JP3642260B2

JP3642260B2 - Array antenna device

Info

Publication number: JP3642260B2
Application number: JP2000138296A
Authority: JP
Inventors: 俊雄西村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-05-11
Filing date: 2000-05-11
Publication date: 2005-04-27
Anticipated expiration: 2020-05-11
Also published as: JP2001320232A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は平面または曲面に沿って二次元マトリックス状に配列された複数の素子アンテナから形成された大型のアレイアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１７は従来のアンテナ装置の構成図の一例である。二次元に配列された素子アンテナ１と、増幅器４、移相器５、給電回路６a、６bと、前記素子アンテナ１と前記増幅器４と前記移相器５と前記給電回路６aからなるサブアレイ１３と、と送信部７からなる。アンテナが大型の場合にはトラックへの搭載による制約などからアンテナ開口面の分割が必要となり、その際、支持部材８によって分割部を接続して使用する。
【０００３】
次に、このアンテナの動作について説明する。送信の場合について説明する。まず送信部７から出力された送信種信号が給電回路６aに供給される。給電回路６aではサブアレイ１３ごとに送信信号を分配し、サブアレイ１３内の給電回路６bに供給する。給電回路６bでは、それぞれの移相器５に送信信号を分配供給し、各移相器５で移相制御を行い、増幅器４によって増幅し、各素子アンテナ１によって空中に放射される。放射された信号は空間で合成されてビームを形成する。なお、アンテナ開口面の分割が必要であり、支持部材８によってアンテナ分割部を接続する場合、接続部には素子アンテナ１を配列することができない。
【０００４】
アンテナ開口面の分割が必要でない構成のアレイアンテナ装置において、仮に、素子アンテナ１の配列間隔を一定にし、かつ各素子アンテナ１における励振振幅を一定にしたとすると、いわゆるサイドローブ（指向特性において最大となる主ローブ以外の他の方向の放射ローブ）のレベルは、約−１３．２dBとなるが、通信などに用いられるアンテナでは、他の無線施設との干渉を避けることが必要不可欠であり、主ローブに対するサイドローブのレベルを低くする必要がある。そこで低サイドローブ化の方法として、アンテナ工学ハンドブック（電子通信学会編、オーム社）の５．４．２項に示されているように、アンテナ開口面の励振振幅分布をテイラー分布やチェビシェフ分布にする例がある。図２２にテイラー分布で励振した場合のアンテナ開口面の振幅レベルの図を示す。また、図２３にテイラー分布で励振した場合のアンテナパターンを示す。
【０００５】
また、他の技術として、素子アンテナ１の配列を開口面中央で密にし、開口面周辺部では疎にして、素子配列に重みをもたせることで励振振幅に分布を与える方法もある。
【０００６】
一般にアレイアンテナの素子間隔を大きくすると各素子間の相互作用が減少するとともにビーム幅も小さくなり、都合が良い。しかし、素子間隔を大きくしすぎると、グレーティングローブが現われてしまうため、グレーティングローブが現れない範囲で、できるだけ素子間隔を大きくして使用するのが普通である。例えば、開口面に対し垂直に伸びる直線方向を中心として±３０°の範囲を走査する場合、使用する電波の波長に対して6割程度の素子間隔にしなければならない。このように素子間隔は使用する電波の波長と走査する角度によって決定される。
【０００７】
次に平面アレイアンテナの指向性についてであるが、例えば４角配列の場合、アンテナ工学ハンドブックの５．３．２項の式（３．１１）にあるように、原点からｘ軸方向にｎ番目、ｙ軸方向にｍ番目の素子の移相を含めた励振の大きさをI_nmとすると、
【数１】

ただし、
【数２】

平面アレイアンテナの場合、ｘ軸方向にｎ番目、ｙ軸方向にｍ番目の素子の励振の大きさI_nmは一般に次のように励振されるのが普通である。
I_nm＝I_nI_m …（３．１２）
これを式（３．１１）に代入すれば、明らかに、
【数３】

であり、平面アレイアンテナの指向性が一般に直線アレイアンテナの指向性の積で表されることを示している。例えば、ｘ軸方向のアンテナパターンを考える場合、x軸方向の素子配列が問題となり、ｙ軸方向については各励振振幅位置での素子数が問題となる。それ以外の、y軸方向の素子配列などはx軸方向のアンテナパターンには影響しない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術で述べたように、アレイアンテナの素子アンテナ１は、使用する電波の波長とビーム走査角度から決定される一定の素子間隔ｄで配列されている。しかし、開口の大きさが数ｍにもなる大型のアレイアンテナではトラックへの搭載などの制約から、図１９のように小さいサブアレイ１３にアンテナを分割せざるを得ない。分割した場合、その分割部には支持部材８や他のサブアレイ１３と連結するための部位も必要となり、その分割部には移相器５、増幅器４や素子アンテナ１を配列することができない。そのため、図２０のように分割部では素子間隔がｄ＋Δｄに広がり、図１８の振幅レベルで表されるように分割部の振幅レベルが落ち込み、理想的なテイラー分布の振幅レベルから外れてしまう。そのため、図２１のようなアンテナ放射パターンとなり、図２３と比べるとサイドローブレベルの上昇などのアンテナの電気性能が劣化するという問題点があった。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、大型のアレイアンテナ装置であり、支持部材によってサブアレイ同士が連結され、連結部位に素子アンテナが配列できないアンテナ開口面に対し、サイドローブレベルの上昇というアンテナの電気的特性を劣化を抑えることを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るアレイアンテナ装置は、送信信号を分配供給する給電回路と、
前記給電回路に接続され、供給された送信信号の位相を制御する複数の移相器と、
前記各移相器に接続された増幅器と、
前記各増幅器に接続され、送信信号を空中に放射するとともに、前記送信信号の周波数に対応して定められた所定の一定間隔で二次元的に配列された素子アンテナとを有するサブアレイを備え、
複数の前記サブアレイ同士を支持部材により接続してアレイアンテナを形成する際、前記接続する部分が前記アレイアンテナ開口面の水平または垂直方向から見て分散して配置されているものである。
【００１１】
また、前記各サブアレイの連結部位間の接続部を階段状に配置したものである。
【００１２】
また、前記各サブアレイの連結部位間の接続部を前記アレイアンテナ開口面の水平または垂直方向に対して斜めに一直線状に配置したものである。
【００１３】
また、前記各サブアレイの連結部位間の接続部を鋸状に配置したものである。
【００１４】
また、前記各サブアレイの連結部位間の接続部をランダムに配置したものである。
【００１５】
また、複数に分割されたサブアレイの連結部位を相互に接続してアンテナ開口面が形成され、前記サブアレイは、給電回路より分配された送信信号が供給される複数の増幅器及びこれに接続された複数の素子アンテナがそれぞれ配置され、これら複数の素子アンテナのうち前記連結部位付近における素子アンテナの位置をこれに対応する増幅器の位置からオフセットさせて前記連結部位付近における素子アンテナ間の間隔をそれ以外における素子アンテナ間の間隔よりも広くし、かつ、その連結部位付近における素子アンテナの間隔が、前記連結部位により隔てられた他のサブアレイにおける素子アンテナとの間の間隔と等しくなるようにしたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
図１は本発明の実施の形態１に係るアレイアンテナ装置の構成をあらわすものである。従来例と同一の構成要素には同じ符号を付す。開口面を形成するサブアレイ３はこの切り口で見ると従来例と同じであるが、開口面を正面からみた場合に従来と異なる。
【００１８】
図２は実施の形態１に係るアレイアンテナ装置の振幅レベル、図３は実施の形態１に係るアンテナ装置の開口面を表している。
【００１９】
実施の形態１では、アンテナ開口面２の水平方向のサイドローブレベルを抑える方策を示す。
【００２０】
従来の技術でも述べたように、開口面２を水平方向から見たアンテナパターンは水平方向の同一励振振幅位置での素子数が問題となる。水平方向のアンテナパターンに対する同一励振振幅位置とは、開口面の鉛直方向に伸びる直線上に存在する点の集合のことである。逆に開口面の鉛直方向のアンテナパターンを考えた場合の同一励振振幅位置とは開口面の水平方向に伸びる直線上に存在する点の集合のことである。
【００２１】
図３のように、開口面２の分割位置をずらして階段状にした結果、開口面２上の各同一励振振幅位置上（例えば２１，２２，２３）で接続部が連続していないため、素子数がゼロになることはない。従って、開口面２の水平方向の振幅レベルは図２のようになる。これにより、図１９の従来例のように開口面の分割位置を同一励振振幅位置で連続に配置した場合と比べて接続位置での振幅レベルの落ち込みを抑え、より理想の振幅レベル（例えばテイラー分布）に近い振幅レベルを得ることができる。
【００２２】
図４は実施の形態１に係るアレイアンテナ装置の放射パターン表している。開口面２の分割位置をずらして階段状に配置した結果、従来例と比べてサイドローブレベルの上昇を抑えることができる。
【００２３】
以上の例では、開口面２の水平方向に対してアンテナパターンの劣化を抑える方策を示したが、実際にはアンテナの目的に応じて劣化を抑える方向を決め、分割方法を決定すればよい。
【００２４】
実施の形態２
図６は実施の形態２に係るアレイアンテナ装置の開口面の分割方法を表している。図５は図６の実施の形態２に係るアレイアンテナ装置の開口面２の水平方向の振幅レベルを表している。実施の形態２では、実施の形態１と同様に開口面２の水平方向に対して、アンテナ指向性を向上しようとしている。
【００２５】
同一励振振幅位置に対し、垂直でない直線上に接続部を配置することによって、接続部に素子アンテナが配置できない影響を一個所に集中することを避け、サイドローブレベルの上昇を抑える。
【００２６】
実施の形態３
図８は実施の形態３に係るアレイアンテナ装置の開口面の分割構造を表している。図７は図８のから見た実施の形態３に係るアンテナ装置の振幅レベルを表している。図８のようにアンテナ開口面のサブアレイ接続位置をノコギリ状にすることによって、接続部位の素子数が減る影響を一箇所に集中することを避け、サイドローブレベルの上昇を抑える。
【００２７】
実施の形態４
図１０は実施の形態４に係るアレイアンテナ装置の開口面の分割構造を表している。図９は図１０の実施の形態４に係るアレイアンテナ装置の開口面２の水平方向の振幅レベルを表している。図１０のようにサブアレイの接続位置をランダム化することによって、接続部の影響が一箇所に集中するのを避けることにより、サイドローブレベルの上昇を抑える。
【００２８】
実施の形態５
以上の実施の形態1から４では、サブアレイ接続部の配置法に特徴があったが、実施の形態５では接続部周辺の素子アンテナをサブアレイ接続部側に寄せて配置することで、サイドローブレベルの上昇を抑える点に特徴がある。
【００２９】
図１１は実施の形態５に係るアレイアンテナ装置の構成図である。構成要素は実施の形態１と同一なので同じ符号を付す。実施の形態５は、素子間隔と増幅器４、移相器５の大きさとの関係上、接続部周辺にこれ以上増幅器４、移相器５を配置することはできないが、素子アンテナ１を接続部側に寄せるスペースは確保できる場合に適用する。図１１のように素子アンテナ１を接続部周辺に寄せて配置することによって、接続部で素子アンテナ間隔が広がってしまう影響を少なくする。
【００３０】
図１２は実施の形態５に係るアレイアンテナ装置の接続部周辺の素子配列を表している。本来ならば通常の素子間隔ｄに対し分割部の素子間隔はｄ＋Δｄに広がるが、接続部周辺の素子も含めて、その間隔を少しずつ広げる。図１２は一例を表しており、接続部周辺の４列の素子間隔を少しずつ広げて、それぞれの素子間隔をｄ＋Δｄ／３とする。分割部周辺以外の素子間隔はｄのままである。
【００３１】
図１３は実施の形態５に係るアレイアンテナ装置の振幅レベルの図である。開口面の分割方法は従来例と同じで、サブアレイ接続部周辺の素子アンテナを接続部側へ寄せて配置した場合を表している。破線２１は従来例の振幅レベルを表し、実線２２が実施の形態５の振幅レベルである。接続部周辺の素子アンテナ間隔を大きくし、接続部でのみ間隔が大きくなることを避けることで、テイラー分布に近づけることができ、サイドローブレベルの上昇を抑えることができる。また、この実施例は素子アンテナ数、送受信モジュール数を変えずにサイドローブレベルの上昇を抑えることができる。
【００３２】
以上、本実施の形態５では、分割部周辺の素子間隔をｄ＋Δｄ／３としたが、実際には素子アンテナ１の放射特性や増幅器４、移相器５の配置の実現性等を考慮して間隔を決定すればよい。
【００３３】
また、実施の形態５は、実施の形態１から４と組み合わせることができる。例えば、実施の形態１と組み合わせれば、サブアレイ接続部を階段状に配置し、かつ接続部周辺の素子アンテナを接続部側に寄せて配置する。これによって、実施の形態１または５を単独で実施した場合より、サイドローブレベルの低下を抑えることができる。
【００３４】
実施の形態６
本実施の形態６は、接続部周辺の素子アンテナ間隔を小さくし、接続部周辺の素子アンテナ数を増やすことにより、サイドローブレベルの上昇を抑える点に特徴がある。
【００３５】
図１４は実施の形態６に係るアンテナ装置の構成を表している。構成要素は実施の形態１と同一なので同じ符号を付す。実施の形態６は、素子間隔と増幅器４および移相器５の大きさの関係上、配置できる素子数に対し、サブアレイ３内に増幅器４と移相器５が余分に配置できる場合に適用される。図１４のように増幅器４と移相器５は素子間隔より間隔を小さく配置し、素子アンテナ１はサブアレイ３の接続部周辺以外では通常の素子間隔をもって配置し、接続部周辺のみ間隔をつめて配置する。
【００３６】
図１５は実施の形態６に係るアレイアンテナ装置の接続部周辺の素子配列を表している。接続部周辺の素子アンテナ数を増やし、接続部の素子間隔の広がりｄ＋Δｄはそのままで、分割部周辺の素子間隔を狭く配列する。図１５は、接続部に面した素子列と接続部とは反対側に隣接した素子列との間隔の中間点に素子アンテナを設置し、素子間隔をｄ／２にした例である。これによって接続部周辺の振幅レベルを高くし、接続部で振幅レベルが落ちる効果を抑える。
【００３７】
図１６は実施の形態６に係るアレイアンテナ装置の振幅レベルの図である。従来例と同じ開口面分割で、かつサブアレイ接続部周辺のみ素子アンテナ間の間隔を小さくした場合である。図中の破線２１は従来例の振幅レベルを表している。実線２３が実施の形態６の振幅レベルである。従来例と比べて接続部周辺の励振振幅位置での振幅レベルが上がり、接続部で生じる振幅レベルの低下を補い、サイドローブレベルの上昇を抑える。
【００３８】
本実施の形態６も、実施の形態５と同様に素子アンテナ１の放射特性や増幅器４、移相器５の配置の実現性を考慮して素子間隔を決定する。
【００３９】
また、実施の形態６は実施の形態５と同様、実施の形態１から４と組み合わせることによって、よりアンテナパターンの劣化を抑えることができる。
【００４０】
本発明により、送信信号を分配供給する給電回路と、前記給電回路に接続され、供給された送信信号の位相を制御する複数の移相器と、前記各移相器に接続された増幅器と、前記各増幅器に接続され、送信信号を空中に放射する複数の素子アンテナとを有するサブアレイを備え、複数の前記サブアレイの連結部位を相互に接続してアレイアンテナ開口面を形成する際、各サブアレイの連結部位間に形成された接続部が前記アレイアンテナ開口面の水平または垂直方向から見て分散して配置されるように前記サブアレイの連結部位を支持部材により接続したことで、サブアレイ同士を接続する支持部材用のスペースを確保しながら、接続部で素子間隔が広がったことによる影響が励振振幅位置の一箇所に集中することを避け、サイドローブレベルの上昇などのアンテナ性能の劣化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るアレイアンテナ装置の構成を表すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るアレイアンテナ装置の振幅レベルである。
【図３】本発明の実施の形態１に係るアレイアンテナ装置の開口面分割図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るアレイアンテナ装置のアンテナパターンである。
【図５】本発明の実施の形態２に係るアレイアンテナ装置の振幅レベルである。
【図６】本発明の実施の形態２に係るアレイアンテナ装置の開口面分割図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係るアレイアンテナ装置の振幅レベルである。
【図８】本発明の実施の形態３に係るアレイアンテナ装置の開口面分割図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係るアレイアンテナ装置の振幅レベルである。
【図１０】本発明の実施の形態４に係るアレイアンテナ装置の開口面分割図である。
【図１１】本発明の実施の形態５に係るアレイアンテナ装置の構成を表すブロック図である。
【図１２】本発明の実施の形態５に係るアレイアンテナ装置の素子配列図である。
【図１３】本発明の実施の形態５に係るアレイアンテナ装置の振幅レベルである。
【図１４】本発明の実施の形態６に係るアレイアンテナ装置の構成を表すブロック図である。
【図１５】本発明の実施の形態６に係るアレイアンテナ装置の素子配列図である。
【図１６】本発明の実施の形態６に係るアレイアンテナ装置の振幅レベルの図である。
【図１７】従来のアレイアンテナ装置の構成を表すブロック図である。
【図１８】従来のアレイアンテナ装置の振幅レベルの図である。
【図１９】従来のアレイアンテナ装置の開口面分割を表す図である。
【図２０】従来のアレイアンテナ装置の素子配列を表す図である。
【図２１】従来のアレイアンテナ装置のアンテナパターンの図である。
【図２２】理想的な振幅レベルの図である。
【図２３】理想的なアンテナパターンの図である。
【符号の説明】
１素子アンテナ、２アンテナ開口面、３サブアレイ、４増幅器、５移相器、６給電回路、７送信部、８支持部材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a large array antenna formed of a plurality of element antennas arranged in a two-dimensional matrix along a plane or a curved surface.
[0002]
[Prior art]
FIG. 17 is an example of a configuration diagram of a conventional antenna device. A two-dimensionally arranged element antenna 1, an amplifier 4, a phase shifter 5, and

feeding circuits

6a and 6b, a subarray 13 including the element antenna 1, the amplifier 4, the phase shifter 5 and the feeding circuit 6a , And a transmission unit 7. When the antenna is large, it is necessary to divide the opening surface of the antenna due to restrictions due to mounting on the track. At that time, the divided portions are connected by the support member 8 and used.
[0003]
Next, the operation of this antenna will be described. The case of transmission will be described. First, the transmission type signal output from the transmission unit 7 is supplied to the power feeding circuit 6a. In the power feeding circuit 6 a, the transmission signal is distributed for each subarray 13 and supplied to the power feeding circuit 6 b in the subarray 13. In the power feeding circuit 6b, a transmission signal is distributed and supplied to each phase shifter 5, phase shift control is performed by each phase shifter 5, amplified by the amplifier 4, and radiated into the air by each element antenna 1. The emitted signals are combined in space to form a beam. Note that it is necessary to divide the antenna opening surface, and when the antenna dividing portion is connected by the support member 8, the element antennas 1 cannot be arranged in the connecting portion.
[0004]
In an array antenna apparatus having a configuration that does not require division of the antenna opening surface, assuming that the arrangement interval of the element antennas 1 is constant and the excitation amplitude in each element antenna 1 is constant, so-called side lobes (maximum in directivity) The level of the radiation lobe in the direction other than the main lobe becomes approximately -13.2 dB, but it is indispensable to avoid interference with other radio facilities in the antenna used for communication, The side lobe level relative to the main lobe needs to be lowered. Therefore, as a method for reducing the side lobe, as shown in Section 5.4.2 of the Antenna Engineering Handbook (edited by the Institute of Electronics and Communication Engineers, Ohm), the excitation amplitude distribution of the antenna aperture is changed to the Taylor distribution or Chebyshev distribution. There is an example to do. FIG. 22 shows a diagram of the amplitude level of the antenna aperture when excited with a Taylor distribution. FIG. 23 shows an antenna pattern in the case of excitation with a Taylor distribution.
[0005]
As another technique, there is a method of giving a distribution to the excitation amplitude by making the arrangement of the element antennas 1 dense at the center of the aperture surface and sparse at the periphery of the aperture surface and giving a weight to the element array.
[0006]
In general, when the element spacing of the array antenna is increased, the interaction between the elements is reduced and the beam width is reduced, which is convenient. However, if the element spacing is too large, a grating lobe will appear, so it is normal to use the element spacing as large as possible within the range where no grating lobe appears. For example, when scanning a range of ± 30 ° centering on a linear direction extending perpendicular to the aperture plane, the element spacing should be about 60% of the wavelength of the radio wave used. Thus, the element spacing is determined by the wavelength of the radio wave used and the scanning angle.
[0007]
Next, regarding the directivity of the planar array antenna, for example, in the case of a quadrangular array, as shown in the equation (3.11) in the section 5.3.2 of the antenna engineering handbook, the nth in the x-axis direction from the origin. If the magnitude of excitation including the phase shift of the mth element in the y-axis direction is I _nm ,
[Expression 1]

However,
[Expression 2]

In the case of a planar array antenna, the excitation magnitude I _nm of the n-th element in the x-axis direction and the m-th element in the y-axis direction is generally excited as follows.
I _nm = I _n I _m (3.12)
Substituting this into equation (3.11) clearly reveals
[Equation 3]

This indicates that the directivity of the planar array antenna is generally expressed by the product of the directivity of the linear array antenna. For example, when considering an antenna pattern in the x-axis direction, the element arrangement in the x-axis direction becomes a problem, and in the y-axis direction, the number of elements at each excitation amplitude position becomes a problem. Other element arrangements in the y-axis direction do not affect the antenna pattern in the x-axis direction.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
As described in the prior art, the element antennas 1 of the array antenna are arranged at a constant element interval d determined from the wavelength of the radio wave used and the beam scanning angle. However, in the case of a large array antenna having an aperture size of several meters, the antenna must be divided into small subarrays 13 as shown in FIG. 19 due to restrictions such as mounting on a track. In the case of division, a part for connecting to the support member 8 and other subarrays 13 is also required in the divided part, and the phase shifter 5, the amplifier 4 and the element antenna 1 cannot be arranged in the divided part. Therefore, as shown in FIG. 20, the element interval is widened to d + Δd in the division unit, the amplitude level of the division unit falls as represented by the amplitude level in FIG. 18, and deviates from the ideal Taylor distribution amplitude level. Therefore, the antenna radiation pattern as shown in FIG. 21 is obtained, and there is a problem that the electrical performance of the antenna such as an increase in side lobe level is deteriorated as compared with FIG.
[0009]
The present invention has been made in view of such a problem, and is a large array antenna device, in which subarrays are connected to each other by a support member, and the side lobe level is increased with respect to an antenna opening surface in which element antennas cannot be arranged at the connection site. The purpose is to suppress the deterioration of the electrical characteristics of the antenna.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
An array antenna apparatus according to the present invention includes a power feeding circuit that distributes and supplies a transmission signal;
A plurality of phase shifters connected to the power supply circuit and controlling the phase of the supplied transmission signal;
An amplifier connected to each of the phase shifters;
A sub-array connected to each of the amplifiers, radiating a transmission signal in the air, and having element antennas arranged two-dimensionally at a predetermined constant interval corresponding to the frequency of the transmission signal;
When an array antenna is formed by connecting a plurality of the sub-arrays with a support member, the connecting portions are dispersedly arranged as viewed from the horizontal or vertical direction of the array antenna opening surface.
[0011]
Further, the connecting portions between the connecting portions of each of the subarrays are arranged stepwise .
[0012]
Further, the connecting portions between the connecting portions of the subarrays are arranged in a straight line obliquely with respect to the horizontal or vertical direction of the array antenna opening surface .
[0013]
Further, the connecting portions between the connecting portions of each of the subarrays are arranged in a saw shape .
[0014]
Further, the connecting portions between the connecting portions of each of the subarrays are randomly arranged .
[0015]
In addition, an antenna opening surface is formed by connecting the connecting portions of the subarrays divided into a plurality, and the subarray includes a plurality of amplifiers to which transmission signals distributed from a power feeding circuit are supplied and a plurality of amplifiers connected thereto Of the plurality of element antennas, and the position of the element antenna in the vicinity of the connection portion is offset from the position of the corresponding amplifier among the plurality of element antennas, and the interval between the element antennas in the vicinity of the connection portion The distance between the element antennas is larger than that between the element antennas, and the distance between the element antennas in the vicinity of the connection part is equal to the distance between the element antennas in the other subarrays separated by the connection part. .
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1
FIG. 1 shows a configuration of an array antenna apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The same components as those in the conventional example are denoted by the same reference numerals. The subarray 3 that forms the opening surface is the same as the conventional example when viewed from the cut surface, but differs from the conventional case when the opening surface is viewed from the front.
[0018]
2 shows the amplitude level of the array antenna apparatus according to the first embodiment, and FIG. 3 shows the opening surface of the antenna apparatus according to the first embodiment.
[0019]
In the first embodiment, a measure for suppressing the side lobe level in the horizontal direction of the antenna opening surface 2 will be described.
[0020]
As described in the prior art, the antenna pattern in which the aperture surface 2 is viewed from the horizontal direction has a problem of the number of elements at the same excitation amplitude position in the horizontal direction. The same excitation amplitude position with respect to the antenna pattern in the horizontal direction is a set of points existing on a straight line extending in the vertical direction of the aperture plane. Conversely, when considering the antenna pattern in the vertical direction of the aperture surface, the same excitation amplitude position is a set of points existing on a straight line extending in the horizontal direction of the aperture surface.
[0021]
As shown in FIG. 3, as a result of shifting the dividing position of the opening surface 2 to form a staircase, the connecting portions are not continuous on the same excitation amplitude position (for example, 21, 22, 23) on the opening surface 2. The number of elements never becomes zero. Therefore, the horizontal amplitude level of the aperture surface 2 is as shown in FIG. This suppresses a drop in the amplitude level at the connection position compared to the case where the divided positions of the aperture surface are continuously arranged at the same excitation amplitude position as in the conventional example of FIG. 19, and more ideal amplitude levels (for example, Taylor distribution). Amplitude levels close to) can be obtained.
[0022]
FIG. 4 shows a radiation pattern of the array antenna apparatus according to the first embodiment. As a result of shifting the dividing position of the opening surface 2 and arranging it in a stepped manner, an increase in the side lobe level can be suppressed as compared with the conventional example.
[0023]
In the above example, the policy for suppressing the deterioration of the antenna pattern with respect to the horizontal direction of the aperture surface 2 has been shown. However, in practice, the direction for suppressing the deterioration may be determined according to the purpose of the antenna, and the division method may be determined.
[0024]
Embodiment 2
FIG. 6 shows a method of dividing the aperture surface of the array antenna apparatus according to the second embodiment. FIG. 5 shows the amplitude level in the horizontal direction of the aperture surface 2 of the array antenna apparatus according to Embodiment 2 of FIG. In the second embodiment, the antenna directivity is improved with respect to the horizontal direction of the opening surface 2 as in the first embodiment.
[0025]
By disposing the connection portion on a straight line that is not perpendicular to the same excitation amplitude position, it is possible to avoid concentrating the influence that the element antenna cannot be disposed on the connection portion, and to suppress an increase in the side lobe level.
[0026]
Embodiment 3
FIG. 8 shows a divided structure of the opening surface of the array antenna apparatus according to the third embodiment. FIG. 7 shows the amplitude level of the antenna device according to the third embodiment viewed from FIG. By making the sub-array connection position on the antenna opening surface in a saw-tooth shape as shown in FIG. 8, it is possible to avoid concentrating the effect of reducing the number of elements at the connection site in one place and to suppress an increase in the side lobe level.
[0027]
Embodiment 4
FIG. 10 shows a divided structure of the opening surface of the array antenna apparatus according to the fourth embodiment. FIG. 9 shows the amplitude level in the horizontal direction of the aperture surface 2 of the array antenna apparatus according to Embodiment 4 of FIG. By randomizing the connection positions of the subarrays as shown in FIG. 10, it is possible to prevent the influence of the connection portions from concentrating on one place, thereby suppressing an increase in the side lobe level.
[0028]
Embodiment 5
In the first to fourth embodiments described above, the arrangement method of the subarray connection portion has a feature. In the fifth embodiment, the side lobe level is obtained by arranging the element antennas around the connection portion close to the subarray connection portion side. It is characterized by suppressing the rise of
[0029]
FIG. 11 is a configuration diagram of the array antenna apparatus according to the fifth embodiment. Since the constituent elements are the same as those of the first embodiment, the same reference numerals are given. In the fifth embodiment, due to the relationship between the element spacing and the sizes of the amplifier 4 and the phase shifter 5, the amplifier 4 and the phase shifter 5 cannot be arranged any more around the connection part, but the element antenna 1 is connected to the connection part. Applicable when the space to the side can be secured. By arranging the element antenna 1 near the connection portion as shown in FIG. 11, the effect of increasing the element antenna interval at the connection portion is reduced.
[0030]
FIG. 12 shows an element arrangement around the connection portion of the array antenna apparatus according to the fifth embodiment. Originally, the element interval of the divided portion increases to d + Δd with respect to the normal element interval d, but the interval including the elements around the connection portion is gradually increased. FIG. 12 shows an example, and the element intervals of the four columns around the connection portion are gradually increased so that the element intervals are d + Δd / 3. The element spacing other than the periphery of the divided portion remains d.
[0031]
FIG. 13 is a diagram of amplitude levels of the array antenna apparatus according to the fifth embodiment. The method of dividing the aperture surface is the same as that of the conventional example, and represents a case where the element antennas around the subarray connection part are arranged close to the connection part side. A broken line 21 represents the amplitude level of the conventional example, and a solid line 22 represents the amplitude level of the fifth embodiment. By increasing the element antenna interval around the connection part and avoiding an increase in the interval only at the connection part, it is possible to approximate the Taylor distribution and suppress an increase in the side lobe level. Further, this embodiment can suppress an increase in the side lobe level without changing the number of element antennas and the number of transmission / reception modules.
[0032]
As described above, in the fifth embodiment, the element spacing around the dividing unit is set to d + Δd / 3. However, in practice, the radiation characteristics of the element antenna 1 and the feasibility of the arrangement of the amplifier 4 and the phase shifter 5 are considered. What is necessary is just to determine an interval.
[0033]
The fifth embodiment can be combined with the first to fourth embodiments. For example, when combined with the first embodiment, the subarray connection portion is arranged in a stepped manner, and the element antenna around the connection portion is arranged close to the connection portion side. As a result, a decrease in the side lobe level can be suppressed as compared with the case where the first or fifth embodiment is implemented alone.
[0034]
Embodiment 6
The sixth embodiment is characterized in that an increase in the side lobe level is suppressed by reducing the element antenna interval around the connection part and increasing the number of element antennas around the connection part.
[0035]
FIG. 14 shows the configuration of the antenna device according to the sixth embodiment. Since the constituent elements are the same as those of the first embodiment, the same reference numerals are given. The sixth embodiment is applied to the case where the amplifier 4 and the phase shifter 5 can be additionally arranged in the subarray 3 with respect to the number of elements that can be arranged because of the element spacing and the size of the amplifier 4 and the phase shifter 5. The As shown in FIG. 14, the amplifier 4 and the phase shifter 5 are arranged with an interval smaller than the element interval, and the element antenna 1 is arranged with a normal element interval except in the vicinity of the connection portion of the subarray 3, and only the periphery of the connection portion is packed. Deploy.
[0036]
FIG. 15 shows an element arrangement around the connection portion of the array antenna apparatus according to the sixth embodiment. The number of element antennas in the vicinity of the connection portion is increased, and the element interval in the vicinity of the division portion is arranged narrowly while the element interval spread d + Δd in the connection portion remains unchanged. FIG. 15 is an example in which an element antenna is installed at an intermediate point between the element rows facing the connection portion and the element rows adjacent to the opposite side of the connection portion, and the element interval is d / 2. As a result, the amplitude level around the connection portion is increased, and the effect of the amplitude level falling at the connection portion is suppressed.
[0037]
FIG. 16 is a diagram of amplitude levels of the array antenna apparatus according to the sixth embodiment. This is a case where the same aperture division as in the conventional example is performed and the distance between the element antennas is reduced only in the vicinity of the sub-array connection portion. The broken line 21 in the figure represents the amplitude level of the conventional example. A solid line 23 is the amplitude level of the sixth embodiment. Compared to the conventional example, the amplitude level at the excitation amplitude position around the connection portion is increased, and the decrease in the amplitude level generated at the connection portion is compensated for and the increase in the side lobe level is suppressed.
[0038]
In the sixth embodiment, similarly to the fifth embodiment, the element spacing is determined in consideration of the radiation characteristics of the element antenna 1 and the feasibility of the arrangement of the amplifier 4 and the phase shifter 5.
[0039]
Further, in the same manner as the fifth embodiment, the sixth embodiment can further suppress the deterioration of the antenna pattern by combining with the first to fourth embodiments.
[0040]
According to the present invention, a feeding circuit that distributes and supplies a transmission signal, a plurality of phase shifters that are connected to the feeding circuit and control the phase of the supplied transmission signal, and an amplifier that is connected to each of the phase shifters, A plurality of element antennas connected to each of the amplifiers and radiating a transmission signal in the air, and when connecting the connecting portions of the plurality of subarrays to form an array antenna opening surface, The subarrays are connected to each other by connecting the connecting portions of the subarrays with support members so that the connecting portions formed between the connecting portions are dispersedly arranged as viewed from the horizontal or vertical direction of the array antenna opening surface. While securing the space for the support member, the side lobe level is avoided by avoiding the influence of the expansion of the element spacing at the connection part from being concentrated on one location of the excitation amplitude position. It is possible to suppress the deterioration of the antenna performance, such as the rise.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an array antenna apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is an amplitude level of the array antenna apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an aperture plane division diagram of the array antenna device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an antenna pattern of the array antenna device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an amplitude level of the array antenna apparatus according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an aperture plane division diagram of an array antenna device according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 7 is an amplitude level of the array antenna device according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an aperture plane division diagram of an array antenna apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 9 is an amplitude level of the array antenna apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an aperture plane division diagram of an array antenna apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of an array antenna apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is an element array diagram of the array antenna apparatus according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is an amplitude level of the array antenna apparatus according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of an array antenna apparatus according to Embodiment 6 of the present invention.
FIG. 15 is an element array diagram of the array antenna apparatus according to the sixth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a diagram of amplitude levels of the array antenna device according to the sixth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a block diagram showing a configuration of a conventional array antenna apparatus.
FIG. 18 is a diagram of amplitude levels of a conventional array antenna apparatus.
FIG. 19 is a diagram illustrating an aperture plane division of a conventional array antenna device.
FIG. 20 is a diagram illustrating an element arrangement of a conventional array antenna device.
FIG. 21 is a diagram of an antenna pattern of a conventional array antenna device.
FIG. 22 is a diagram of ideal amplitude levels.
FIG. 23 is a diagram of an ideal antenna pattern.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Element antenna, 2 Antenna opening surface, 3 Subarray, 4 Amplifier, 5 Phase shifter, 6 Feeding circuit, 7 Transmitter, 8 Support member

Claims

A power supply circuit for distributing and supplying a transmission signal; a plurality of phase shifters connected to the power supply circuit for controlling the phase of the supplied transmission signal; an amplifier connected to each phase shifter; and each amplifier A sub-array having a plurality of element antennas that are connected and radiate transmission signals in the air, and when connecting the connection parts of the plurality of sub-arrays to form an array antenna opening surface, between the connection parts of each sub-array The connecting portion of the subarray is arranged and connected to the support member so as not to be continuous when viewed from the horizontal or vertical direction of the array antenna opening surface so that the formed connection portion does not continue at the same excitation amplitude position of the antenna opening surface. An array antenna apparatus characterized by the above.

A power supply circuit for distributing and supplying a transmission signal; a plurality of phase shifters connected to the power supply circuit for controlling the phase of the supplied transmission signal; an amplifier connected to each phase shifter; and each amplifier A sub-array having a plurality of element antennas that are connected and radiate transmission signals in the air, and when connecting the connection parts of the plurality of sub-arrays to form an array antenna opening surface, between the connection parts of each sub-array The connecting portions of the subarrays are stepped when viewed from the horizontal or vertical direction of the array antenna opening surface so that the formed connecting portions do not continue at the same excitation amplitude position of the antenna opening surface, and are arranged on the support member so as not to be continuous An array antenna apparatus characterized by being connected.

A power supply circuit for distributing and supplying a transmission signal; a plurality of phase shifters connected to the power supply circuit for controlling the phase of the supplied transmission signal; an amplifier connected to each phase shifter; and each amplifier A sub-array having a plurality of element antennas that are connected and radiate transmission signals in the air, and when connecting the connection parts of the plurality of sub-arrays to form an array antenna opening surface, between the connection parts of each sub-array The connecting part of the sub- array is diagonally straight when viewed from the horizontal or vertical direction of the array antenna opening surface so that the formed connecting portion does not continue at the same excitation amplitude position of the antenna opening surface, and the support member does not continue An array antenna apparatus characterized by being arranged and connected to.

A power supply circuit for distributing and supplying a transmission signal; a plurality of phase shifters connected to the power supply circuit for controlling the phase of the supplied transmission signal; an amplifier connected to each phase shifter; and each amplifier A sub-array having a plurality of element antennas that are connected and radiate transmission signals in the air, and when connecting the connection parts of the plurality of sub-arrays to form an array antenna opening surface, between the connection parts of each sub-array The connecting portion of the sub- array is saw-shaped when viewed from the horizontal or vertical direction of the array antenna opening surface so that the formed connecting portion does not continue at the same excitation amplitude position of the antenna opening surface, and is arranged on the support member so as not to be continuous An array antenna apparatus characterized by being connected.

A power supply circuit for distributing and supplying a transmission signal; a plurality of phase shifters connected to the power supply circuit for controlling the phase of the supplied transmission signal; an amplifier connected to each phase shifter; and each amplifier A sub-array having a plurality of element antennas that are connected and radiate transmission signals in the air, and when connecting the connection parts of the plurality of sub-arrays to form an array antenna opening surface, between the connection parts of each sub-array The connecting portion of the sub- array is random when viewed from the horizontal or vertical direction of the array antenna opening surface so that the formed connecting portion does not continue at the same excitation amplitude position of the antenna opening surface, and is arranged and connected to the support member so as not to be continuous. An array antenna apparatus characterized by that.

An antenna opening surface is formed by connecting connection portions of a plurality of subarrays divided into a plurality, and the subarray includes a plurality of amplifiers to which transmission signals distributed from a power feeding circuit are supplied and a plurality of elements connected thereto The antennas are arranged respectively, and among the plurality of element antennas, the position of the element antenna in the vicinity of the connection portion is offset from the position of the corresponding amplifier, and the interval between the element antennas in the vicinity of the connection portion is set to the other element antenna. And the distance between the element antennas in the vicinity of the connection part is equal to the distance between the element antennas in the other subarrays separated by the connection part. Array antenna device.