,2
層目で12個,3層目で18個,…と等比級数にて増加
している。
【0032】上記した構成のように、給電部15a,1
5bを設け、同時に給電することによりz軸方向及びz
軸方向からチルトした方向にビ−ムを同時に放射するこ
とができる。つまり、前述した図4(A)及び(B)の
指向性を有する2つのビ−ムを放射させることができ
る。
【0033】なお、この第3実施例では給電部を2つ設
けるようにしたが、3つ以上の給電部を下部金属板11
に設け、それらに同時に給電することにより、互いに異
なった方向にチルトされた複数のビ−ムを同時に放射す
ることができる。
【0034】次に、本発明の第4実施例について図7を
参照して説明する。この第4実施例は1つの平面アレ−
アンテナで衛星移動体受信等に使用するモノパルス追尾
を実現できる。図7はラジアル導波路を給電回路に持つ
平面アレ−アンテナの要部断面図である。図7におい
て、31は円盤形状の下部金属板、32は下部金属板3
1と同一の直径を有する円盤形状の上部金属板であり、
この下部金属板31と上部金属板32とは、1波長未満
の間隔を持って平行に対向配置され、外周縁部には短絡
板(図示しない)を設けて短絡される。
【0035】上記下部金属板31の中心A及び中心Aか
らずれた位置には、上部金属板32との空間からなるラ
ジアル導波路33に対し高周波結合を図るべく給電プロ
ーブ34a、34bをそれぞれ挿入した給電部35a,
35bがそれぞれ設けられる。なお、導波路33は、発
泡誘電体を充填して構成してもよい。
【0036】一方、上部金属板32には、多数の小孔1
6,…が、1波長以下の間隔を有する同心円状複数段の
曲線それぞれに沿って1波長以下の間隔で形成されるも
ので、この多数の小孔,…に対しては、それぞれ右旋円
偏波ヘリカルアンテナ,…のプロ−ブ…が絶縁スペーサ
…を介して挿入され、導波路33に対し等電力分岐して
結合される。
【0037】そして、給電プロ−ブ34a,34aは分
配器36a,36bにそれぞれ入力される。この分配器
36aは給電部35aで得られた電力を分配した後、分
配した電力を加算部37a,37bにをそれぞれ供給す
る。また、分配器36bは給電部35bで得られた電力
を分配し、一方の分配電力を前述した加算部37aに供
給すると共に、他方の分配電力を位相器38で位相を1
80゜位相した後、前述の加算部37bに供給してい
る。そして、加算部37a及び加算部37bの出力を乗
算部39に出力する。この乗算部39の加算部37a及
び37bの出力を乗算し出力する。
【0038】上記のように構成することにより、加算部
37aからは出力される分配器36a及び36bの和信
号と加算部37bから出力される分配器36a及び36
bの出力の差信号が生成され、乗算部39においてそれ
らが乗算される。このようにして、乗算部39の出力を
用いてモノパルス追尾を行うことができる。以上のよう
に、給電部を2つ設けることにより、1つの平面アレ−
アンテナを用いて衛星移動体受信等に使用するモノパル
ス追尾を実現することができる。
【0039】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、複
数のビ−ムを放射することができ、放射するビ−ムをチ
ルトさせることができる平面アレ−アンテナを提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係わるヘリカルアンテナ
を用いた平面アレ−アンテナを示すもので、同図(A)
はその平面図、同図(B)は図1のB−Bは同図(A)
のB−B線に沿った断面図。
【図2】同平面アレ−アンテナの指向性を説明するため
の座標系を示す図。
【図3】同平面アレ−アンテナの指向性を説明するため
の座標系を示す図。
【図4】同給電位置がAよりdだけずれたの時と給電位
置がAの時の平面アレ−アンテナの指向性を示す図。
【図5】本発明の第2実施例に係わる矩形導波管の給電
部の位置をずらしビ−ムにチルトをかけた平面アレ−ア
ンテナの平面図。
【図6】本発明の第3実施例に係わるラジアル導波路へ
の給電部を2つ設けて同時に2つのビ−ムを持つ平面ア
レ−アンテナの断面図。
【図7】本発明の第4実施例に係わる平面アレ−アンテ
ナを用いてモノパルス追尾を可能とした回路図。
【符号の説明】 11…下部金属板、12…上部金属板、13…短絡板、
14…導波路、15…給電部、16…小孔、17…右旋
円偏波ヘリカルアンテナ、18…絶縁スペ−サ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−157802(JP,A) 特開 平2−137402(JP,A) 特開 平4−117005(JP,A) 特開 平4−212505(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01Q 3/00 - 3/46 H01Q 21/00 - 21/30

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 円形状の下部金属板と、 この下部金属板の上方に1波長未満の間隔で平行にして
    対向配置され該下部金属板に対応する形状の上部金属板
    と、 この上部金属板と上記下部金属板それぞれの外周縁部を
    短絡する短絡板と、 上記下部金属板の中央から偏心した位置に設けられ上下
    金属板相互間からなる導波路に対し高周波結合を図る給
    電部と、 上記上部金属板に対し1波長以下の間隔を有する同心円
    状複数段の曲線それぞれに沿って1波長以下の間隔で形
    成された複数の小孔と、 この複数の小孔に対し挿入され上記導波路に対し高周波
    結合される複数の放射素子と、 この複数の放射素子と上記小孔との間に介在される絶縁
    スペーサとを備えた平面アレ−アンテナ。
  2. 【請求項2】 円形状の下部金属板と、 この下部金属板の上方に1波長未満の間隔で平行にして
    対向配置され該下部金属板に対応する形状の上部金属板
    と、 この上部金属板と上記下部金属板それぞれの外周縁部を
    短絡する短絡板と、 上記下部金属板の複数位置に設けられ上下金属板相互間
    からなる導波路に対し高周波結合を図る下部金属板の中
    央から少なくとも1つは偏心している複数の給電部と、 上記上部金属板に対し1波長以下の間隔を有する同心円
    状複数段の曲線それぞれに沿って1波長以下の間隔で形
    成された複数の小孔と、 この複数の小孔に対し挿入され上記導波路に対し高周波
    結合される複数の放射素子と、 この複数の放射素子と上記小孔との間に介在される絶縁
    スペーサとを備えた平面アレ−アンテナ。
  3. 【請求項3】 矩形、変形、楕円形ならびに多角形導波
    管の導波路を給電回路に持つ平面アレ−アンテナにおい
    て、導波管への給電部が複数設けられ、当該複数の給電
    部の少なくとも1つは該導波管の中央位置からずれてい
    ことを特徴とする平面アレ−アンテナ。
  4. 【請求項4】 上記複数の給電部からの出力を相互に演
    算する演算部を設け、この演算部で演算処理を行なうこ
    とにより指向性を制御することを特徴とする請求項2ま
    たは請求項3記載の平面アレーアンテナ。
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