JP3716919B2

JP3716919B2 - マルチビームアンテナ

Info

Publication number: JP3716919B2
Application number: JP2001312126A
Authority: JP
Inventors: 尚樹本間; 智弘関; 文夫吉良; 俊和堀
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2001-08-20
Filing date: 2001-10-10
Publication date: 2005-11-16
Anticipated expiration: 2021-10-10
Also published as: JP2003142919A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアレーアンテナにより実現される給電点切換型マルチビームアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
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り換えて指向性を変える方法が多く用いられる。
従来技術における、複数のアンテナを切り換えることによって指向性を制御する第一の例として、アレーアンテナを同一平面上に構成し、それらを放射状に並べてセクタアンテナを構成する（特開2001-36339号公報参照）。従来技術の第一の例の構造図を図１６に示す。セクタアンテナは円形の基板７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を放射状に配置して構成し、選択励振手段は複数のアレーアンテナのいずれか１つを選択してビーム方向が中心Ｏを向くように励振する。このアレーアンテナは半径方向に等間隔に配置された複数のアンテナ素子６１１〜６１３，６２１〜６２３，・・・から成り、個々のアレーアンテナは独立して動作する。しかし、セクタ毎にアレーアンテナを独立して構成させるため、セクタ数の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。
【０００３】
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セクタアンテナ（“Electronically Steerable Yagi-Uda Microstrip Patch Antenna Array”, IEEE Trans. Antennas Propagat, vol.46, pp605-608, 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長の小さい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１７に示す。基板７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により構成され、給電素子より電気長の小さい無給電素子６１１〜６１５,６２１〜６２５,・・・は導波器として機能し、中心には給電素子より電気長の大きい無給電素子８が４つの八木宇田アンテナ共通の反射器として配置されている。個々のパッチ八木宇田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ことによって、４方向にビームを切り換えることが可能となる。また、本構成は給電点が近接し、セクタ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８だけを４セクタで共用しており、アンテナ面積の大部分を占める導波器の共用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セクタ毎に独立して構成されるため、セクタ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。
【０００４】
従来技術の第三の例として立体的にアンテナ素子を配置したセクタを構成した例がある（特開平11-284433号公報参照）。その構造図を図１８に示す。基板７１０,７３０,７５０により構成される正三角柱の各側面にそれぞれアンテナ６１０,６３０,６５０が配置される。アンテナは正三角柱の側面に構成されているため、アンテナ方向は互いに１２０度ずつ異なる。同様に基板７２０，７４０，７６０により構成される正三角形の各側面にそれぞれアンテナ６２０，６４０，６６０が配置されており、以上述べた２つの三角柱を、三角柱の軸周りに６０度ずらして２つ重ねた構成をとる。
本構成によれば、軸方向に対して真横にビームを形成する必要がある場合、立体的にアンテナを構成することによってアンテナサイズを大幅に削減可能であり、アンテナサイズ小型化に有効な手段であるといえる。しかしその一方、基板を立体的に構成する必要があるため、平面基板にエッチングで一括に構成することができず、製造工程は複雑になるので高コスト化を招く。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の複数のアンテナを切り換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てアンテナサイズが増大する。従来技術の第一、第二の例で挙げた平面セクタアンテナは、平面基板上に一括でアンテナを構成できるというメリットがあるが、セクタ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。第三の例として挙げた方法は、アンテナサイズを縮小することが実現できるが、平面基板上に一括でアンテナを作成することはできないため、製造工程が幅雑となり、コスト上昇を招く。
本発明は、セクタ数が増加した場合でもアンテナサイズの大型化が避けられる、低コストなマルチビームアンテナを実現することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
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もビームの個数だけの独立した複数のアンテナを用いていた。本発明は、１素子の給電素子と該給電素子よりも電気長の小さな無給電素子からなるアンテナ素子列を２つ以上具備し、該アンテナ素子列は給電素子を始点とした半直線上に全ての無給電素子を有する素子列であって、該半直線全てが、他の何れかの半直線に完全に包含されること無く交差、もしくは重なるように配置され、全ての素子列は少なくとも１素子の無給電素子が他の素子列との間で共用であることを最も主要な特徴とする。本構成は、八木宇田アンテナにおいて大きな面積を占める導波器部分を他の八木宇田アンテナと共用化することにより大幅なアンテナサイズ縮小が実現可能であり、八木宇田アンテナにおいて元々素子数の少ない反射器を共用する従来手法よりアンテナ縮小効果が大きい。つまり、導波器共用により大幅なアンテナサイズ縮小を実現するという点で従来技術とは異なる。これによって、導波器を構成する無給電素子数を減らしアンテナ全体を小型化することが可能となる。従って、本発明によって給電点切換型マルチビームアンテナを小型化する効果が得られる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態であるマルチビームアンテナの第一の例を示し、図１（ａ）が側面図、図１（ｂ）が上面図であって、請求項１に係わる。図中、同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。３１１，３１２，３１３は給電素子であるダイポールアンテナであって、４１１は給電素子よりも電気長の小さい無給電素子であって全ての素子は励振方向が同方向となっている。すなわち、給電素子３１１,３１２,３１３を始点とした半直線上に無給電素子を有するアンテナ素子列を３つ具備し、無給電素子４１１が他の素子列との間で共用となるように半直線を交差させて配置する。給電素子３１１にのみ給電を行う場合、給電素子３１１と無給電素子４１１に注目すると、１素子の給電素子と１素子の導波器を持つ八木宇田アンテナとなるため、３１１から４１１の方向へ向かってビームが形成される。他の給電素子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、一つの構造で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。
【０００８】
図２は、本発明の実施の形態であるマルチビームアンテナの第二の例を示す図であって、請求項１に係わる。３１１と３１２は給電素子であるダイポールアンテナ、無給電素子群４１０を構成する４１１〜４１３の線状素子は給電素子よりも電気長が短く全て同じ長さの無給電素子であって、図における３１１と３１２とを結ぶ半直線上に等間隔で整列している。すなわち、給電素子３１１,３１２を始点とした半直線上に全ての無給電素子を有する素子列であって、半直線全てが他の何れかの半直線に完全に包含されることなく無給電素子４１１，４１２，４１３が他の素子列との間で重ねて配置されている。本構成の２点の給電素子３１１と３１２を切り換えることによって、２つのビームを生成する小型マルチビームアンテナが実現される。
【０００９】
図３は、本発明の実施の形態であるマルチビームアンテナの第二の例の動作原理を説明するための図であって、図中の同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。図３（ａ）の給電素子３１１にのみ給電を行う場合、無給電素子群４１０は３１１の導波器として働き右向きの八木宇田アンテナとして動作する。３１２の給電されていないダイポールアンテナは電流が流れる量が少ないためパターンに与える影響は少ないため、右向きにビームが形成される。図３（ｂ）の給電素子３１２にのみ給電を行う場合、無給電素子４１０は３１２の導波器として働き左向きの八木宇田アンテナとして動作する。３１１の給電されていないダイポールアンテナは電流が流れる量が少ないためパターンに与える影響が少ないため、左向きのビームが形成される。以上のように、このアレーアンテナ全体で最も素子数の多い導波器を共通化することによって、大幅なアンテナサイズ縮小を実現することが可能である。
【００１０】
図４は、本発明の実施の形態であるマルチビームアンテナの第三の例を示す図であって、請求項１に係わる。数字符号１は誘電体基板、２はグラウンド、３２１，３２２は給電素子であるパッチアンテナ、４２０は等しい形状の無給電パッチアンテナ素子により構成される無給電素子群であり、各素子は給電素子より電気長が小さい。３２１，３２２と４２０のパッチアンテナはグラウンド２を有する誘電体基板１上に構成されており、両端に給電素子３２１，３２２を配し、直線状に等間隔で整列している。給電素子の一方の３２１のみより給電を行った場合、本アンテナは３２１を給電素子、４２０を導波器としたパッチ八木宇田アンテナとして動作し、給電素子と反対側に主ビームを形成する。給電素子３２２のみより給電をを行った場合も同様に、３２２を給電素子、４２０を導波器としたパッチ八木宇田アンテナとして動作するため、３２２の給電素子と反対側に主ビームを形成する。よって、二つの給電素子の間にある導波器４２０を共用することができるので、給電点を切り換えることによって、一つの構造で等価的に二つの八木宇田アンテナを実現することができる。これによって、大きな面積を占める導波器を二つの八木宇田アンテナの間で共用化したことによりアンテナサイズの大幅な小型化が図られた２ビームのマルチビームアンテナが実現される。
【００１１】
図５は、本発明の実施の形態であるマルチビームアンテナの第四の例を示す図であって、請求項２に係わる。図中、同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。３２１，３２２はパッチアンテナにより構成された給電素子であって、４３０−１，４３０−２はパッチアンテナにより構成された長方形をした無給電素子群、４４１は正方形をしたパッチアンテナの無給電素子である。本実施例は、３２１の給電素子と、３２１から連なる４３０−１と４４１の１列の無給電素子群より成るパッチ八木宇田アンテナと、それとアンテナアレー方向が直交する３２２の給電素子と、３２２の給電素子から連なる４３０−２と４４１より成る１列の無給電素子群から構成されるパッチ八木宇田アンテナを同一平面に有する構成を実現している。給電素子３２１のみから給電を行う場合、無給電素子群のうち給電素子３２１から連なる１列の無給電素子群だけに電流が流れる。そのため、３２１を給電素子、給電素子３２１から連なる１列の無給電素子群４３０−１と無給電素子４４１を導波器とした八木宇田アンテナとして動作する。逆に、給電素子３２２のみから給電を行う場合、３２２を給電素子、給電素子３２２から連なる１列の無給電素子群４３０−２と無給電素子４４１を導波器とした八木宇田アンテナとして動作する。ここで、４３０の無給電素子を励振方向である列方向に長い長方形状とすることによって、直交する列間の相互結合量を下げることが可能となる。これによって、一方の列の給電素子を励振した場合、直交する列に流れる予期しない電流からの不要放射に起因するアンテナ利得の低下を防ぐことができる。つまり、本構成によってパッチアンテナを採用し、１つの構造によって２つのビームを持ち、予期しない素子に電流が乗ることを防ぐことによりアンテナ利得低下が抑制可能で、大幅な小型化が図られたマルチビームアンテナが実現される。
【００１２】
図６は、本発明の実施の形態であるマルチビームアンテナの第五の例を示す図であって、請求項２に係わる。図中、同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。４３０の十字状の無給電素子列の各末端に一つずつ３２１〜３２４のパッチアンテナにより構成された給電素子が配置されている。給電素子の３２１のみより給電を行った場合、無給電素子群のうち給電素子３２１から連なる１列の無給電素子群だけに電流が流れる。そのため、給電素子３２１から連なる無給電素子列４３０−１と無給電素子４４１を導波器とした八木宇田アンテナとして動作し、３２１の給電素子と反対側に主ビームを形成する。他の給電素子３２２〜３２４の場合も同様な動作をするため、本アンテナは４ビームを持つ小型セクタアンテナとして動作する。特に本構成は全ての無給電素子が２つ以上の素子列の間で共用化されているため、従来の１つの給電素子ごとに個別に導波器を用意していた八木宇田アンテナ構成のセクタアンテナと比較すると、大幅にアンテナサイズの縮小が可能である。また、ここで４３０−１，４３０−２の無給電素子を励振方向である列方向に長い長方形状とすることによって、直交する列間の相互結合量を下げることが可能となる。これによって、一方の列の給電素子を励振した場合、直交する列に流れる予期しない電流から不要放射に起因するアンテナ利得の低下を防ぐことができる。つまり、本構成によってパッチアンテナを採用し、１つの構造によって４つのビームを持ち、予期しない素子に電流が乗ることを防ぐことによりアンテナ利得低下が抑制可能で、大幅な小型化が図られたマルチビームアンテナが実現される。
【００１３】
図７（ｂ）は図７（ａ）のマルチビームアンテナ構造（図６に示す第五の実施例の構造）におけるビーム形状を計算したものであり、θ＝６０°の場合の電界成分Ｅ(θ)の円錐面パターンをシミュレーションにより求めた結果である。＃１のパターンは給電素子３２１にだけ給電を行った場合のパターン、同様に＃２,＃３,＃４のパターンはそれぞれ給電素子３２２，３２３，３２４にだけ給電を行なった場合のパターンである。サイドローブ、Ｆ／Ｂ比とも良好な特性が得られることから、給電の切換えによってパターンの切換えが可能であることが分かり、本構成の有効性が確認できる。
【００１４】
図８は、本発明の実施の形態であるマルチビームアンテナの第六の例を示す図であって、請求項２に係わる。図中、同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。図の構成は第五の例で示したマルチビームアンテナの中央の導波器４４１をモノポールアンテナ４４２に交換したものである。第五の例と同様な動作をするものの、共用素子をモノポールアンテナとしたことによって、共用素子の小型化を実現する。全素子をモノポールアンテナとせず、共用素子だけモノポールアンテナにすることによって共用素子のスペースを縮小することができる。また他の無給電素子が長方形型をしているため、前述と同様の理由で列間の相互結合量が抑制されている。以上のように、より小型化が可能な異なるアンテナ素子の混在するマルチビームアンテナが実現される。
【００１５】
図９は、本発明の実施の形態であるマルチビームアンテナの第七の例を示す図であって、請求項２に係わる。図中、同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。図の構成は４３０の無給電素子群を構成する長方形パッチの無給電素子列３つを同一平面上で互いに６０°の角度で交差させ、中央に４４３の六角形無給電素子を配し、４３０を構成する無給電素子列の各両端に３２１〜３２６の給電素子を構成したものである。給電素子３２１のみより給電を行った場合、３２１を給電素子、３２１から連なる４３０の１列の無給電素子列と４４３の素子を導波器としたパッチ八木宇田アンテナとして動作する。それによって、３２１の給電素子と反対側に主ビームを形成する。他の給電素子３２２〜３２６の場合も同様な動作をするため、本アンテナは６ビームを持つ小型セクタアンテナとして動作する。ここで４３０の無給電素子を励振方向である列方向に長い長方形状とすることによって、前述と同様に、直交する列間の相互結合量を下げることが可能となる。これによって、一つの列の給電素子をを励振した場合、交わる列に流れる予期しない電流からの不要放射に起因するアンテナ利得の低下を防ぐことができるため、６つのアンテナの導波器を一体化しても一つ一つが八木宇田アンテナとして良好に動作することができる。つまり、本構成によって、直交または正対する素子列に限らず６０°の角度で交わる素子列間で無給電素子を共用することにより６つのビームを持ち、予期しない素子に電流が乗ることを防ぐことによりアンテナ利得低下が抑制可能で、大幅な小型化が図られたマルチビームアンテナが実現される。
【００１６】
図１０は、本発明の実施の形態であるマルチビームアンテナの第八の例を示す図であって、請求項２に係わる。図中、同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。４５０の無給電素子群は４３５〜４３７,・・・の長方形パッチと４４４、４４５，・・・の正方形パッチにより構成され、給電素子群３１１と３１３を両端に持つ２つの素子列と、給電素子群３１２と３１４を両端に持つ二つの素子列を形成する。３１１の２素子を同時に、等位相等振幅で励振することによって、３１１の２素子から続く並行する２列が同時に励振されるため、第五の例と同一アンテナサイズで利得向上を実現する。３１２，３１３，３１４それぞれの一対の給電素子も同様に給電を行う。それによって、１列の長さを増やさずに利得向上が可能となるため、高い利得が要求される場合でもアンテナサイズの増大を低減し、４ビームを切換可能なマルチビームアンテナが実現される。
【００１７】
図１１は、本発明の実施の形態であるマルチビームアンテナの第九の例を示す図であって、請求項１に係わる。図中、同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。図の構成は第三の例で示された２ビームを有するマルチビームアンテナの中央の無給電素子を、４４６の可変リアクタンス付きの素子に変えたものである。すなわち、４４６の無給電素子のリアクタンス成分を変えることによって、４３０の無給電素子群（導波器群）の電流分布を変えることが可能となり、それによって放射パターン及びアンテナ利得を変えることができる。それによって、２ビームの切換えが可能でかつパターン・利得を制御可能な、マルチビームアンテナが実現される。
【００１８】
図１２は、本発明の実施の形態であるマルチビームアンテナの第十の例を示す図であって、請求項４に係わる。図中、同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。図の構成は第四の例で示された４ビームを有するマルチビームアンテナの給電素子の導波器と反対側に、給電素子よりも電気長が大きな無給電素子（反射器）４３９を取り付けたものである。これによって、Ｆ／Ｂ比を改善すると共に、前方への利得を高めることができる。よって、４ビームの切換えが可能で、反射器による利得向上を図ったマルチビームアンテナが実現される。この例において、ビームの前方に配置した反射器は、ビームは誘電体基板１から離れる方向に打ち上げられ、給電素子から離れた位置に配置されていることからアンテナ利得の低下の影響は少ない。
【００１９】
図１３は本発明の実施の形態であるマルチビームアンテナの第十一の例を示す図であって、請求項３に係わる。５は円形の導体平板であって、５に４６０のスロットアンテナの無給電素子群が構成され、４６０の無給電素子群を構成する素子列３つを同一平面上に互いに６０°の角度で交差させ、中央に４４７の円形スロットアンテナである無給電素子を配し、４６０を構成する無給電素子列の各両端に３３１〜３３６の給電スロットアンテナ素子を構成したものである。４４７を除いて、列ごとに励振方向は全て統一されている。給電素子の３３１のみより給電を行った場合、３３１を給電素子、３３１から連なる４６０の１列の無給電素子列と４４７の無給電素子を導波器としたスロット八木宇田アンテナとして動作する。それによって、３３１の給電素子と反対側に主ビームを形成する。他の給電素子３３２〜３３６の場合も同様な動作をするため、本アンテナは６ビームを持つ小型セクタアンテナとして動作する。ここで４４７の無給電素子を励振方向の自由度の高い円形スロットとすることによって素子列を中心で分断することなく６０°の角度で交わる素子列を共存させることが可能となる。また、４６０を構成する無給電素子は方形スロットアンテナ素子であり励振方向が限られるため、一つの列の給電素子を励振したものである場合、交わる列に予期しない電流が流れにくいため、６つのアンテナの導波器を一体化しても一つ一つがスロット八木宇田アンテナとして良好に動作することができる。また、全ての無給電素子は２列以上の八木宇田アンテナに共用されているために多数の無給電素子数が削減されており、大幅なアンテナサイズ小型化が図られている。つまり、本構成によって、６０°の角度で交わる素子列間で無給電素子を共用することにより６つのビームを持ち、大幅な小型化が図られたマルチビームアンテナが実現される。
【００２０】
図１４は本発明の実施の形態の第十二の例を示す図であって請求項５に係わる。図中、同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。
図の構成は第三の例で示された２ビームを有するマルチビームアンテナの両方の給電素子を３５１−３５２の給電／終端切換え可能で可変終端インピーダンスＺ_L付きの素子に換えたものである。給電素子の給電端子にスイッチＳＷが接続され、給電端子を▲１▼給電、▲２▼開放、▲３▼短絡、▲４▼終端の何れかの状態に切換えが可能となっている。本アンテナは進行波アンテナであるため、３５１の給電点にのみ給電した場合、導波器（無給電素子群）４２０を伝送路として考えることができるので、導波器を伝わって給電点から導波器の方向にビームを形成する。しかし対向する給電素子３５２により不連続がもたらされるので、そこで反射が生じるため、導波器４２０から給電素子３５１の方向に逆に伝わる電磁波が生じる。そこでもう一方の終端条件可変素子インピーダンスＺ_Lの制御により反射する電磁波のレベルを変えることができる。それによってアンテナの電流分布を大きく変える事が可能となるため、終端インピーダンスの制御によって、大きくビーム形状を変えることができる。逆に３５２の素子を給電、３５１を終端とすると逆向きにビームを形成する。それによって、ビーム形状の切換が可能なマルチビームアンテナが実現される。
【００２１】
図１５は本発明の実施の形態の第十三の例を示す図であって、請求項５に係わる。図中、同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。
図の構成は第七の実施例の給電素子全てを、終端と給電を切換可能な給電素子３５１〜３５６に換えたものである。給電素子の３５１のみより給電を行った場合、３５１を給電素子、３５１から連なる４３０の一列の無給電素子列と４４３の素子を導波器としたパッチ八木宇田アンテナとして動作し、それによって、３５１の給電素子と反対側に主ビームを形成する。しかし、対向する給電素子３５４からの反射によってＦ／Ｂ比が低下する。また交差する素子列にも電流が流れ、放射を生じるためビームパターンが乱れる。その場合、３５２〜３５６の終端インピーダンスを換えることによってビームパターンへの悪影響を低減したり、アンテナ全体の電流分布を変えて利得を向上させることが可能である。給電点を３２２〜３２６に変えた場合も同様に制御が可能である。すなわち、本構成によって、複数の交わる素子列間で無給電素子を共有し、給電素子の終端条件を変える事が可能な構成とすることにより不要放射が抑えられ、大幅な小型化が図られた６つのビームを持つマルチビームアンテナが実現される。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、ビーム数の増加によるアンテナサイズの増大が小さく小型で簡易構成の、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給電点を切換える方法がとられ、小型化の手法として複数のアレーアンテナのうち一部の素子の共用化が図られていたが、アンテナを構成する大部分の素子は共用化されなかったため、ビーム数増加や所要利得増加によるアンテナサイズの大型化が避けられなかった。
【００２３】
請求項１の発明によれば、１素子の給電素子と該給電素子よりも電気長の小さい無給電素子からなるアンテナ素子列を２つ以上具備し、該アンテナ素子列は給電素子を始点とした半直線上に全ての無給電素子を有するアンテナ素子列であって、該半直線全てが、他の何れかの半直線に完全に包含されることなく交差、あるいは重なるように配置され、全ての素子列は少なくとも１素子の無給電素子が他の素子列との間で共用することを最も主要な特徴とする。すなわち、給電素子を始点とし、給電素子より電気長の小さな無給電素子を列状に配置し、複数の素子列の間で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ことができる。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。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、給電点切換型マルチビームアンテナが実現される。
【００２４】
請求項２又は３の発明によれば、アンテナ素子列の交点にある共用の素子については励振方向に自由度を与え、給電素子と素子列の交点にない無給電素子の一部か全ての素子について、素子形状または素子種類によって励振方向を制限することによって、交差する列の間でアイソレーションを高めることができる。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、無給電素子を共用してもアンテナ素子列間のアイソレーションの高い、給電点切換型マルチビームアンテナが実現される。
【００２５】
請求項４の発明によれば、給電素子よりも電気長の大きな無給電素子を具備することにより、該無給電素子を給電素子の導波器と反対側に隣接することによって、アンテナ利得を向上させることが可能となる。従って、同じ利得を達成するために必要な導波器数が減るため、より小型な給電点切換型マルチビームアンテナが実現される。
【００２６】
請求項５の発明によれば、給電素子のうち何れかが終端手段を具備することにより、不要放射を抑制もしくはパターンを変化させる事が可能となる。したがって、導波素子数を増やさず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マルチビームアンテナが実現される。
【００２７】
以上説明したように、本発明は八木宇田アンテナの大部分を占める導波器を共用化することによって、ビーム数の増加によるアンテナサイズの増大が小さく小型で簡易構成の、給電点切換型マルチビームアンテナを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態におけるマルチビームアンテナの構成図。
【図２】本発明の第二の実施形態におけるマルチビームアンテナの構成図。
【図３】本発明の第二の実施形態におけるマルチビームアンテナの動作原理を説明するための図。
【図４】本発明の第三の実施形態におけるマルチビームアンテナの構成図。
【図５】本発明の第四の実施形態におけるマルチビームアンテナの構成図。
【図６】本発明の第五の実施形態におけるマルチビームアンテナの構成図。
【図７】本発明の第五の実施形態におけるマルチビームアンテナの指向性パターンを説明するための図。
【図８】本発明の第六の実施形態におけるマルチビームアンテナの構成図。
【図９】本発明の第七の実施形態におけるマルチビームアンテナの構成図。
【図１０】本発明の第八の実施形態におけるマルチビームアンテナの構成図。
【図１１】本発明の第九の実施形態におけるマルチビームアンテナの構成図。
【図１２】本発明の第十の実施形態におけるマルチビームアンテナの構成図。
【図１３】本発明の第十一の実施形態におけるマルチビームアンテナの構成図。
【図１４】本発明の第十二の実施形態におけるマルチビームアンテナの構成図。
【図１５】本発明の第十三の実施形態におけるマルチビームアンテナの構成図。
【図１６】従来のセクタアンテナの第一の例を示す構成図。
【図１７】従来のセクタアンテナの第二の例を示す構成図。
【図１８】従来のセクタアンテナの第三の例を示す構成図。
【符号の説明】
１・・・誘電体基板、２・・・グランド、３１１〜３１３，３２１〜３２６，３３１〜３３６・・・給電素子、３５１〜３５６・・・終端／給電切換式可変終端インピーダンス付き素子、４１１〜４１３,４３５〜４３７,４３９,４４１〜４４７・・・無給電素子、４１０，４２０，４３０，４６０・・・無給電素子群、５・・・導体平板

Claims

少なくとも１素子の給電素子と、Ｎ素子（Ｎ：自然数）の該給電素子よりも電気長の小さな無給電素子からなるアンテナ素子列を２つ以上具備し、該アンテナ素子列は給電素子を始点とした半直線上に全ての無給電素子を有する素子列であって、該半直線全てが、他の何れかの半直線に完全に包含されること無く交差、もしくは重なるように配置され、全ての素子列は少なくとも１素子の無給電素子が他の素子列との間で共用することを特徴とするマルチビームアンテナ。
請求項１に記載のマルチビームアンテナにおいて、
前記給電素子と前記無給電素子の全てがパッチアンテナであって、給電素子または無給電素子のうち一部か全ての素子において、素子の属する前記素子列の励振方向と直交する方向の素子幅が、励振方向の素子幅よりも短いアンテナ素子であることを特徴とするマルチビームアンテナ。
請求項１に記載の特徴とするマルチビームアンテナにおいて、
前記給電素子と前記無給電素子の全てがスロットアンテナであって、前記アンテナ素子列が交差する点にある共用する無給電素子が円形スロットまたはクロススロットアンテナであることを特徴とするマルチビームアンテナ。
請求項１乃至３の何れか１項に記載のマルチビームアンテナにおいて、
前記アンテナ素子列が給電素子よりも電気長の小さな無給電素子に加えて給電素子よりも電気長の大きな無給電素子を有し、電気長の大きな無給電素子は給電素子から見て電気長の小さな無給電素子の反対側に配置されるアンテナ素子列であることを特徴とするマルチビームアンテナ。
請求項１乃至４の何れか１項に記載のマルチビームアンテナにおいて、
前記給電素子のうち何れかまたは全ての給電素子が、給電端子に接続・解放可能な終端手段を具備することを特徴とするマルチビームアンテナ。