JP3699408B2

JP3699408B2 - Multi-beam antenna

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Publication number: JP3699408B2
Application number: JP2002054709A
Authority: JP
Inventors: 尚樹本間; 文夫吉良; 敬三長; 珠美丸山; 秀樹水野
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2022-02-28
Also published as: JP2003258548A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は平面アレーアンテナにより実現される簡易・小型な給電点切換走査型マルチビームアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
平面型の給電点切換型マルチビームアンテナの主な実現方法として、複数の指向性の異なるアンテナを切換えて指向性を変える方法が多く用いられる。
【０００３】
従来技術における、複数のアンテナを切換えることによって指向性を制御するアンテナの第一の例として、平面アレーアンテナを放射状に並べ、マルチビームを実現する平面セクタアンテナを実現する構成（特開２００１−３６３３９）がある。従来技術の第一の例の構造図を図６に示す。円形の基板５の中心の周りに６０度ずつ異なる方向に指向したアレーアンテナ６１０，６２０〜６６０を放射状に配置する。このアレーアンテナ６１０〜６６０は半径方向に等間隔に配置された複数のアンテナ素子６１１，６１２〜６６３から成り、個々のアレーアンテナ６１０〜６６０は独立して動作する。しかし、ビーム毎にアレーアンテナを独立して構成させるため、ビーム数増加とともにアンテナサイズが大きくなるという問題がある。
【０００４】
従来技術の第二の例として、従来技術の第一の例をさらに具体化した、一括のエッチングで実現可能なパッチ八木宇田アンテナによる平面型のマルチビームアンテナ（“Electronically Steerable Yagi-Uda Microstrip Patch Antenna Array”,IEEE Trans.Antennas Propagat.,vol.46,pp.605-608,May 1998）がある。ここで八木宇田アンテナとは一つの給電素子を始点とし給電素子より電気的に小さな無給電素子を列状に配置したアレーアンテナであって、パッチ八木宇田アンテナとはアンテナ素子がパッチアンテナであるものを指す。従来技術の第二の例の構造図を図７に示す。基板５上に基板中心を軸として９０度ずつ異なる方向に指向したパッチ八木宇田アンテナ６１０，６２０〜６４０を放射状に配置する。このアレーアンテナは中心から外側方向に向けて、給電素子６１６と無給電素子６１１〜６１５、給電素子６２６と無給電素子６２１〜６２５、給電素子６３６と無給電素子６３１〜６３５、給電素子６４６と無給電素子６４１〜６４５から成る４つの八木宇田アンテナ６１０〜６４０により構成され、中心には給電素子より電気長の大きい無給電素子７が４つの八木宇田アンテナ６１０〜６４０共通の反射器として配されている。個々のアレーアンテナは独立して動作する。この構成によって４つの給電素子の何れかに給電する事によって、４方向にビームを切替えることが可能となる。また、本構成は給電点が近接し、ビーム間のアイソレーション低下によるビーム割れが問題となるため、アイソレーション向上の手段として反射器の採用が必須である。この構成は１素子の反射器だけを４ビームで共通しており、アンテナ面積の大部分を占める導波路の共有化が行われていないため、アンテナサイズ縮小の効果は小さい。その結果、アレーアンテナを構成する殆どの素子がビーム毎に独立して構成されるため、ビーム数増加または所要アンテナ利得が増加するとともにサイズが大きくなるという問題がある。
【０００５】
従来技術の第三の例として、パッチ八木宇田アンテナを用い、給電素子よりも電気長の短い無給電素子を複数ビーム間で共有化することによって、平面マルチビームアンテナの小型化を実現した例がある（特開２００１−２４８７６４）。従来技術の第三の例の構造図を図８に示す。基板５上の２列の無給電素子列は共有正方形型無給電素子７０１において互いに直交しており、素子列の両端４箇所に給電素子６７１〜６７４が構成されている。無給電素子７０１以外の素子は、交差偏波特性を確保するため、励振方向と直交する方向の素子幅を短くとり長方形型となっている。また、無給電素子７０１は給電素子６７１〜６７４に比べ電気長が短くなっている。給電素子６７１に給電した場合、給電素子６７１に続く無給電素子の１列が励振され、素子６７１を給電素子としたパッチ八木宇田アンテナとして動作する。そのため、素子６７１から素子６７３方向へと主ビームを形成する。給電を給電素子６７１〜６７４の間で切替えることによって、第三の例のアンテナは４ビームを持つマルチビームアンテナとして動作する。しかし、その一方、対向する給電素子の影響により、Ｆ／Ｂ比が悪化し、その影響を低減するため、非励振給電素子のポートを終端する必要があった。また同様の理由で、１ポートに給電した場合、素子列の反対側にあるポートとの結合量が大きいため反対側のポートを同時に使う事は困難であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
複数のアンテナを切替えることによって指向性を制御する方法では、一般的にビーム数の増加に比例してアンテナ素子数が増加しアンテナサイズが増加する。従来技術の第一、第二の例で挙げた平面マルチビームアンテナは、ビーム数が多い場合はアンテナサイズが増大するという問題があり、また大きな利得を必要とする場合はアンテナサイズはさらに大きくなる。第三の例としてあげた方法は、アンテナサイズを縮小する事が実現できるが、給電素子は非励振時に終端される必要があるため、給電と終端を切替える機構が必要となり、一般にそのような機構を取り付けた場合回路の複雑化を招きさらには回路損失が増大する。
【０００７】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、ビーム間素子共有化によって小型化が可能で、小型化した場合でも低い給電素子間の結合量が得られるため給電点終端条件切替えが不要である簡易なマルチビームアンテナを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明のマルチビームアンテナは、直線上に給電パッチアンテナ素子と１素子以上の無給電パッチアンテナ素子を有する素子列を３列以上具備し、各素子列は互いに重ならずに、少なくとも他の２つの素子列と交差し、交差点に交差する素子列間で互いに共用である給電パッチアンテナ素子または無給電パッチアンテナ素子を有し、かつ複数の素子列で多角形形状の輪郭線が形成されることを特徴とするものである。
【０００９】
また本発明は、前記マルチビームアンテナにおいて、給電パッチアンテナ素子のうち少なくとも１素子が方形パッチアンテナ素子であり、励振方向の電気長と比べ直交する方向の電気長が等しいかそれより短く、かつ直交する２素子列の共用素子であることを特徴とするものである。
【００１０】
また本発明は、前記マルチビームアンテナにおいて、無給電パッチアンテナ素子のうち少なくとも１素子が方形パッチアンテナ素子であり、給電パッチアンテナ素子に隣接し、隣接する給電パッチアンテナ素子の励振方向と同じ方向の電気長が給電パッチアンテナ素子の電気長よりも長く、かつ直交する２素子列の共用素子であることを特徴とするものである。
【００１１】
また本発明は、前記マルチビームアンテナにおいて、該給電パッチアンテナ素子または該無給電パッチアンテナ素子のうち少なくとも１素子が終端手段または短絡手段を具備することを特徴とするものである。
【００１２】
また本発明は、前記マルチビームアンテナにおいて、多角形形状の輪郭線を形成する複数のアンテナ素子列のうち１列以上の素子列が、素子列を構成する全ての素子または共用素子以外の全ての素子を取り除かれた形状であって、残る各素子列は少なくとも他の１素子列と交差し、交差する素子列間で共用素子を有する形状を具備することを特徴とするものである。
【００１３】
従来技術では給電点切換型マルチビームアンテナを実現するために、アンテナの小型化を犠牲にしてビームの個数だけの独立した複数アンテナを用いるか、同時形成ビーム数を減らし給電素子に制御回路を取り付けることによってアンテナの小型化を実現していた。
【００１４】
本構成は、セクタ間で八木宇田アンテナアレー素子の一部を共用化する事により大幅なアンテナサイズ縮小が実現可能であり、また、多角形形状の輪郭線状にアレーを配置し小型化を図りつつも反対方向にビームを形成する八木宇田アンテナとは素子を共用化しないことによって、ビーム間結合を大幅に下げることが可能であるため、非励振素子の終端切替え機構が不要で、同時複数ビームの形成が可能である。つまり、素子共用により大幅なアンテナサイズ縮小と給電素子間結合量の低減の両立を実現すると言う点で従来技術とは異なる。これによって、素子数を減らしアンテナ全体を小型化する事が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施形態例を詳細に説明する。図中、同一機能を有する部分は同一符号を付してその説明を省略する。
【００１６】
図１は本発明の実施の形態の第一の例を示す。略円形状地板２′を有する誘電体基板１′上に、円形給電パッチアンテナ素子３１１，３１２，３１３、給電パッチアンテナ素子３１１〜３１３よりも電気長の小さい無給電の円形パッチアンテナ素子４１１〜４１６が略正三角形状の輪郭線を形成するように配設して構成されている。図のように略正三角形状の頂点３箇所に給電パッチアンテナ素子３１１〜３１３が１素子ずつ配置され、給電パッチアンテナ素子３１１と３１２間の線分上に等間隔に２個の無給電パッチアンテナ素子４１１，４１２が配置され、給電パッチアンテナ素子３１２と３１３間の線分上に等間隔に２個の無給電パッチアンテナ素子４１３，４１４が配置され、給電パッチアンテナ素子３１３と３１１間の線分上に等間隔に２個の無給電パッチアンテナ素子４１５，４１６が配置されている。給電素子３１１にのみ給電を行う場合、給電素子３１１と３１２間の無給電素子４１１，４１２を含む素子列が励振され、１素子の給電素子３１１と２素子の導波素子４１１，４１２を持つ八木宇田アンテナ素子構成となるため、給電素子３１１から３１２の方向へ向かってビームが形成される。ここで、給電素子３１１の給電点が給電素子３１１と３１２を結ぶ線分上にあり、素子中心からずれたところにあるため、給電素子３１１の励振方向は上記無給電素子４１１，４１２を含む素子列と同方向になる。他の給電素子３１２，３１３に給電を行った場合も同様の動作を行うため、３通りのビームを形成することができる。このようにして、１つの構造で３ビームを持つ小型マルチビームアンテナが実現される。図中、Ｐは給電点である。
【００１７】
尚、上記実施形態例では直線上に給電パッチアンテナ素子および無給電パッチアンテナ素子を有する素子列を略正三角形状の輪郭線を形成する場合について説明したが、これに限らず多角形形状の輪郭線を形成するようにしてもよい。
【００１８】
図２は本発明の実施の形態の第二の例を示す図である。略正方形状の地板２を有する誘電体基板１上には、給電される長方形型パッチアンテナ素子３２１〜３２４、給電素子３２１〜３２４よりも電気長が短く全て同じサイズの無給電の長方形型パッチアンテナ素子４２１〜４２４が略正方形状の輪郭線を形成するように配設して構成されている。図のように、略正方形状の頂点４箇所に給電パッチアンテナ素子３２１〜３２４が１素子ずつ配置され、給電パッチアンテナ素子３２１と３２２間の線分上に１個の無給電パッチアンテナ素子４２１が配置され、給電パッチアンテナ素子３２２と３２３間の線分上に１個の無給電パッチアンテナ素子４２２が配置され、給電パッチアンテナ素子３２３と３２４間の線分上に１個の無給電パッチアンテナ素子４２３が配置され、給電パッチアンテナ素子３２４と３２１間の線分上に１個の無給電パッチアンテナ素子４２４が配置されている。給電素子３２１のみに給電を行った場合、給電素子３２１の長辺と平行な方向に励振され、隣接する無給電素子４２１は導波素子として動作する。無給電素子４２１は給電素子３２１の励振方向と直交する辺が短くされており、交差偏波特性確保が図られている。同様に給電素子３２１に隣接する無給電パッチアンテナ素子４２４はこの場合給電素子３２１の励振方向の素子幅が短く励振しないようになっているため、１列だけが励振されるようになっている。また、給電素子３２２は、給電素子３２２の給電時の励振方向が給電素子３２１の給電時の励振方向と直交し、また給電素子３２１の励振方向における給電素子３２２の素子幅が他の方向より少し短くなっているため、導波素子として動作する。そのため、給電素子３２１に給電を行った場合、無給電素子４２１と給電素子３２２を導波素子として有する八木宇田アンテナとして動作する。同様に他の素子３２２〜３２４に給電を行った場合でも同様な動作をするため、本アンテナは４ビームを有するマルチビームアンテナとして動作する。本アンテナは給電素子を他ビームの導波素子として用い共用しているので、構成素子数が減り、アンテナ小型化が実現される。
【００１９】
尚、給電パッチアンテナ素子３２１〜３２４は励振方向の電気長と比べ直交する方向の電気長が等しいかそれより短い方形パッチアンテナ素子でもよい。
【００２０】
また、直線上に給電パッチアンテナ素子および無給電パッチアンテナ素子を有する素子列を頂点の一部が直角である多角形形状の輪郭線を形成するようにしてもよい。
【００２１】
図３は本発明の実施の形態の第三の例を示す図である。給電される長方形型パッチアンテナ素子３３１〜３３４、給電素子３３１〜３３４よりも電気長が短く全て同じ形状の無給電の長方形型パッチアンテナ素子４３１〜４３４、無給電長方形型パッチアンテナ素子４３５〜４３８が略正方形状の輪郭線を形成するように配設して構成されている。図のように、略正方形状の頂点４箇所に無給電パッチアンテナ素子４３５〜４３８が１素子ずつ配置され、無給電パッチアンテナ素子４３５と４３６間の線分上に１個の給電パッチアンテナ素子３３１および１個の無給電パッチアンテナ素子４３１が配置され、無給電パッチアンテナ素子４３６と４３７間の線分上に１個の給電パッチアンテナ素子３３２および１個の無給電パッチアンテナ素子４３２が配置され、無給電パッチアンテナ素子４３７と４３８間の線分上に１個の給電パッチアンテナ素子３３３および１個の無給電パッチアンテナ素子４３３が配置され、無給電パッチアンテナ素子４３８と４３５間の線分上に１個の給電パッチアンテナ素子３３４および１個の無給電パッチアンテナ素子４３４が配置されている。無給電パッチアンテナ素子４３１〜４３４は、給電パッチアンテナ素子３３１〜３３４よりも電気長が短いため、導波素子として動作する。無給電パッチアンテナ素子４３５〜４３８は給電パッチアンテナ素子３３１〜３３４に隣接しており、隣接する給電パッチアンテナ素子３３１〜３３４の励振方向と同じ方向の電気長が長くなっていると共に、隣接する給電パッチアンテナ素子３３１〜３３４の励振方向と直交方向の電気長は他の辺よりも短くなっている。給電素子３３１のみに給電を行った場合、給電パッチアンテナ素子３３１の長辺と平行な方向に励振され、隣接する無給電素子４３１を導波素子として動作する。無給電パッチアンテナ素子４３１は給電パッチアンテナ素子３３１の励振方向と直交する辺が短くされており、交差偏波特性確保が図られている。また、無給電素子４３５は、給電パッチアンテナ素子３３１より電気長が長い長辺方向に励振されるため、反射器として動作し、無給電素子４３６は、電気長が共振の実効波長より短い短辺方向に励振されるため、導波器として動作する。つまり、無給電素子４３５と４３６は形状が全く同じであるものの、励振方向の違いでそれぞれ反射器と導波器として動作する。この場合、無給電素子４３５を反射器、給電パッチアンテナ素子３３１を給電素子、無給電素子４３１と４３６を導波器として動作するパッチ八木宇田アンテナとして動作する。同様に他の給電素子３３２〜３３４に給電を行った場合でも同様な動作をするため、本アンテナは４ビームを有するマチルビームアンテナとして動作する。本構成によって、反射器を他ビームの導波器として異なる目的で用い共用し、素子数を減らすことによってアンテナ小型化が実現される。
【００２２】
尚、無給電パッチアンテナ素子４３５〜４３８は隣接する給電パッチアンテナ素子の励振方向と同じ方向の電気長が給電パッチアンテナ素子の電気長よりも長い方形パッチアンテナ素子でもよい。
【００２３】
また、直線上に給電パッチアンテナ素子および無給電パッチアンテナ素子を有する素子列を頂点の一部が直角である多角形形状の輪郭線を形成するようにしてもよい。
【００２４】
図４は本発明の実施の形態の第四の例を示す図である。励振方向電気長が長い給電される長方形型パッチアンテナ素子３４１〜３４４、給電パッチアンテナ素子３４１〜３４４よりも電気長が短く全て同じ形状の無給電の長方形型パッチアンテナ素子４４１〜４４４、終端付き無給電長方形型パッチアンテナ素子４４５〜４４８が略正方形状の輪郭線を形成するように配設して構成されている。図のように、略正方形状の頂点４箇所に終端付き無給電パッチアンテナ素子４４５〜４４８が１素子ずつ配置され、終端付き無給電パッチアンテナ素子４４５と４４６間の線分上に１個の給電パッチアンテナ素子３４１および１個の無給電パッチアンテナ素子４４１が配置され、終端付き無給電パッチアンテナ素子４４６と４４７間の線分上に１個の給電パッチアンテナ素子３４２および１個の無給電パッチアンテナ素子４４２が配置され、終端付き無給電パッチアンテナ素子４４７と４４８間の線分上に１個の給電パッチアンテナ素子３４３および１個の無給電パッチアンテナ素子４４３が配置され、終端付き無給電パッチアンテナ素子４４８と４４５間の線分上に１個の給電パッチアンテナ素子３４４および１個の無給電パッチアンテナ素子４４４が配置されている。終端付き無給電長方形型パッチアンテナ素子４４５〜４４８は、隣接する給電素子３４１〜３４４の励振方向に対しては電気長が長く反射器として働き、隣接する給電素子３４１〜３４４の励振方向と直交方向の電気長は短く導波器として働くことが可能で、２つの機能を兼ねる隣接ビーム間の共用素子である。給電素子３４１のみに給電を行った場合、給電素子３４１の長辺と平行な方向に励振され、隣接する無給電素子４４１は導波素子として動作する。無給電素子４４１は励振方向と直交する辺が短くされており、交差偏波特性確保が図られている。また、無給電素子４４５は、給電素子３４１より電気長が長い長辺方向と平行な方向に励振されるため、反射器として動作し、無給電素子４４６は、電気長が共振の実効波長より短い短辺方向に励振されるため、導波器として動作する。ここで、無給電素子４４５と４４６は終端されており、終端点Ｅは素子中央より一方の長辺寄りに構成される。これは、電気長の長い方向に励振される場合には電位が時間的に変化せず、電気長の短い方向に励振される場合には電位が時間的に変化する場所である。つまり、反射器として動作している時は終端端子に電流が流れず、導波器として動作している時は終端に電流が流れる。この場合、４４５を反射器、３４１を給電素子、４４１を導波素子、４４６を終端付き導波素子とするパッチ八木宇田アンテナとなる。八木宇田アンテナは進行波型アンテナとして解釈することができ、末端の導波素子に終端を付ける事によって、導波路末端を終端したと考えることができる。これによって、導波路末端から生じる逆向きの進行波を抑制することが可能で、逆向きの波によるバックローブを低減することができる。同様に他の素子３４２〜３４４に給電を行った場合でも同様な動作をするため、本アンテナは４ビームを有するマチルビームアンテナとして動作する。本構成によって反射器を他ビームの導波素子として異なる目的で用い共用し素子数を減らし小型化を図ることが可能で、かつ導波素子終端によってバックローブのレベルを低減可能な、マルチビームアンテナが実現される。
【００２５】
図９は本発明の第四の実施形態例の指向性パターン計算結果を示す図である。図９（ａ）に示す本発明の第四の実施形態例に係るマルチビームアンテナにおいて、４つの給電素子３４１〜３４４のうち一つの給電素子３４１のみに給電した場合について解析し円錐面放射パターンＡを求めたグラフを図９（ｃ）に示す。ここで、円錐面放射パターンとは、図中θ一定の円錐面において観測される放射パターンで、図はθ＝６０°として解析した結果である。図９（ｂ）に示すような従来のマルチビームアンテナの第三の例の計算結果Ｂと比較すると、本発明の第四の実施形態例に係るマルチビームアンテナによってバックローブが大幅に低減されていることが分かる。これは、従来法では、主ビーム方向に、向かい合うビームの給電素子が存在するためである。本発明の第四の実施形態例では、主ビーム方向に他の給電素子が無いことと、主ビーム方向素子列末端の反射器兼導波素子が終端されていることによって、大幅にバックローブのレベルが低減されている。ここで、誘電体基板誘電率は９、基板厚さは０．０１３３λ₀（λ₀は自由空間における波長）、素子間のギャップは０．００３３λ₀、給電素子に対する導波素子長は約９６％、反射器長は１１４％として解析した。
【００２６】
尚、給電パッチアンテナ素子または無給電パッチアンテナ素子のうち少なくとも１素子が終端手段または短絡手段を具備するようにしてもよい。
【００２７】
図５は本発明の実施の形態の第５の例を示す図である。図５において、本発明の第三の実施形態例の給電パッチアンテナ素子３３１〜３３３がそれぞれ給電パッチアンテナ素子３５１〜３５３に対応し、同様に無給電パッチアンテナ素子４３１〜４３３、４３５〜４３８がそれぞれ無給電パッチアンテナ素子４５１〜４５３、４５５〜４５８に対応しほぼ同じ動作をする。その一方、無給電パッチアンテナ素子４５５と４５８の間の素子列が取り除かれた形となっており、ビーム数は３となっている。アンテナを壁面等に取り付ける場合など、４ビームのうち１ビームが明らかに不要であると想定される場合に本構成が用いられる。つまり、本構成によって、反射器を他ビームの導波素子として異なる目的で用い共用し、素子数を減らすことによってアンテナの小型化が可能である３ビームのマルチビームアンテナが実現される。
【００２８】
尚、図２に示す第二の実施形態例および図３に示す第三の実施形態例では複数の給電パッチアンテナ素子および無給電パッチアンテナ素子を用いて略正方形状の輪郭線を形成するように配設したが、これに限らず頂点の一部が直角である多角形状の輪郭線を形成するように配設してもよい。
【００２９】
また、多角形形状の輪郭線を形成する複数のアンテナ素子列のうち１列以上の素子列が、素子列を構成する全ての素子または共用素子以外の全ての素子を取り除かれた形状であって、残る各素子列は少なくとも他の１素子列と交差し、交差する素子列間で共用素子を有する形状にしてもよい。
【００３０】
以上述べたように本発明の実施形態例によれば、小型で簡易構成の、給電点切換型マルチビームアンテナを提供することができる。従来技術では給電点切換型マルチビームアンテナを実現するために、一般的にビーム数の分だけ個別にアンテナを用意し切替える方法をとっていた。そのためアンテナサイズが大型化していた。また、アレーアンテナの一部の素子を共有化し小型化する手法では素子共有によるパターンへの影響を低減するため、他の給電点の終端条件を切替える必要があった。そのためサイズの小型化を実現する一方、新たにスイッチを回路に付加する必要があり、回路が複雑化もしくは回路損失が増大していた。
【００３１】
本発明の実施形態例は、直線上に給電パッチアンテナ素子と１素子以上の無給電パッチアンテナ素子を有する素子列を３つ以上具備し、各素子列の直線は互いに重ならずに、少なくとも他の２直線と交差し、交点に交差素子列で互いに共用である給電パッチアンテナ素子または無給電パッチアンテナ素子が存在し、かつ複数の直線で形成される多角形形状を具備することを最も主要な特徴とする。すなわち、給電素子と無給電素子を列状に配置した複数の素子列間で、給電素子または無給電素子を共用することによって、複数の八木宇田アンテナを比較的少ない素子数で構成する事ができる。それによって、それぞれの八木宇田アンテナで異なる指向特性を持たせれば、一つの構成で素子列の数だけビームを持つアンテナを小型に実現することが可能となる。また素子列を多角形形状にしたことによって、逆向きの八木宇田アンテナ間で素子共有しないで同一面に構成する事ができる。それによって、互いの給電点の影響が低減するため、給電点終端条件を切替える必要が無くなり、給電回路にスイッチが不要となるため、回路が簡単になる。その結果、ビーム数の分だけ独立したアンテナを用意した場合と比べ大幅に小型化が可能な、給電点切換型のマルチビームアンテナが簡易に実現される。本効果は図１のマルチビームアンテナに関する。
【００３２】
また本発明の実施形態例は図２又は図３のマルチビームアンテナを用いる事により、素子形状で励振方向を制限する事によって、素子共有を図りつつも交差する列の間でアイソレーションを確保することが出来る。それによって、他の列に電流が乗ることによるビーム割れや、利得低下を防ぐことが可能となる。従って、無給電素子を共有してもアンテナ素子列間のアイソレーションの高い、給電点切替型のマルチビームアンテナが実現される。
【００３３】
また本発明の実施形態例は、第４のマルチビームアンテナを用いることにより、不要放射の抑制もしくはパターンを変化させる事が可能となる。従って、無給電素子数を増やさずにＦ／Ｂ比を改善もしくは、アンテナ利得を向上させることが可能な給電点切換型のマルチビームアンテナが実現される。
【００３４】
また本発明の実施形態例は、第５のマルチビームアンテナを用いることにより、必要なビーム数が少ない場合はループ状アレーから少なくとも１素子列を取り除くまたは共有素子を残して素子列を取り除く事によって、素子列間のアイソレーションをより高めることが可能となる。従って、ビーム間で高いアイソレーションを有する給電点切換型のマルチビームアンテナが実現される。
【００３５】
以上に説明したように、本発明の実施形態例はパッチ八木宇田アンテナの給電素子または、反射器あるいは導波器を構成する無給電パッチアンテナ素子を共有化し、素子列をループ状に構成する事によって、ビーム間のアイソレーションを確保しながらも小型で簡易構成の、給電点切換型のマルチビームアンテナを実現するものである。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、小型で簡易構成の、給電点切換型マルチビーム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】本発明の第一の実施形態例を示す構成説明図である。
【図２】本発明の第二の実施形態例を示す構成説明図である。
【図３】本発明の第三の実施形態例を示す構成説明図である。
【図４】本発明の第四の実施形態例を示す構成説明図である。
【図５】本発明の第五の実施形態例を示す構成説明図である。
【図６】従来のマルチビームアンテナの第一の例を示す構成説明図である。
【図７】従来のマルチビームアンテナの第二の例を示す構成説明図である。
【図８】従来のマルチビームアンテナの第三の例を示す構成説明図である。
【図９】本発明の第四の実施形態例の動作を示す説明図である。
【符号の説明】
１，１′ 誘電体基板
２，２′ 地板
３１１〜３１３給電パッチアンテナ素子
４１１〜４１６無給電パッチアンテナ素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a simple and small feeding point switching scanning multi-beam antenna realized by a planar array antenna.
[0002]
[Prior art]
As a main method of realizing a planar feed point switching type multi-beam antenna, a method of changing the directivity by switching a plurality of antennas having different directivities is often used.
[0003]
As a first example of an antenna for controlling directivity by switching a plurality of antennas in the prior art, a configuration in which planar array antennas are arranged radially to realize a planar sector antenna that realizes multi-beams (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-36339). ) A structural diagram of a first example of the prior art is shown in FIG. Array antennas 610 and 620 to 660 oriented in different directions around the center of the circular substrate 5 by 60 degrees are arranged radially. The array antennas 610 to 660 are composed of a plurality of antenna elements 611, 612 to 663 arranged at equal intervals in the radial direction, and the individual array antennas 610 to 660 operate independently. However, since the array antenna is configured independently for each beam, there is a problem that the antenna size increases as the number of beams increases.
[0004]
As a second example of the prior art, a planar multi-beam antenna (“Electronically Steerable Yagi-Uda Microstrip Patch Antenna”) that uses a patch Yagi-Uda antenna that can be realized by batch etching, which is a more specific example of the prior art. Array ”, IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. 46, pp. 605-608, May 1998). Here, the Yagi-Uda antenna is an array antenna in which parasitic elements that are electrically smaller than the feed element are arranged in a line starting from one feed element, and the patch Yagi-Uda antenna is a patch antenna. Point to. A structural diagram of a second example of the prior art is shown in FIG. Patch Yagi-Uda antennas 610 and 620 to 640 are arranged radially on the substrate 5 and directed in different directions by 90 degrees about the substrate center. This array antenna is arranged in the outward direction from the center. Feed element 616 and parasitic elements 611 to 615, feeder element 626 and parasitic elements 621 to 625, feeder element 636 and parasitic elements 631 to 635, and feeder element 646 and none. It is composed of four Yagi-Uda antennas 610 to 640 composed of feed elements 641 to 645, and a parasitic element 7 having an electrical length larger than that of the feed element is arranged at the center as a reflector common to the four Yagi-Uda antennas 610 to 640. Yes. Each array antenna operates independently. With this configuration, the beam can be switched in four directions by supplying power to any of the four feeding elements. Further, in this configuration, since the feeding points are close to each other and beam cracking due to a decrease in isolation between beams becomes a problem, it is essential to employ a reflector as a means for improving isolation. In this configuration, only one reflector is shared by four beams, and since the waveguide that occupies most of the antenna area is not shared, the effect of reducing the antenna size is small. As a result, since most elements constituting the array antenna are configured independently for each beam, there is a problem that the number of beams increases or the required antenna gain increases and the size increases.
[0005]
As a third example of the prior art, a patch Yagi-Uda antenna is used, and a parasitic multi-beam antenna with a shorter electrical length than the feed element is shared between multiple beams, thereby realizing a miniaturization of a planar multi-beam antenna. (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-248774). FIG. 8 shows a structural diagram of a third example of the prior art. The two parasitic element rows on the substrate 5 are orthogonal to each other in the shared square parasitic element 701, and feed elements 671 to 674 are formed at the four ends of the element row. The elements other than the parasitic element 701 have a rectangular shape with a short element width in a direction orthogonal to the excitation direction in order to ensure cross polarization characteristics. The parasitic element 701 has a shorter electrical length than the feeding elements 671 to 674. When power is fed to the feed element 671, one row of parasitic elements following the feed element 671 is excited and operates as a patch Yagi-Uda antenna using the element 671 as a feed element. Therefore, a main beam is formed from the element 671 toward the element 673. By switching feeding between the feeding elements 671 to 674, the antenna of the third example operates as a multi-beam antenna having four beams. However, on the other hand, the F / B ratio deteriorates due to the influence of the opposing feed elements, and it is necessary to terminate the port of the non-excitation feed element in order to reduce the influence. For the same reason, when power is supplied to one port, it is difficult to use the opposite port at the same time because the amount of coupling with the port on the opposite side of the element array is large.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the method of controlling directivity by switching a plurality of antennas, the number of antenna elements generally increases in proportion to the increase in the number of beams, and the antenna size increases. The planar multi-beam antennas mentioned in the first and second examples of the prior art have a problem that the antenna size increases when the number of beams is large, and the antenna size further increases when a large gain is required. . The method given as the third example can reduce the antenna size. However, since the feed element needs to be terminated at the time of non-excitation, a mechanism for switching between feeding and termination is necessary. If it is attached, the circuit becomes complicated and the circuit loss increases.
[0007]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to reduce the size by sharing the elements between the beams, and even when the size is reduced, a low coupling amount between the feeding elements can be obtained, so that it is not necessary to switch the feeding point termination condition. An object is to provide a simple multi-beam antenna.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the multi-beam antenna of the present invention comprises three or more element rows each having a feed patch antenna element and one or more parasitic patch antenna elements on a straight line, and the element rows overlap each other. Without a feed patch antenna element or a parasitic patch antenna element that intersects at least two other element rows and is shared between the element rows that intersect the intersection, and has a polygonal shape in a plurality of element rows. An outline is formed.
[0009]
According to the present invention, in the multi-beam antenna, at least one of the feed patch antenna elements is a rectangular patch antenna element, and the electrical length in the orthogonal direction is equal to or shorter than the electrical length in the excitation direction, and is orthogonal. This is a shared element of two-element rows.
[0010]
According to the present invention, in the multi-beam antenna, at least one of the parasitic patch antenna elements is a rectangular patch antenna element, is adjacent to the feeding patch antenna element, and has the same direction as the excitation direction of the adjacent feeding patch antenna element. The electric length is longer than the electric length of the feeding patch antenna element, and is a shared element of two orthogonal element rows.
[0011]
According to the present invention, in the multi-beam antenna, at least one of the feed patch antenna element and the parasitic patch antenna element includes a termination unit or a short-circuit unit.
[0012]
In the multi-beam antenna according to the present invention, one or more element rows among a plurality of antenna element rows forming a polygonal outline are all elements other than all elements or shared elements constituting the element row. The element is removed, and each remaining element row intersects with at least one other element row, and has a shape having a shared element between the intersecting element rows.
[0013]
In the prior art, in order to realize a feed point switching type multi-beam antenna, a plurality of independent antennas corresponding to the number of beams are used at the expense of miniaturization of the antenna, or a control circuit is attached to the feed element by reducing the number of simultaneously formed beams. As a result, miniaturization of the antenna was realized.
[0014]
In this configuration, by sharing a part of the Yagi-Uda antenna array elements between sectors, it is possible to achieve a significant reduction in antenna size. In addition, the array is arranged in a polygonal outline to reduce the size. However, it is possible to greatly reduce the coupling between beams by not sharing the elements with the Yagi-Uda antenna that forms the beam in the opposite direction, so there is no need for a termination switching mechanism for non-excited elements, and simultaneous multiple beams Can be formed. In other words, it differs from the prior art in that both the reduction of the antenna size and the reduction of the coupling amount between the feeding elements can be realized by sharing the elements. As a result, the number of elements can be reduced and the entire antenna can be downsized.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the figure, portions having the same function are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0016]
FIG. 1 shows a first example of an embodiment of the present invention. On the dielectric substrate 1 ′ having the substantially circular ground plane 2 ′, the circularly fed patch antenna elements 311, 312, and 313, and the non-fed circular patch antenna elements 411 to 416 having a smaller electrical length than the fed patch antenna elements 311 to 313 are provided. Are arranged so as to form a substantially equilateral triangular outline. As shown in the figure, feed patch antenna elements 311 to 313 are arranged one by one at three apexes of a substantially equilateral triangle shape, and two parasitic patch antennas are equally spaced on a line segment between the feed patch antenna elements 311 and 312. Elements 411 and 412 are arranged, and two parasitic patch antenna elements 413 and 414 are arranged at equal intervals on a line segment between the feed patch antenna elements 312 and 313, and a line segment between the feed patch antenna elements 313 and 311 is arranged. Two parasitic patch antenna elements 415 and 416 are arranged on the top at equal intervals. When power is supplied only to the power supply element 311, the element row including the parasitic elements 411 and 412 between the power supply elements 311 and 312 is excited, and Yagi has one power supply element 311 and two element waveguide elements 411 and 412. Because of the Uda antenna element configuration, a beam is formed from the feed element 311 toward the direction 312. Here, since the feeding point of the feeding element 311 is on a line segment connecting the feeding elements 311 and 312 and is deviated from the element center, the excitation direction of the feeding element 311 is an element including the parasitic elements 411 and 412. It will be in the same direction as the column. Since the same operation is performed when power is supplied to the other power supply elements 312, 313, three kinds of beams can be formed. In this way, a small multi-beam antenna having three beams in one structure is realized. In the figure, P is a feeding point.
[0017]
In the above-mentioned embodiment, the case where the element line having the feeding patch antenna element and the parasitic patch antenna element on the straight line is formed with a substantially equilateral triangular outline is not limited to this, but the polygonal outline A line may be formed.
[0018]
FIG. 2 is a diagram showing a second example of the embodiment of the present invention. On the dielectric substrate 1 having the substantially square-shaped ground plane 2, the rectangular patch antenna elements 321 to 324 to be fed and the non-feeding rectangular patch antenna having an electrical length shorter than the feeding elements 321 to 324 are all the same size. The elements 421 to 424 are arranged so as to form a substantially square outline. As shown in the figure, the feed patch antenna elements 321 to 324 are arranged one by one at four apexes of a substantially square shape, and one parasitic patch antenna element 421 is provided on the line segment between the feed patch antenna elements 321 and 322. One parasitic patch antenna element 422 is disposed on the line segment between the feed patch antenna elements 322 and 323, and one parasitic patch antenna element is disposed on the line segment between the feed patch antenna elements 323 and 324. 423 is arranged, and one parasitic patch antenna element 424 is arranged on a line segment between the feeding patch antenna elements 324 and 321. When power is supplied only to the feed element 321, excitation is performed in a direction parallel to the long side of the feed element 321, and the adjacent parasitic element 421 operates as a waveguide element. The parasitic element 421 has a side that is orthogonal to the excitation direction of the feeding element 321 and has a short cross polarization characteristic. Similarly, the parasitic patch antenna element 424 adjacent to the feeding element 321 has a short element width in the excitation direction of the feeding element 321 and is not excited, so that only one column is excited. In addition, in the feed element 322, the excitation direction during feeding of the feed element 322 is orthogonal to the excitation direction during feeding of the feed element 321, and the element width of the feed element 322 in the excitation direction of the feed element 321 is slightly smaller than the other directions. Since it is shorter, it operates as a waveguide element. Therefore, when power is supplied to the feed element 321, the Yagi-Uda antenna having the parasitic element 421 and the feed element 322 as the waveguide elements operates. Similarly, even when power is supplied to the other elements 322 to 324, the same operation is performed, so that this antenna operates as a multi-beam antenna having four beams. Since this antenna uses and shares a feed element as a waveguide element for other beams, the number of constituent elements is reduced and the antenna can be downsized.
[0019]
The feed patch antenna elements 321 to 324 may be rectangular patch antenna elements whose electric length in the orthogonal direction is equal to or shorter than the electric length in the excitation direction.
[0020]
In addition, a polygonal outline having a right angle at a part of the apex may be formed in the element array having the feed patch antenna element and the parasitic patch antenna element on a straight line.
[0021]
FIG. 3 is a diagram showing a third example of the embodiment of the present invention. The rectangular patch antenna elements 331 to 334 to be fed, the non-feeding rectangular patch antenna elements 431 to 434 and the parasitic rectangular patch antenna elements 435 to 438 having the same electrical length and shorter than those of the feeding elements 331 to 334 are provided. They are arranged and formed so as to form a substantially square outline. As shown in the figure, the parasitic patch antenna elements 435 to 438 are arranged one by one at the four apexes of the substantially square shape, and one feeding patch antenna element 331 is arranged on the line segment between the parasitic patch antenna elements 435 and 436. And one parasitic patch antenna element 431, one feeding patch antenna element 332 and one parasitic patch antenna element 432 are arranged on a line segment between the parasitic patch antenna elements 436 and 437, One feeding patch antenna element 333 and one parasitic patch antenna element 433 are arranged on the line segment between the parasitic patch antenna elements 437 and 438, and on the line segment between the parasitic patch antenna elements 438 and 435. One feeding patch antenna element 334 and one parasitic patch antenna element 434 are arranged. The parasitic patch antenna elements 431 to 434 operate as waveguide elements because they have a shorter electrical length than the fed patch antenna elements 331 to 334. The parasitic patch antenna elements 435 to 438 are adjacent to the feeding patch antenna elements 331 to 334, and the electrical length in the same direction as the excitation direction of the adjacent feeding patch antenna elements 331 to 334 is increased, and the neighboring feeding antennas are arranged. The electrical length in the direction orthogonal to the excitation direction of the patch antenna elements 331 to 334 is shorter than the other sides. When power is fed only to the feed element 331, the feed patch antenna element 331 is excited in a direction parallel to the long side, and the adjacent parasitic element 431 operates as a waveguide element. The parasitic patch antenna element 431 has a side that is perpendicular to the excitation direction of the fed patch antenna element 331 and is designed to ensure cross polarization characteristics. Further, since the parasitic element 435 is excited in the long side direction having an electrical length longer than that of the fed patch antenna element 331, the parasitic element 435 operates as a reflector, and the parasitic element 436 has a short side whose electrical length is shorter than the effective wavelength of resonance. Since it is excited in the direction, it operates as a director. That is, the parasitic elements 435 and 436 have exactly the same shape, but operate as a reflector and a director depending on the excitation direction. In this case, it operates as a patch Yagi-Uda antenna that operates with the parasitic element 435 as a reflector, the fed patch antenna element 331 as a feeding element, and the parasitic elements 431 and 436 as waveguides. Similarly, even when power is supplied to the other power feeding elements 332 to 334, the same operation is performed, so this antenna operates as a multi-beam antenna having four beams. With this configuration, the antenna can be miniaturized by using the reflector as a waveguide for other beams for different purposes and reducing the number of elements.
[0022]
The parasitic patch antenna elements 435 to 438 may be rectangular patch antenna elements in which the electrical length in the same direction as the excitation direction of the adjacent fed patch antenna elements is longer than the electrical length of the fed patch antenna elements.
[0023]
In addition, a polygonal outline having a right angle at a part of the apex may be formed in the element array having the feed patch antenna element and the parasitic patch antenna element on a straight line.
[0024]
FIG. 4 is a diagram showing a fourth example of the embodiment of the present invention. Rectangular patch antenna elements 341 to 344 that are fed with a long electrical length in the excitation direction, non-fed rectangular patch antenna elements 441 to 444 that are shorter than the fed patch antenna elements 341 to 344 and have the same shape, and are not terminated. The feeding rectangular patch antenna elements 445 to 448 are arranged and formed so as to form a substantially square outline. As shown in the figure, terminated patch antenna elements 445 to 448 are arranged one by one at four apexes in a substantially square shape, and one feed is provided on a line segment between the terminated patch antenna elements 445 and 446 with termination. A patch antenna element 341 and one parasitic patch antenna element 441 are arranged, and one fed patch antenna element 342 and one parasitic patch antenna are arranged on a line segment between the terminated parasitic patch antenna elements 446 and 447. An element 442 is disposed, and one fed patch antenna element 343 and one parasitic patch antenna element 443 are disposed on a line segment between the terminated parasitic patch antenna elements 447 and 448, and the terminated parasitic patch antenna. One feed patch antenna element 344 and one parasitic patch antenna on the line segment between elements 448 and 445 Child 444 is located. The non-feed rectangular patch antenna elements 445 to 448 with terminations have a long electrical length with respect to the excitation direction of the adjacent feed elements 341 to 344 and function as a reflector, and are orthogonal to the excitation direction of the adjacent feed elements 341 to 344. This is a common element between adjacent beams that has two functions and can serve as a director. When power is supplied only to the feed element 341, excitation is performed in a direction parallel to the long side of the feed element 341, and the adjacent parasitic element 441 operates as a waveguide element. The parasitic element 441 has a side that is orthogonal to the excitation direction, which is shortened to ensure cross polarization characteristics. Further, since the parasitic element 445 is excited in a direction parallel to the long side direction having a longer electrical length than the feeder element 341, the parasitic element 446 operates as a reflector, and the parasitic element 446 has an electrical length shorter than the effective wavelength of resonance. Since it is excited in the short side direction, it operates as a director. Here, the parasitic elements 445 and 446 are terminated, and the termination point E is configured closer to one long side than the center of the element. This is a place where the potential does not change with time when excited in the direction of long electrical length, and changes with time when excited in the direction of short electrical length. That is, when operating as a reflector, no current flows through the termination terminal, and when operating as a director, current flows through the termination. In this case, a patch Yagi-Uda antenna having 445 as a reflector, 341 as a feeding element, 441 as a waveguide element, and 446 as a waveguide element with a termination is obtained. The Yagi-Uda antenna can be interpreted as a traveling wave type antenna, and it can be considered that the end of the waveguide is terminated by terminating the end of the waveguide element. Thereby, it is possible to suppress the backward traveling wave generated from the waveguide end, and to reduce the back lobe due to the backward wave. Similarly, even when power is supplied to the other elements 342 to 344, the same operation is performed, so this antenna operates as a multi-beam antenna having four beams. With this configuration, the reflector can be used as a waveguide element for other beams for different purposes, and the number of elements can be reduced and the size can be reduced, and the back lobe level can be reduced by the termination of the waveguide element. Is realized.
[0025]
FIG. 9 is a diagram showing the directivity pattern calculation result of the fourth embodiment of the present invention. In the multi-beam antenna according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 9A, the case where only one of the four feeding elements 341 to 344 is fed is analyzed, and the conical radiation pattern A is analyzed. The graph which calculated | required is shown in FIG.9 (c). Here, the conical surface radiation pattern is a radiation pattern observed in a conical surface having a constant θ in the figure, and the figure shows the result of analysis with θ = 60 °. Compared with the calculation result B of the third example of the conventional multi-beam antenna as shown in FIG. 9B, the back lobe is greatly reduced by the multi-beam antenna according to the fourth embodiment of the present invention. I understand that. This is because in the conventional method, there are feed elements of beams facing each other in the main beam direction. In the fourth embodiment of the present invention, there is no other feeding element in the main beam direction, and the reflector / waveguide element at the end of the main beam direction element array is terminated, so that the back lobe is greatly reduced. The level has been reduced. Here, the dielectric substrate dielectric constant is 9, and the substrate thickness is 0.0133λ. ₀ (Λ ₀ Is a wavelength in free space), and the gap between elements is 0.0033λ. ₀ The waveguide element length with respect to the feeding element was about 96%, and the reflector length was 114%.
[0026]
It should be noted that at least one of the feed patch antenna element or the non-feed patch antenna element may include a termination means or a short-circuit means.
[0027]
FIG. 5 is a diagram showing a fifth example of the embodiment of the present invention. In FIG. 5, the feeding patch antenna elements 331 to 333 according to the third embodiment of the present invention correspond to the feeding patch antenna elements 351 to 353, respectively, and similarly, the parasitic patch antenna elements 431 to 433 and 435 to 438 respectively. Corresponding to the parasitic patch antenna elements 451 to 453 and 455 to 458, the substantially same operation is performed. On the other hand, the element array between the parasitic patch antenna elements 455 and 458 is removed, and the number of beams is three. This configuration is used when it is assumed that one of the four beams is clearly unnecessary, such as when an antenna is attached to a wall or the like. In other words, this configuration realizes a three-beam multi-beam antenna in which the reflector can be used for different purposes as a waveguide element for other beams, and the antenna can be reduced in size by reducing the number of elements.
[0028]
In the second embodiment shown in FIG. 2 and the third embodiment shown in FIG. 3, a substantially square outline is formed by using a plurality of feed patch antenna elements and parasitic patch antenna elements. However, the present invention is not limited to this, and it may be arranged so as to form a polygonal contour line in which a part of the apex is a right angle.
[0029]
In addition, one or more element rows among the plurality of antenna element rows forming the polygonal outline are shapes in which all elements other than the elements constituting the element row or all the elements other than the shared elements are removed. Each remaining element row may intersect with at least one other element row, and may have a shared element between the intersecting element rows.
[0030]
As described above, according to the embodiment of the present invention, it is possible to provide a feeding point switching type multi-beam antenna having a small size and a simple configuration. In the prior art, in order to realize a feed point switching type multi-beam antenna, in general, an antenna is prepared and switched by the number corresponding to the number of beams. Therefore, the antenna size has been increased. In addition, in the technique of sharing some elements of the array antenna and reducing the size, it is necessary to switch termination conditions of other feeding points in order to reduce the influence on the pattern due to element sharing. Therefore, it is necessary to add a switch to the circuit while reducing the size, and the circuit becomes complicated or the circuit loss increases.
[0031]
The embodiment of the present invention includes three or more element rows each having a feed patch antenna element and one or more parasitic patch antenna elements on a straight line, and the straight lines of each element row do not overlap each other, and at least other The feeding patch antenna element or the parasitic patch antenna element that is shared by the intersecting element rows at the intersection and has a polygonal shape formed by a plurality of straight lines. Features. That is, a plurality of Yagi-Uda antennas can be configured with a relatively small number of elements by sharing a feeding element or a parasitic element between a plurality of element rows in which a feeding element and a parasitic element are arranged in a row. . As a result, if each Yagi-Uda antenna has different directivity characteristics, it is possible to realize a small-sized antenna having a beam corresponding to the number of element rows in one configuration. Further, since the element array is formed in a polygonal shape, elements can be configured on the same plane without sharing elements between the Yagi-Uda antennas in opposite directions. As a result, the influence of the feeding points of each other is reduced, so there is no need to switch the feeding point termination condition, and no switch is required in the feeding circuit, and the circuit is simplified. As a result, a feed point switching type multi-beam antenna that can be significantly reduced in size as compared with the case of preparing independent antennas corresponding to the number of beams is easily realized. This effect relates to the multi-beam antenna of FIG.
[0032]
Further, the embodiment of the present invention uses the multi-beam antenna of FIG. 2 or FIG. 3 to restrict the excitation direction by the element shape, thereby securing isolation between intersecting columns while sharing elements. I can do it. As a result, it is possible to prevent beam breakage and gain reduction due to current on other columns. Therefore, a feed point switching type multi-beam antenna with high isolation between the antenna element rows even if the parasitic elements are shared is realized.
[0033]
Further, according to the embodiment of the present invention, it is possible to suppress unnecessary radiation or change the pattern by using the fourth multi-beam antenna. Therefore, a feed point switching type multi-beam antenna that can improve the F / B ratio or increase the antenna gain without increasing the number of parasitic elements is realized.
[0034]
The embodiment of the present invention also uses the fifth multi-beam antenna to remove at least one element row from the loop array or remove the element row leaving a shared element when the required number of beams is small. Thus, it becomes possible to further increase the isolation between the element rows. Therefore, a feed point switching type multi-beam antenna having high isolation between beams is realized.
[0035]
As described above, in the embodiment of the present invention, the feed element of the patch Yagi-Uda antenna or the parasitic patch antenna element constituting the reflector or the director is shared, and the element array is configured in a loop shape. Thus, it is possible to realize a feeding point switching type multi-beam antenna having a small size and a simple configuration while ensuring isolation between beams.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a feeding point switching type multi-beam antenna having a small size and a simple configuration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration explanatory view showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a structural explanatory view showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a configuration of a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the configuration of a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a first example of a conventional multi-beam antenna.
FIG. 7 is a configuration explanatory diagram showing a second example of a conventional multi-beam antenna.
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a third example of a conventional multi-beam antenna.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing the operation of the fourth exemplary embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1,1 'dielectric substrate
2,2 'ground plate
311 to 313 Feed Patch Antenna Element
411-416 Parasitic patch antenna element

Claims

There are three or more element rows each having a feeding patch antenna element and one or more parasitic patch antenna elements on a straight line, and each element row intersects with at least two other element rows without overlapping each other. A multi-beam antenna comprising a feed patch antenna element or a parasitic patch antenna element shared between element rows intersecting each other, and a polygonal outline formed by a plurality of element rows.

At least one of the feed patch antenna elements is a rectangular patch antenna element, and the electric length in the orthogonal direction is equal to or shorter than the electric length in the excitation direction, and is a shared element of two orthogonal element rows. The multi-beam antenna according to claim 1.

At least one of the parasitic patch antenna elements is a rectangular patch antenna element, is adjacent to the feeding patch antenna element, and the electrical length in the same direction as the excitation direction of the adjacent feeding patch antenna element is greater than the electrical length of the feeding patch antenna element. The multi-beam antenna according to claim 1, wherein the multi-beam antenna is a shared element of a long and orthogonal two-element array.

4. The multi-beam antenna according to claim 1, wherein at least one of the feed patch antenna element and the parasitic patch antenna element includes a termination unit or a short-circuit unit. Beam antenna.

5. The multi-beam antenna according to claim 1, wherein at least one element row among a plurality of antenna element rows forming a polygonal outline includes all elements constituting the element row. Alternatively, all the elements other than the shared elements are removed, and each remaining element row intersects with at least one other element row, and has a shape having a shared element between the intersecting element rows. Multi-beam antenna.