JP3830411B2 - アレーアンテナ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種通信用基地局アンテナとして用いられるアレーアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種通信用基地局アンテナとして、多数のアレーアンテナが実用化されており、その用途によって、高利得化を図ったもの、ビームチルトするもの、他のアンテナへの干渉を回避するべく低サイドローブ化したものなどが代表的な例として挙げられる。
【０００３】
図５（ａ）は、複数、例えば１２のアンテナ素子を直線状に配列したアレーアンテナの基本的な給電線路の接続構成を示すものである。同図で、♯０がアレーアンテナ全体に対する給電点であり、この給電点♯０から３分配器１１により均等に３分配された各線路は、２分配器１２ａ〜１２ｃによりそれぞれ均等に２分配される。
【０００４】
しかるに、２分配器１２ａで２分配された一方の線路がさらに２分配器１２ｄにより均等に２分配されて給電点♯１及び♯２に接続され、他方の線路もさらに２分配器１２ｅにより均等に２分配されて給電点♯３及び♯４に接続される。
【０００５】
同様に、上記２分配器１２ｂで２分配された一方の線路がさらに２分配器１２ｆにより均等に２分配されて給電点♯５及び♯６に接続され、他方の線路もさらに２分配器１２ｇにより均等に２分配されて給電点♯７及び♯８に接続される。
【０００６】
同じく、上記２分配器１２ｃで２分配された一方の線路がさらに２分配器１２ｈにより均等に２分配されて給電点♯９及び♯１０に接続され、他方の線路もさらに２分配器１２ｉにより均等に２分配されて給電点♯１１及び♯１２に接続される。
【０００７】
しかして、各給電点♯１〜♯１２がその数値の順序で直線状に等間隔に配置され、ここでは図示しない１２個の各アンテナ素子がそれぞれ同一方向に向けて接続される。
【０００８】
この図５（ａ）では、接続関係を説明しているだけなので示していないが、実際の配線パターンにおいては、アレーアンテナとしての給電点♯０から各アンテナ素子への給電点♯１〜♯１２までの線路長はいずれも等しく設計されており、したがって全アンテナ素子を同位相、且つ同振幅で励振駆動することができる。
【０００９】
図５（ｂ）は、同図（ａ）で示した給電線路を有する１２素子アレーアンテナのビームパターンを例示するもので、指向性が必要とされるアレーアンテナとしては、サイドローブが−１３［ｄＢ］程度出ており、実用には供さない特性となっている。
【００１０】
図６（ａ）は、上記図５（ａ）で説明した構成の給電線路と同様の接続関係としながらも、それぞれ外側の各３素子ずつに対応させて、２分配器１２ｄと給電点♯１，♯２との間、２分配器１２ｅと給電点♯３との間、２分配器１２ｈと給電点♯１０との間、及び２分配器１２ｉと給電点♯１１，♯１２との間にアッテネータＡＴＴを配設して、上記サイドローブを低下させる給電線路の構成を例示している。
【００１１】
ここでは、直線状に配置されたアンテナ素子の両端側に位置する給電点♯１，♯２，♯１１，♯１２に対応するアッテネータＡＴＴにより振幅をそれぞれ−６［ｄＢ］分低下させ、その内側の給電点♯３，♯１０に対応するアッテネータＡＴＴにより振幅をそれぞれ−３［ｄＢ］分低下させるものとしている。
【００１２】
このように、全アンテナ素子へ同位相で給電するものとしながら、アッテネータＡＴＴを用いて特にアレーアンテナの外側に位置しているアンテナ素子ほどその振幅値が小さくなるように減衰を与えることで、図６（ｂ）にそのビームパターンを例示するようにサイドローブのレベルを−２０［ｄＢ］程度まで低下させることができる。
【００１３】
しかしながら、アッテネータＡＴＴ等の抵抗体でエネルギーが消費されてしまうため、特に給電点♯１〜♯３，♯１０〜♯１２に接続される各アンテナ素子に給電されるエネルギー量が減少し、アレーアンテナ全体として利得が低下してしまうという不具合がある。
【００１４】
また、上記図５（ａ）、図６（ａ）では３分配器１１や２分配器１２ａ〜１２ｉなどの等分配器を用いて給電線路を構成し、全アンテナ素子に同位相で給電する例を示したが、不等分配器を用いて外側に位置するアンテナ素子の振幅を小さくする方法や、あるいはアンテナ素子毎に位相差を設けた給電を行なう方法によってもサイドローブのレベルを低下させることは実現し得る。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した、不等分配器を用いて外側に位置するアンテナ素子の振幅を小さくする方法や、アンテナ素子毎に位相差を設けた給電を行なう方法は、いずれもサイドローブを低減させるのに充分有効な方法であるものの、その不等分配率や位相差の設定を行なうためには複雑で綿密な計算を必要とするため、容易に設計し得るものではなかった。
【００１６】
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、設計のための複雑な演算等を必要とせずに、高いアンテナ利得で且つサイドローブを充分に低減した、指向性に優れたアレーアンテナ装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、直線状に配列された複数のアンテナ素子と、複数の等分配器のみを組合わせて形成した、上記複数のアンテナ素子それぞれに同位相で且つ外側に位置するアンテナ素子ほど振幅が小さくなるように給電する給電線路とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
請求項２記載の発明は、直線状に配列された複数のアンテナ素子と、複数の等分配器のみを組合わせて形成した、上記複数のアンテナ素子それぞれに同位相で且つ外側に位置するアンテナ素子ほど多くの上記等分配器を介在させることで振幅が小さくなるように給電する給電線路とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
上記請求項１及び請求項２記載の構成とすれば、等分配器の組合せのみにより、同位相で且つ外側に位置するアンテナ素子ほど振幅が小さくなるように給電するため、給電線路の設計のための複雑な演算等を必要とせずに、高いアンテナ利得で且つサイドローブを充分に低減した、指向性に優れたアレーアンテナ装置を実現できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下本発明を１２のアンテナ素子を直線状に配列したアレーアンテナに適用した第１の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
図１（ａ）は、その給電線路の接続構成を示すものである。同図で、♯０がアレーアンテナ全体に対する給電点であり、この給電点♯０から２分配器２１ａにより均等に２分配された各線路は、さらに２分配器２１ｂ，２１ｃによりそれぞれ均等に２分配される。
【００２２】
しかるに、２分配器２１ｂで２分配された一方の線路がさらに２分配器２１ｄにより均等に２分配され、他方の線路もさらに２分配器２１ｅにより均等に２分配されて給電点♯５及び♯６に接続される。
【００２３】
上記２分配器２１ｄで２分配された一方の線路がさらに２分配器２１ｈにより均等に２分配され、他方の線路は直接給電点♯４に接続される。そして、上記２分配器２１ｈで２分配された一方の線路がさらに２分配器２１ｊにより均等に２分配されて給電点♯１及び♯２に接続され、他方の線路は直接給電点♯３に接続される。
【００２４】
また、上記２分配器２１ｃで２分配された一方の線路がさらに２分配器２１ｆにより均等に２分配されて給電点♯７及び♯８に接続され、他方の線路もさらに２分配器２１ｇにより均等に２分配される。
【００２５】
上記２分配器２１ｇで２分配された一方の線路が直接給電点♯９に接続され、他方の線路がさらに２分配器２１ｉにより均等に２分配される。そして、上記２分配器２１ｉで２分配された一方の線路が直接給電点♯１０に接続され、他方の線路がさらに２分配器２１ｋにより均等に２分配されて給電点♯１１及び♯１２に接続される。
【００２６】
しかして、各給電点♯１〜♯１２がその数値の順序で直線状に等間隔に配置され、ここでは図示しない１２個の各アンテナ素子がそれぞれ同一方向に向けて接続される。
【００２７】
なお、この図１（ａ）では接続関係を説明しているだけなので示していないが、実際の配線パターンにおいては、アレーアンテナとしての給電点♯０から各アンテナ素子への給電点♯１〜♯１２までの線路長はいずれも等しく設計されており、したがって全アンテナ素子を同位相で励振駆動ができる。
【００２８】
また、２分配器を１段多く介在することで給電に対するアンテナ素子の振幅差は−３［ｄＢ］となるため、図１（ａ）中の各給電点♯１〜♯１２に対応する振幅差を図中に示すように、外側に位置するアンテナ素子ほど多くの上記２分配器を介在することで、それぞれの振幅が小さくなるように構成している。
【００２９】
図１（ｂ）は、同図（ａ）で示した給電線路を有する１２素子アレーアンテナのビームパターンを例示するもので、指向性が必要とされるアレーアンテナとしては、サイドローブレベルが−２０［ｄＢ］より大きく下がっており、充分実用に供することができる特性となっている。
【００３０】
また、各給電点♯１〜♯１２に接続されたアンテナ素子に給電されるエネルギーの損失は、各２分配器２１ａ〜２１ｋで発生する伝送ロスのみであり、アレーアンテナ全体としてもアンテナ利得の低下を最小限に抑えることができる。
【００３１】
図２は、上記図１（１）で説明した給電線路の具体的なパターン構成を例示するものである。同図で、長板状のアンテナ基板３１の裏面に給電線路３２が図示する如くパターン形成される。図中、各給電点♯１〜♯１２近傍の記号「＋」で示している位置が対応するアンテナ素子の取付け中心位置３３，３３，‥‥であり、対応する給電点位置との関係により、全アンテナ素子が同一方向に向けて配設されていることがわかる。
【００３２】
また、給電線路３２上の屈曲形成されたパターン部分３４，３４，‥‥は、アレーアンテナとしての給電点♯０から各アンテナ素子への給電点♯１〜♯１２までの線路長を同一にするための線路長調整部である。
【００３３】
このように、２分配器２１ａ〜２１ｋの組合せのみによって、同位相で且つ外側に位置するアンテナ素子ほど振幅が小さくなるように給電するため、給電線路の設計のための複雑な演算等を必要とせずに、高いアンテナ利得で且つサイドローブを充分に低減できる。
【００３４】
（第２の実施の形態）
以下本発明を１２のアンテナ素子を直線状に配列したアレーアンテナに適用した第２の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３５】
図３（ａ）は、その給電線路の接続構成を示すものである。同図で、♯０がアレーアンテナ全体に対する給電点であり、この給電点♯０から３分配器４１により均等に３分配された各線路は、さらに２分配器４２ａ〜４２ｃによりそれぞれ均等に２分配される。
【００３６】
しかるに、２分配器４２ａで２分配された一方の線路がさらに２分配器４２ｄにより均等に２分配され、他方の線路は直接給電点♯５に接続される。
【００３７】
上記２分配器４２ｄで２分配された一方の線路がさらに２分配器４２ｆにより均等に２分配され、他方の線路は直接給電点♯４に接続される。そして、上記２分配器４２ｆで２分配された一方の線路がさらに２分配器４２ｈにより均等に２分配されて給電点♯１及び♯２に接続され、他方の線路は直接給電点♯３に接続される。
【００３８】
また、上記２分配器４２ｂで２分配された線路がそれぞれ給電点♯６及び♯７に接続される。
【００３９】
さらに、上記２分配器４２ｃで２分配された一方の線路が直接給電点♯８に接続され、他方の線路がさらに２分配器４２ｅにより均等に２分配される。上記２分配器４２ｅで２分配された一方の線路が直接給電点♯９に接続され、他方の線路がさらに２分配器４２ｇにより均等に２分配される。
【００４０】
そして、上記２分配器４２ｇで２分配された一方の線路が直接給電点♯１０に接続され、他方の線路がさらに２分配器４２ｉにより均等に２分配されて給電点♯１１及び♯１２に接続される。
【００４１】
しかして、各給電点♯１〜♯１２がその数値の順序で直線状に等間隔に配置され、ここでは図示しない１２個の各アンテナ素子がそれぞれ同一方向に向けて接続される。
【００４２】
なお、この図３（ａ）では接続関係を説明しているだけなので示していないが、特に３分配器４１と２分配器４２ｂの間の線路を屈曲形成して示すように、実際の配線パターンにおいては、アレーアンテナとしての給電点♯０から各アンテナ素子への給電点♯１〜♯１２までの線路長はいずれも等しく設計されており、したがって全アンテナ素子を同位相で励振駆動ができる。
【００４３】
また、２分配器を１段多く介在することで給電に対するアンテナ素子の振幅差は−３［ｄＢ］となるため、図３（ａ）中の各給電点♯１〜♯１２に対応する振幅差を図中に示すように、給電点♯０から３分配器４１により均等に３分配された後、外側に位置するアンテナ素子ほど多くの上記２分配器を介在することで、それぞれの振幅が小さくなるように構成している。
【００４４】
図３（ｂ）は、同図（ａ）で示した給電線路を有する１２素子アレーアンテナのビームパターンを例示するもので、指向性が必要とされるアレーアンテナとしては、サイドローブレベルが−２０［ｄＢ］より大きく下がっており、充分実用に供することができる特性となっている。
【００４５】
また、各給電点♯１〜♯１２に接続されたアンテナ素子に給電されるエネルギーの損失は、３分配器４１と各２分配器４２ａ〜４２ｉとで発生する伝送ロスのみであり、アレーアンテナ全体としてもアンテナ利得の低下を最小限に抑えることができる。
【００４６】
（第３の実施の形態）
以下本発明を２０のアンテナ素子を直線状に配列したアレーアンテナに適用した第３の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００４７】
図４（ａ）は、その給電線路の接続構成を示すものである。同図で、♯０がアレーアンテナ全体に対する給電点であり、この給電点♯０から３分配器５１により均等に３分配された各線路は、さらに２分配器５２ａ〜５２ｃによりそれぞれ均等に２分配される。
【００４８】
しかるに、２分配器５２ａで２分配された一方の線路がさらに２分配器５２ｄにより均等に２分配され、他方の線路は２分配器５２ｅにより均等に２分配されて給電点♯７及び♯８に接続される。
【００４９】
上記２分配器５２ｄで２分配された一方の線路がさらに２分配器５２ｊにより均等に２分配され、他方の線路は直接給電点♯６に接続される。上記２分配器５２ｊで２分配された一方の線路がさらに２分配器５２ｌにより均等に２分配され、他方の線路は直接給電点♯５に接続される。
【００５０】
上記２分配器５２ｌで２分配された一方の線路がさらに２分配器５２ｎにより均等に２分配され、他方の線路は直接給電点♯４に接続される。そして、上記２分配器５２ｎで２分配された一方の線路がさらに２分配器５２ｐにより均等に２分配されて給電点♯１及び♯２に接続され、他方の線路は直接給電点♯３に接続される。
【００５１】
また、上記２分配器５２ｂで２分配された一方の線路がさらに２分配器５２ｆにより均等に２分配されて給電点♯９及び♯１０に接続され、他方の線路はさらに２分配器５２ｇにより均等に２分配されて給電点♯１１及び♯１２に接続される。
【００５２】
さらに、上記２分配器５２ｃで２分配された一方の線路がさらに２分配器５２ｈにより均等に２分配されて給電点♯１３及び♯１４に接続され、他方の線路がさらに２分配器５２ｉにより均等に２分配される。上記２分配器５２ｉで２分配された一方の線路が直接給電点♯１５に接続され、他方の線路がさらに２分配器５２ｋにより均等に２分配される。
【００５３】
また、上記２分配器５２ｋで２分配された一方の線路が直接給電点♯１６に接続され、他方の線路がさらに２分配器５２ｍにより均等に２分配される。上記２分配器５２ｍで２分配された一方の線路が直接給電点♯１７に接続され、他方の線路がさらに２分配器５２ｏにより均等に２分配される。
【００５４】
そして、上記２分配器５２ｏで２分配された一方の線路が直接給電点♯１８に接続され、他方の線路がさらに２分配器５２ｑにより均等に２分配されて給電点♯１９及び♯２０に接続される。
【００５５】
しかして、各給電点♯１〜♯２０がその数値の順序で直線状に等間隔に配置され、ここでは図示しない２０個の各アンテナ素子がそれぞれ同一方向に向けて接続される。
【００５６】
なお、この図４（ａ）では接続関係を説明しているだけなので示していないが、特に３分配器５１と２分配器５２ｂの間の線路を屈曲形成して示すように、実際の配線パターンにおいては、アレーアンテナとしての給電点♯０から各アンテナ素子への給電点♯１〜♯２０までの線路長はいずれも等しく設計されており、したがって全アンテナ素子を同位相で励振駆動ができる。
【００５７】
また、２分配器を１段多く介在することで給電に対するアンテナ素子の振幅差は−３［ｄＢ］となるため、図４（ａ）中の各給電点♯１〜♯２０に対応する振幅差を図中に示すように、給電点♯０から３分配器５１により均等に３分配された後、外側に位置するアンテナ素子ほど多くの上記２分配器を介在することで、それぞれの振幅が小さくなるように構成している。
【００５８】
図４（ｂ）は、同図（ａ）で示した給電線路を有する２０素子アレーアンテナのビームパターンを例示するもので、指向性が必要とされるアレーアンテナとしては、サイドローブレベルが−２０［ｄＢ］より大きく下がっており、充分実用に供することができる特性となっている。
【００５９】
また、各給電点♯１〜♯２０に接続されたアンテナ素子に給電されるエネルギーの損失は、３分配器５１と各２分配器５２ａ〜５２ｑとで発生する伝送ロスのみであり、アレーアンテナ全体としてもアンテナ利得の低下を最小限に抑えることができる。
【００６０】
以上第１乃至第３の各実施の形態で説明したアレーアンテナは、いずれも従来のアレーアンテナで必要であったアッテネータや位相器等を廃する構成としたため、給電線路上のそれらの機器で生じる損失等がなく、各アンテナ素子に給電されるエネルギー損失を極力抑えることができる。
【００６１】
加えて、等分配器は具体的には線路幅を等しくした分岐路の配線パターンにて構成できるため、低コストで且つ軽量化に則した設計開発を簡略に実現することができ、装置の量産時に際しても各個体の調整等が不要であり、生産コストをきわめて低く抑えることが可能となる。
【００６２】
なお、上記第１乃至第３の各実施の形態では、等分配器として２分配器及び３分配器を用いたもののみを例示したが、本発明に係るアレーアンテナ装置はこれに限るものではなく、等分配器であれば４あるいはそれ以上に給電線路を分岐するものを用いてもよいことは勿論である。
【００６３】
その他、本発明は上記実施の形態に限らず、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能であるものとする。
【００６４】
さらに、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも１つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも１つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【００６５】
【発明の効果】
請求項１または請求項２記載の発明によれば、等分配器の組合せのみにより、同位相で且つ外側に位置するアンテナ素子ほど振幅が小さくなるように給電するため、給電線路の設計のための複雑な演算等を必要とせずに、高いアンテナ利得で且つサイドローブを充分に低減した、指向性に優れたアレーアンテナ装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るアレーアンテナ装置の給電線路の構成とビームパターンとを例示する図。
【図２】同実施の形態に係る給電線路の具体的なパターン構成を例示する図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るアレーアンテナ装置の給電線路の構成とビームパターンとを例示する図。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係るアレーアンテナ装置の給電線路の構成とビームパターンとを例示する図。
【図５】従来のアレーアンテナ装置の給電線路の構成とビームパターンとを例示する図。
【図６】従来のアレーアンテナ装置の給電線路の構成とビームパターンとを例示する図。
【符号の説明】
１１…３分配器
１２ａ〜１２ｉ…２分配器
２１ａ〜２１ｋ…２分配器
３１…アンテナ基板
３２…給電線路
３３…アンテナ素子取付け中心位置
３４…線路長調整部
４１…３分配器
４２ａ〜４２ｉ…２分配器
５１…３分配器
５２ａ〜５２ｑ…２分配器
♯０…アレーアンテナ給電点
♯１〜♯２０…アンテナ素子給電点
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種通信用基地局アンテナとして用いられるアレーアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種通信用基地局アンテナとして、多数のアレーアンテナが実用化されており、その用途によって、高利得化を図ったもの、ビームチルトするもの、他のアンテナへの干渉を回避するべく低サイドローブ化したものなどが代表的な例として挙げられる。
【０００３】
図５（ａ）は、複数、例えば１２のアンテナ素子を直線状に配列したアレーアンテナの基本的な給電線路の接続構成を示すものである。同図で、♯０がアレーアンテナ全体に対する給電点であり、この給電点♯０から３分配器１１により均等に３分配された各線路は、２分配器１２ａ〜１２ｃによりそれぞれ均等に２分配される。
【０００４】
しかるに、２分配器１２ａで２分配された一方の線路がさらに２分配器１２ｄにより均等に２分配されて給電点♯１及び♯２に接続され、他方の線路もさらに２分配器１２ｅにより均等に２分配されて給電点♯３及び♯４に接続される。
【０００５】
同様に、上記２分配器１２ｂで２分配された一方の線路がさらに２分配器１２ｆにより均等に２分配されて給電点♯５及び♯６に接続され、他方の線路もさらに２分配器１２ｇにより均等に２分配されて給電点♯７及び♯８に接続される。
【０００６】
同じく、上記２分配器１２ｃで２分配された一方の線路がさらに２分配器１２ｈにより均等に２分配されて給電点♯９及び♯１０に接続され、他方の線路もさらに２分配器１２ｉにより均等に２分配されて給電点♯１１及び♯１２に接続される。
【０００７】
しかして、各給電点♯１〜♯１２がその数値の順序で直線状に等間隔に配置され、ここでは図示しない１２個の各アンテナ素子がそれぞれ同一方向に向けて接続される。
【０００８】
この図５（ａ）では、接続関係を説明しているだけなので示していないが、実際の配線パターンにおいては、アレーアンテナとしての給電点♯０から各アンテナ素子への給電点♯１〜♯１２までの線路長はいずれも等しく設計されており、したがって全アンテナ素子を同位相、且つ同振幅で励振駆動することができる。
【０００９】
図５（ｂ）は、同図（ａ）で示した給電線路を有する１２素子アレーアンテナのビームパターンを例示するもので、指向性が必要とされるアレーアンテナとしては、サイドローブが−１３［ｄＢ］程度出ており、実用には供さない特性となっている。
【００１０】
図６（ａ）は、上記図５（ａ）で説明した構成の給電線路と同様の接続関係としながらも、それぞれ外側の各３素子ずつに対応させて、２分配器１２ｄと給電点♯１，♯２との間、２分配器１２ｅと給電点♯３との間、２分配器１２ｈと給電点♯１０との間、及び２分配器１２ｉと給電点♯１１，♯１２との間にアッテネータＡＴＴを配設して、上記サイドローブを低下させる給電線路の構成を例示している。
【００１１】
ここでは、直線状に配置されたアンテナ素子の両端側に位置する給電点♯１，♯２，♯１１，♯１２に対応するアッテネータＡＴＴにより振幅をそれぞれ−６［ｄＢ］分低下させ、その内側の給電点♯３，♯１０に対応するアッテネータＡＴＴにより振幅をそれぞれ−３［ｄＢ］分低下させるものとしている。
【００１２】
このように、全アンテナ素子へ同位相で給電するものとしながら、アッテネータＡＴＴを用いて特にアレーアンテナの外側に位置しているアンテナ素子ほどその振幅値が小さくなるように減衰を与えることで、図６（ｂ）にそのビームパターンを例示するようにサイドローブのレベルを−２０［ｄＢ］程度まで低下させることができる。
【００１３】
しかしながら、アッテネータＡＴＴ等の抵抗体でエネルギーが消費されてしまうため、特に給電点♯１〜♯３，♯１０〜♯１２に接続される各アンテナ素子に給電されるエネルギー量が減少し、アレーアンテナ全体として利得が低下してしまうという不具合がある。
【００１４】
また、上記図５（ａ）、図６（ａ）では３分配器１１や２分配器１２ａ〜１２ｉなどの等分配器を用いて給電線路を構成し、全アンテナ素子に同位相で給電する例を示したが、不等分配器を用いて外側に位置するアンテナ素子の振幅を小さくする方法や、あるいはアンテナ素子毎に位相差を設けた給電を行なう方法によってもサイドローブのレベルを低下させることは実現し得る。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した、不等分配器を用いて外側に位置するアンテナ素子の振幅を小さくする方法や、アンテナ素子毎に位相差を設けた給電を行なう方法は、いずれもサイドローブを低減させるのに充分有効な方法であるものの、その不等分配率や位相差の設定を行なうためには複雑で綿密な計算を必要とするため、容易に設計し得るものではなかった。
【００１６】
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、設計のための複雑な演算等を必要とせずに、高いアンテナ利得で且つサイドローブを充分に低減した、指向性に優れたアレーアンテナ装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、直線状に配列された複数のアンテナ素子と、複数の等分配器のみを組合わせて形成した、上記複数のアンテナ素子それぞれに同位相で且つ外側に位置するアンテナ素子ほど振幅が小さくなるように給電する給電線路とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
請求項２記載の発明は、直線状に配列された複数のアンテナ素子と、複数の等分配器のみを組合わせて形成した、上記複数のアンテナ素子それぞれに同位相で且つ外側に位置するアンテナ素子ほど多くの上記等分配器を介在させることで振幅が小さくなるように給電する給電線路とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
上記請求項１及び請求項２記載の構成とすれば、等分配器の組合せのみにより、同位相で且つ外側に位置するアンテナ素子ほど振幅が小さくなるように給電するため、給電線路の設計のための複雑な演算等を必要とせずに、高いアンテナ利得で且つサイドローブを充分に低減した、指向性に優れたアレーアンテナ装置を実現できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下本発明を１２のアンテナ素子を直線状に配列したアレーアンテナに適用した第１の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
図１（ａ）は、その給電線路の接続構成を示すものである。同図で、♯０がアレーアンテナ全体に対する給電点であり、この給電点♯０から２分配器２１ａにより均等に２分配された各線路は、さらに２分配器２１ｂ，２１ｃによりそれぞれ均等に２分配される。
【００２２】
しかるに、２分配器２１ｂで２分配された一方の線路がさらに２分配器２１ｄにより均等に２分配され、他方の線路もさらに２分配器２１ｅにより均等に２分配されて給電点♯５及び♯６に接続される。
【００２３】
上記２分配器２１ｄで２分配された一方の線路がさらに２分配器２１ｈにより均等に２分配され、他方の線路は直接給電点♯４に接続される。そして、上記２分配器２１ｈで２分配された一方の線路がさらに２分配器２１ｊにより均等に２分配されて給電点♯１及び♯２に接続され、他方の線路は直接給電点♯３に接続される。
【００２４】
また、上記２分配器２１ｃで２分配された一方の線路がさらに２分配器２１ｆにより均等に２分配されて給電点♯７及び♯８に接続され、他方の線路もさらに２分配器２１ｇにより均等に２分配される。
【００２５】
上記２分配器２１ｇで２分配された一方の線路が直接給電点♯９に接続され、他方の線路がさらに２分配器２１ｉにより均等に２分配される。そして、上記２分配器２１ｉで２分配された一方の線路が直接給電点♯１０に接続され、他方の線路がさらに２分配器２１ｋにより均等に２分配されて給電点♯１１及び♯１２に接続される。
【００２６】
しかして、各給電点♯１〜♯１２がその数値の順序で直線状に等間隔に配置され、ここでは図示しない１２個の各アンテナ素子がそれぞれ同一方向に向けて接続される。
【００２７】
なお、この図１（ａ）では接続関係を説明しているだけなので示していないが、実際の配線パターンにおいては、アレーアンテナとしての給電点♯０から各アンテナ素子への給電点♯１〜♯１２までの線路長はいずれも等しく設計されており、したがって全アンテナ素子を同位相で励振駆動ができる。
【００２８】
また、２分配器を１段多く介在することで給電に対するアンテナ素子の振幅差は−３［ｄＢ］となるため、図１（ａ）中の各給電点♯１〜♯１２に対応する振幅差を図中に示すように、外側に位置するアンテナ素子ほど多くの上記２分配器を介在することで、それぞれの振幅が小さくなるように構成している。
【００２９】
図１（ｂ）は、同図（ａ）で示した給電線路を有する１２素子アレーアンテナのビームパターンを例示するもので、指向性が必要とされるアレーアンテナとしては、サイドローブレベルが−２０［ｄＢ］より大きく下がっており、充分実用に供することができる特性となっている。
【００３０】
また、各給電点♯１〜♯１２に接続されたアンテナ素子に給電されるエネルギーの損失は、各２分配器２１ａ〜２１ｋで発生する伝送ロスのみであり、アレーアンテナ全体としてもアンテナ利得の低下を最小限に抑えることができる。
【００３１】
図２は、上記図１（１）で説明した給電線路の具体的なパターン構成を例示するものである。同図で、長板状のアンテナ基板３１の裏面に給電線路３２が図示する如くパターン形成される。図中、各給電点♯１〜♯１２近傍の記号「＋」で示している位置が対応するアンテナ素子の取付け中心位置３３，３３，‥‥であり、対応する給電点位置との関係により、全アンテナ素子が同一方向に向けて配設されていることがわかる。
【００３２】
また、給電線路３２上の屈曲形成されたパターン部分３４，３４，‥‥は、アレーアンテナとしての給電点♯０から各アンテナ素子への給電点♯１〜♯１２までの線路長を同一にするための線路長調整部である。
【００３３】
このように、２分配器２１ａ〜２１ｋの組合せのみによって、同位相で且つ外側に位置するアンテナ素子ほど振幅が小さくなるように給電するため、給電線路の設計のための複雑な演算等を必要とせずに、高いアンテナ利得で且つサイドローブを充分に低減できる。
【００３４】
（第２の実施の形態）
以下本発明を１２のアンテナ素子を直線状に配列したアレーアンテナに適用した第２の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３５】
図３（ａ）は、その給電線路の接続構成を示すものである。同図で、♯０がアレーアンテナ全体に対する給電点であり、この給電点♯０から３分配器４１により均等に３分配された各線路は、さらに２分配器４２ａ〜４２ｃによりそれぞれ均等に２分配される。
【００３６】
しかるに、２分配器４２ａで２分配された一方の線路がさらに２分配器４２ｄにより均等に２分配され、他方の線路は直接給電点♯５に接続される。
【００３７】
上記２分配器４２ｄで２分配された一方の線路がさらに２分配器４２ｆにより均等に２分配され、他方の線路は直接給電点♯４に接続される。そして、上記２分配器４２ｆで２分配された一方の線路がさらに２分配器４２ｈにより均等に２分配されて給電点♯１及び♯２に接続され、他方の線路は直接給電点♯３に接続される。
【００３８】
また、上記２分配器４２ｂで２分配された線路がそれぞれ給電点♯６及び♯７に接続される。
【００３９】
さらに、上記２分配器４２ｃで２分配された一方の線路が直接給電点♯８に接続され、他方の線路がさらに２分配器４２ｅにより均等に２分配される。上記２分配器４２ｅで２分配された一方の線路が直接給電点♯９に接続され、他方の線路がさらに２分配器４２ｇにより均等に２分配される。
【００４０】
そして、上記２分配器４２ｇで２分配された一方の線路が直接給電点♯１０に接続され、他方の線路がさらに２分配器４２ｉにより均等に２分配されて給電点♯１１及び♯１２に接続される。
【００４１】
しかして、各給電点♯１〜♯１２がその数値の順序で直線状に等間隔に配置され、ここでは図示しない１２個の各アンテナ素子がそれぞれ同一方向に向けて接続される。
【００４２】
なお、この図３（ａ）では接続関係を説明しているだけなので示していないが、特に３分配器４１と２分配器４２ｂの間の線路を屈曲形成して示すように、実際の配線パターンにおいては、アレーアンテナとしての給電点♯０から各アンテナ素子への給電点♯１〜♯１２までの線路長はいずれも等しく設計されており、したがって全アンテナ素子を同位相で励振駆動ができる。
【００４３】
また、２分配器を１段多く介在することで給電に対するアンテナ素子の振幅差は−３［ｄＢ］となるため、図３（ａ）中の各給電点♯１〜♯１２に対応する振幅差を図中に示すように、給電点♯０から３分配器４１により均等に３分配された後、外側に位置するアンテナ素子ほど多くの上記２分配器を介在することで、それぞれの振幅が小さくなるように構成している。
【００４４】
図３（ｂ）は、同図（ａ）で示した給電線路を有する１２素子アレーアンテナのビームパターンを例示するもので、指向性が必要とされるアレーアンテナとしては、サイドローブレベルが−２０［ｄＢ］より大きく下がっており、充分実用に供することができる特性となっている。
【００４５】
また、各給電点♯１〜♯１２に接続されたアンテナ素子に給電されるエネルギーの損失は、３分配器４１と各２分配器４２ａ〜４２ｉとで発生する伝送ロスのみであり、アレーアンテナ全体としてもアンテナ利得の低下を最小限に抑えることができる。
【００４６】
（第３の実施の形態）
以下本発明を２０のアンテナ素子を直線状に配列したアレーアンテナに適用した第３の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００４７】
図４（ａ）は、その給電線路の接続構成を示すものである。同図で、♯０がアレーアンテナ全体に対する給電点であり、この給電点♯０から３分配器５１により均等に３分配された各線路は、さらに２分配器５２ａ〜５２ｃによりそれぞれ均等に２分配される。
【００４８】
しかるに、２分配器５２ａで２分配された一方の線路がさらに２分配器５２ｄにより均等に２分配され、他方の線路は２分配器５２ｅにより均等に２分配されて給電点♯７及び♯８に接続される。
【００４９】
上記２分配器５２ｄで２分配された一方の線路がさらに２分配器５２ｊにより均等に２分配され、他方の線路は直接給電点♯６に接続される。上記２分配器５２ｊで２分配された一方の線路がさらに２分配器５２ｌにより均等に２分配され、他方の線路は直接給電点♯５に接続される。
【００５０】
上記２分配器５２ｌで２分配された一方の線路がさらに２分配器５２ｎにより均等に２分配され、他方の線路は直接給電点♯４に接続される。そして、上記２分配器５２ｎで２分配された一方の線路がさらに２分配器５２ｐにより均等に２分配されて給電点♯１及び♯２に接続され、他方の線路は直接給電点♯３に接続される。
【００５１】
また、上記２分配器５２ｂで２分配された一方の線路がさらに２分配器５２ｆにより均等に２分配されて給電点♯９及び♯１０に接続され、他方の線路はさらに２分配器５２ｇにより均等に２分配されて給電点♯１１及び♯１２に接続される。
【００５２】
さらに、上記２分配器５２ｃで２分配された一方の線路がさらに２分配器５２ｈにより均等に２分配されて給電点♯１３及び♯１４に接続され、他方の線路がさらに２分配器５２ｉにより均等に２分配される。上記２分配器５２ｉで２分配された一方の線路が直接給電点♯１５に接続され、他方の線路がさらに２分配器５２ｋにより均等に２分配される。
【００５３】
また、上記２分配器５２ｋで２分配された一方の線路が直接給電点♯１６に接続され、他方の線路がさらに２分配器５２ｍにより均等に２分配される。上記２分配器５２ｍで２分配された一方の線路が直接給電点♯１７に接続され、他方の線路がさらに２分配器５２ｏにより均等に２分配される。
【００５４】
そして、上記２分配器５２ｏで２分配された一方の線路が直接給電点♯１８に接続され、他方の線路がさらに２分配器５２ｑにより均等に２分配されて給電点♯１９及び♯２０に接続される。
【００５５】
しかして、各給電点♯１〜♯２０がその数値の順序で直線状に等間隔に配置され、ここでは図示しない２０個の各アンテナ素子がそれぞれ同一方向に向けて接続される。
【００５６】
なお、この図４（ａ）では接続関係を説明しているだけなので示していないが、特に３分配器５１と２分配器５２ｂの間の線路を屈曲形成して示すように、実際の配線パターンにおいては、アレーアンテナとしての給電点♯０から各アンテナ素子への給電点♯１〜♯２０までの線路長はいずれも等しく設計されており、したがって全アンテナ素子を同位相で励振駆動ができる。
【００５７】
また、２分配器を１段多く介在することで給電に対するアンテナ素子の振幅差は−３［ｄＢ］となるため、図４（ａ）中の各給電点♯１〜♯２０に対応する振幅差を図中に示すように、給電点♯０から３分配器５１により均等に３分配された後、外側に位置するアンテナ素子ほど多くの上記２分配器を介在することで、それぞれの振幅が小さくなるように構成している。
【００５８】
図４（ｂ）は、同図（ａ）で示した給電線路を有する２０素子アレーアンテナのビームパターンを例示するもので、指向性が必要とされるアレーアンテナとしては、サイドローブレベルが−２０［ｄＢ］より大きく下がっており、充分実用に供することができる特性となっている。
【００５９】
また、各給電点♯１〜♯２０に接続されたアンテナ素子に給電されるエネルギーの損失は、３分配器５１と各２分配器５２ａ〜５２ｑとで発生する伝送ロスのみであり、アレーアンテナ全体としてもアンテナ利得の低下を最小限に抑えることができる。
【００６０】
以上第１乃至第３の各実施の形態で説明したアレーアンテナは、いずれも従来のアレーアンテナで必要であったアッテネータや位相器等を廃する構成としたため、給電線路上のそれらの機器で生じる損失等がなく、各アンテナ素子に給電されるエネルギー損失を極力抑えることができる。
【００６１】
加えて、等分配器は具体的には線路幅を等しくした分岐路の配線パターンにて構成できるため、低コストで且つ軽量化に則した設計開発を簡略に実現することができ、装置の量産時に際しても各個体の調整等が不要であり、生産コストをきわめて低く抑えることが可能となる。
【００６２】
なお、上記第１乃至第３の各実施の形態では、等分配器として２分配器及び３分配器を用いたもののみを例示したが、本発明に係るアレーアンテナ装置はこれに限るものではなく、等分配器であれば４あるいはそれ以上に給電線路を分岐するものを用いてもよいことは勿論である。
【００６３】
その他、本発明は上記実施の形態に限らず、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能であるものとする。
【００６４】
さらに、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも１つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも１つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【００６５】
【発明の効果】
請求項１または請求項２記載の発明によれば、等分配器の組合せのみにより、同位相で且つ外側に位置するアンテナ素子ほど振幅が小さくなるように給電するため、給電線路の設計のための複雑な演算等を必要とせずに、高いアンテナ利得で且つサイドローブを充分に低減した、指向性に優れたアレーアンテナ装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るアレーアンテナ装置の給電線路の構成とビームパターンとを例示する図。
【図２】同実施の形態に係る給電線路の具体的なパターン構成を例示する図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るアレーアンテナ装置の給電線路の構成とビームパターンとを例示する図。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係るアレーアンテナ装置の給電線路の構成とビームパターンとを例示する図。
【図５】従来のアレーアンテナ装置の給電線路の構成とビームパターンとを例示する図。
【図６】従来のアレーアンテナ装置の給電線路の構成とビームパターンとを例示する図。
【符号の説明】
１１…３分配器
１２ａ〜１２ｉ…２分配器
２１ａ〜２１ｋ…２分配器
３１…アンテナ基板
３２…給電線路
３３…アンテナ素子取付け中心位置
３４…線路長調整部
４１…３分配器
４２ａ〜４２ｉ…２分配器
５１…３分配器
５２ａ〜５２ｑ…２分配器
♯０…アレーアンテナ給電点
♯１〜♯２０…アンテナ素子給電点
Claims (2)
- 直線状に配列された複数のアンテナ素子と、
複数の等分配器のみを組合わせて形成した、上記複数のアンテナ素子それぞれに同位相で且つ外側に位置するアンテナ素子ほど振幅が小さくなるように給電する給電線路と
を備えたことを特徴とするアレーアンテナ装置。 - 直線状に配列された複数のアンテナ素子と、
複数の等分配器のみを組合わせて形成した、上記複数のアンテナ素子それぞれに同位相で且つ外側に位置するアンテナ素子ほど多くの上記等分配器を介在させることで振幅が小さくなるように給電する給電線路と
を備えたことを特徴とするアレーアンテナ装置。
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