JP3862859B2

JP3862859B2 - Antenna with switching mechanism

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Publication number: JP3862859B2
Application number: JP13074198A
Authority: JP
Inventors: 秀憲湯川; 英征大橋; 志浩田原; 守▲泰▼ 宮▲崎▼; 正人佐藤; 善彦小西
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-05-13
Filing date: 1998-05-13
Publication date: 2006-12-27
Anticipated expiration: 2018-05-13
Also published as: JPH11330837A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主としてＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯、マイクロ波帯およびミリ波帯で用いられる切り替え機構付きアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１４は例えばIEEE GaAs IC Symposium, Tech. Digest, 1991, pp135-138 および IEEE Communications Magazine, pp58-64, April, 1991に示された従来のアンテナ装置の概略構成を示す平面図、図１５は図１４のＸＶ−ＸＶ矢視断面図である。
図１４および図１５において、誘電体基板４０は、円盤状をなし、その一面上に地導体４１が形成され、他面上にストリップ導体４２、４３、４４および入出力端子４５が形成されている。これらの誘電体基板４０、地導体４１およびストリップ導体４２、４３、４４からマイクロストリップ線路が構成されている。さらに、誘電体基板４０の他面上には、複数のダイオードで構成されたＳＰ３Ｔスイッチ４６およびＳＰＤＴスイッチ４７が設けられている。
ホーンアンテナ５０は矩形断面形状をなし、その断面形状が電波を放射する開口側に向かって徐々に広がるテーパ形状に成形されている。そして、ホーンアンテナ５０の喉元側端部は短絡端となっている。このホーンアンテナ５０は、誘電体基板４０の一面上に開口側を外周側に向けて、周方向に６個配設されている。そして、同軸導波管変換器５１が各ホーンアンテナ５０の短絡端に気密に接続されて誘電体基板４０上に配設されている。また、導体棒５２がスルーホール（図示せず）に挿通されて各同軸導波管変換器５１内のホーンアンテナ５０の短絡端から約１／４波長離れた位置に配設されている。各導体棒５２の端部はストリップ導体４２に接続されている。
そして、入出力端子４５に接続されたストリップ導体４４が、ＳＰＤＴスイッチ４７により２つのストリップ導体４３に切り替え可能に接続され、各ストリップ４３がＳＰ３Ｔスイッチ４６により３つのスイッチ導体４２に切り替え可能に接続されて、６つの接続線路が構成されている。
【０００３】
つぎに、従来のアンテナ装置の動作について説明する。
入出力端子４５から電波が入射すると、入射した電波は１つのＳＰＤＴスイッチ４７と２つのＳＰ３Ｔスイッチ４６により最終的に６つの接続線路の内の１つに選択的に給電される。そして、導電棒５２および同軸導波管変換器５１を介して１つのホーンアンテナ５０に給電さ、電波が空中に放射される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアンテナ装置は以上のように、損失の多いマイクロストリップ線路と複数の半導体スイッチと整合のとりにくい分岐回路により構成されたアンテナ切り替え機構を有しているので、切り替えるアンテナの数が多くなると、経路中に含まれる複数の半導体スイッチの損失および回路を構成するマイクロストリップ線路の損失が重畳され、アンテナ装置全体の損失が大きくなってしまうという課題があった。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、低損失で複数のアンテナを切り替え駆動できる切り替え機構付きアンテナを得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る切り替え機構付きアンテナは、内導体が筒状の外導体内に同軸に配設され、外導体の一端を入出力端子とし、他端を短絡端子としてなる同軸線路と、上記外導体の外周面に接するように上記同軸線路の周方向に配設された複数の導波管スロットアレーアンテナと、上記同軸線路と上記複数の導波管スロットアレーアンテナとをそれぞれ結合するように設けられた複数の結合孔と、上記複数の結合孔の各結合孔上に設けられ、上記同軸線路と上記導波管スロットアレーアンテナとの結合を制御する複数の半導体スイッチとを備えたものである。
【０００７】
また、上記複数の導波管スロットアレーアンテナのそれぞれが、溝方向が上記同軸線路の軸心方向と一致するように上記外導体の外周面に設けられた溝と、複数の放射スロットが穿設され、該溝を塞口するように上記外導体に配設された導体板とから構成されているものである。
【０００８】
また、上記外導体の外周面上に上記半導体スイッチを制御駆動する信号用の線路を配置したものである。
【０００９】
また、筒状の内導体が筒状の外導体内に同軸に配設され、外導体の一端を入出力端子とし、他端を短絡端子としてなる同軸線路と、上記内導体の内周面に接するように上記同軸線路の周方向に配設された複数の導波管スロットアレーアンテナと、上記同軸線路と上記複数の導波管スロットアレーアンテナとをそれぞれ結合するように設けられた複数の結合孔と、上記複数の結合孔の各結合孔上に設けられ、上記同軸線路と上記導波管スロットアレーアンテナとの結合を制御する複数の半導体スイッチとを備えたものである。
【００１０】
また、内導体が筒状の外導体内に同軸に配設され、外導体の一端を入出力端子とし、他端を短絡端子としてなる同軸線路と、地導体が一面上に設けられ、該地導体を上記外導体の外周面に接するように上記同軸線路の周方向に配設された複数の誘電体基板と、上記複数の誘電体基板のそれぞれの他面上に設けられた複数のパッチアンテナと、上記複数のパッチアンテナのそれぞれから延出され、その先端を開放端とするように上記複数の誘電体基板のそれぞれの他面上に設けられた複数の入出力線路と、長軸方向が上記入出力線路に直交するように上記外導体および上記複数の誘電体基板のそれぞれを貫通して設けられ、上記同軸線路と上記複数の入出力線路とをそれぞれ結合する複数の結合孔と、上記複数の入出力線路のそれぞれの開放端を開放状態または短絡状態にする複数の半導体スイッチとを備えたものである。
【００１１】
また、内導体が筒状の外導体内に同軸に配設され、外導体の一端を入出力端子とし、他端を短絡端子としてなる同軸線路と、地導体が一面上に設けられ、該地導体を上記外導体の外周面に接するように上記同軸線路の周方向に配設された複数の誘電体基板と、上記複数の誘電体基板のそれぞれの他面上に設けられた複数のパッチアンテナと、上記複数のパッチアンテナのそれぞれから延出され、その先端を開放端とするように上記複数の誘電体基板のそれぞれの他面上に設けられた複数の入出力線路と、長軸方向が上記入出力線路に直交するように上記外導体および上記複数の誘電体基板のそれぞれを貫通して設けられ、上記同軸線路と上記複数の入出力線路とをそれぞれ結合する複数の結合孔と、上記複数の結合孔の各結合孔上に設けられ、上記同軸線路と上記入出力線路との結合を制御する複数の半導体スイッチとを備えたものである。
【００１２】
また、同軸線路形のフィルタが上記同軸線路の上記入出力端子に接続されているものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る切り替え機構付きアンテナの概略構成を示す斜視図、図２は図１に示される切り替え機構付きアンテナを示す縦断面図、図３は図１に示される切り替え機構付きアンテナの円形同軸線路を示す横断面図である。
図１乃至図３において、円形同軸線路１は、外周形状が六角形をなす筒状の外導体３と、この外導体３内に同軸に配設された内導体２と、外導体３の他端を塞口する短絡端５とから構成されている。なお、外導体３の一端は開口されて入出力端子４を構成している。
導波管スロットアレーアンテナ６は、板状導体を直方体の箱形に成形してなり、その主面に細長の放射スロット７がその長軸方向をアンテナ６の長手方向に一致させて多数穿設されている。この導波管スロットアレーアンテナ６の長手方向の相対する端面がそれぞれ第１および第２の短絡端８、９を構成している。
この導波管スロットアレーアンテナ６は、主面と相対する面を外導体３の外周面に接触させ、かつ、第２の短絡端９を円形同軸線路１の軸方向の外方に延出させて、円形同軸線路１の外周に周方向に６本取り付けられている。また、細長の結合孔１０がその長軸方向を円形同軸線路１の軸方向と直交させて、各導波管スロットアレーアンテナ６の主面と相対する面と外導体３とを貫通するように設けられている。さらに、半導体スイッチとしてのダイオードスイッチ１１が、各結合孔１０の対向する幅広面を短絡するように設けられている。
ここで、係合孔１０は、円形同軸線路１の短絡端５および導波管スロットアレーアンテナ６の第１の短絡端８の両者からそれぞれ１／２波長離れた位置に設けられている。
【００１４】
つぎに、このように構成された切り替え機構付きアンテナ１００の動作について説明する。
円形同軸線路１の入出力端子４から電力を入力したとき、円形同軸線路１の内部の電磁界分布は、図４に示されるように、内導体２から外導体３に向かう放射状の一様な電界成分と、電界と垂直な周方向の一様な磁界成分とを有する。そして、円形同軸線路１の一方の端子が短絡端５となっているため、円形同軸線路１の内部では定常波がたち、短絡端５から１／２波長離れた位置で電界成分が最小で、かつ、磁界成分が最大となる。そこで、円形同軸線路１の内部と導波管スロットアレーアンテナ６の内部とを連通する結合孔１０が短絡端５から１／２波長離れた位置に位置しているので、電力が結合孔１０を介して導波管スロットアレーアンテナ６に効率よく給電される。
ここで、各導波管スロットアレーアンテナ６に対応するダイオードスイッチ１１の駆動端子（図示せず）の電位を制御して、１つの導波管スロットアレーアンテナ６に対応するダイオードスイッチ１１のみをＯＦＦとし、残りの導波管スロットアレーアンテナ６に対応するダイオードスイッチ１１をＯＮとする。ダイオードスイッチ１１がＯＦＦである結合孔１０は解放状態となり、ダイオードスイッチ１１がＯＮである結合孔１０は短絡状態となる。そこで、入出力端子４から入力された電力は、ダイオードスイッチ１１がＯＦＦとなっている結合孔１０を介して導波管スロットアレーアンテナ６に給電され、電波が放射スロット７から空間に放射される。
従って、ダイオードスイッチ１１のＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、６本の導波管スロットアレーアンテナ６を切り替えて、任意の導波管スロットアレーアンテナ６から電波を放射することができる。
【００１５】
このように、この実施の形態１によれば、切り替え回路が円形同軸線路１、導波管スロットアレーアンテナ６およびダイオードスイッチ１１により構成されているので、損失の多いマイクロストリップ線路が不要となり、また経路中のダイオードスイッチ１１が１つですみ、損失を少なくした切り替え機構付きアンテナが得られる。
また、円形同軸線路１から結合孔１０を介して導波管スロットアレーアンテナ６に直接給電できるので、損失を低減することができる。
【００１６】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２に係る切り替え機構付きアンテナの概略構成を示す斜視図、図６は図５に示される切り替え機構付きアンテナを示す縦断面図、図７は図５に示される切り替え機構付きアンテナの円形同軸線路を示す横断面図である。
図５乃至図７において、円形同軸線路１Ａは、円筒状の外導体３Ａと、内周形状が六角形をなす筒状に形成され、外導体３Ａ内に同軸に配設された内導体２Ａと、外導体３Ａの他端を塞口する短絡端５とから構成されている。なお、外導体３Ａの一端は開口されて入出力端子４を構成している。
導波管スロットアレーアンテナ６は、板状導体を直方体の箱形に成形してなり、その主面に細長の放射スロット７がその長軸方向をアンテナ６の長手方向に一致させて多数穿設されている。この導波管スロットアレーアンテナ６の長手方向の相対する端面がそれぞれ第１および第２の短絡端８、９を構成している。
この導波管スロットアレーアンテナ６は、主面を内導体２Ａの内周面に接触させ、かつ、第２の短絡端９を円形同軸線路１Ａの軸方向の外方に延出させて、円形同軸線路１Ａの内周に周方向に６本取り付けられている。また、細長の結合孔１０がその長軸方向を円形同軸線路１Ａの軸方向と直交させて導波管スロットアレーアンテナ６の主面と内導体２Ａとを貫通するように設けられている。さらに、ダイオードスイッチ１１が、結合孔１０の対向する幅広面を短絡するように設けられている。
ここで、係合孔１０は、円形同軸線路１Ａの短絡端５および導波管スロットアレーアンテナ６の第１の短絡端８の両者からそれぞれ１／２波長離れた位置に設けられている。
【００１７】
このように構成された切り替え機構付きアンテナ１０１においても、円形同軸線路１Ａの入出力端子４から電力を入力したとき、円形同軸線路１Ａの内部では短絡端５から１／２波長離れた位置で電界成分が最小で、かつ、磁界成分が最大となる。そして、結合孔１０が短絡端５から１／２波長離れた位置に位置しており、電力が結合孔１０を介して導波管スロットアレーアンテナ６に効率よく給電される。
そこで、１つの導波管スロットアレーアンテナ６に対応するダイオードスイッチ１１のみをＯＦＦとし、残りの導波管スロットアレーアンテナ６に対応するダイオードスイッチ１１をＯＮとすることにより、入出力端子４から入力された電力は、ダイオードスイッチ１１がＯＦＦとなっている結合孔１０を介して導波管スロットアレーアンテナ６に給電され、電波が放射スロット７から空間に放射される。
【００１８】
従って、この実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
また、この実施の形態２によれば、導波管スロットアレーアンテナ６が円筒同軸線路１Ａの内周側に配設されているので、装置の小型化が図られる。
【００１９】
実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３に係る切り替え機構付きアンテナを示す分解斜視図である。
図８において、外導体１５は円筒状をなし、溝１６がその外周面に軸心と平行に設けられている。この溝１６は、便宜上１つしか図示されていないが、実際には周方向に６個設けられている。そして、内導体１４がこの外導体１５内に同軸に配設され、短絡端１８が外導体１５の他端を塞口するように取り付けられている。外導体１５の一端は開口されて入出力端子１７を構成している。
また、細長の結合孔１９が、その長軸方向を外導体１５の軸心と直交するように、溝１６の底面の短絡端１８から１／２波長離れた位置に、外導体１５を貫通するように設けられている。そして、ダイオードスイッチ１１が、結合孔１９の対向する幅広面を短絡するように設けられている。
また、導体板としての導体２０は、外導体１５の外径と同等の内径に成形された円筒状をなし、外導体１５が挿着されている。そして、この導体２０には、外導体１５に設けられた溝１６に対応する領域に、細長の放射スロット２１がその長軸方向を軸心方向に一致させて多数穿設されている。この放射スロット２１は、便宜上１つの溝１６にのみ対応するように図示されているが、実際には、６個の溝１６のそれぞれに対応するように設けられている。
【００２０】
このように構成された切り替え機構付きアンテナ１０２では、外導体１５の外周面に設けられた溝１６が、短絡端１８および導体２０により囲繞されて導波管を構成している。つまり、この切り替え機構付きアンテナ１０２は、６本の導波管スロットアレーアンテナが円形同軸線路の外周に周方向に配設されている上記実施の形態１と同等の構成となっている。
そこで、１つのダイオードスイッチ１１のみをＯＦＦとし、残りのダイオードスイッチ１１をＯＮとすることにより、入出力端子４から入力された電力は、ダイオードスイッチ１１がＯＦＦとなっている結合孔１９を介して溝１６内に給電され、電波が放射スロット２１から空間に放射される。
【００２１】
従って、この実施の形態３においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
また、この実施の形態３によれば、円形同軸線路と導波管スロットアレーアンテナとを一体化でき、部品点数が削減され、製造が容易となるとともに、低コスト化が図られる。
【００２２】
なお、上記実施の形態３では、円筒の導体２０を用いて外導体１５に設けられた各溝１６を一括して塞口するものとしているが、円弧状断面の細長の導体板を用いて外導体１５に設けられた各溝１６をそれぞれ塞口するようにしてもよい。この場合、各導体板には、放射スロットが設けられている。
【００２３】
実施の形態４．
図９はこの発明の実施の形態４に係る切り替え機構付きアンテナを示す縦断面図、図１０は図９に示された切り替え機構付きアンテナの円形同軸線路を示す横断面図である。
図９および図１０において、一面に導体２２が形成され、他面に地導体２５が形成された筒状の第１の誘電体基板２３が、地導体２５を内側にして円形同軸線路１の外導体３の外周面に接合されている。さらに、一面に地導体２６が形成された筒状の第２の誘電体基板２４が、地導体２６を外側にして第１の誘電体基板２３の外周面に接合されている。そして、導波管スロットアレーアンテナ６が、主面と相対する面を地導体２６の外周面に絶縁状態に接合させ、かつ、第２の短絡端９を円形同軸線路１の軸方向の外方に延出させて、円形同軸線路１の外周に周方向に６本取り付けられている。また、細長の結合孔１０がその長軸方向を円形同軸線路１の軸方向と直交させて各導波管スロットアレーアンテナ６の主面と相対する面、外導体３および第１および第２の誘電体基板２３、２４を貫通するように設けられている。さらに、半導体スイッチとしてのダイオードスイッチ１１が、各結合孔１０の対向する幅広面を短絡するように設けられている。
ここで、係合孔１０は、円形同軸線路１の短絡端５および導波管スロットアレーアンテナ６の第１の短絡端８の両者からそれぞれ１／２波長離れた位置に設けられている。また、導体２２は、ダイオードスイッチ１１を制御駆動する信号用の線路となるように、各ダイオードスイッチ１１に対応して６本にパターニングされている。さらに、各ダイオードスイッチ１１の駆動端子は、地導体２６に電気的に接続されている。
【００２４】
このように構成された切り替え機構付きアンテナ１０３においても、円形同軸線路１の入出力端子４から電力を入力したとき、円形同軸線路１の内部では短絡端５から１／２波長離れた位置で電界成分が最小で、かつ、磁界成分が最大となる。そして、結合孔１０が短絡端５から１／２波長離れた位置に位置しており、電力が結合孔１０を介して導波管スロットアレーアンテナ６に効率よく給電される。
また、導体２２に電圧を供給すると、導体２２に相対する地導体２６の部位に所定の電位が誘起される。その結果、地導体２６に電気的に接続されているダイオードスイッチ１１の駆動端子が所定の電位となり、ダイオードスイッチ１１がＯＮ状態となる。この導体２２は各ダイオードスイッチ１１に対応するように６本にパターニングされているので、導体２２のパターニングされた各線路への電圧の供給を制御することにより、各ダイオードスイッチ１１をＯＮ・ＯＦＦ制御することができる。
そこで、導体２２の各線路への給電を制御して、１つの導波管スロットアレーアンテナ６に対応するダイオードスイッチ１１のみをＯＦＦとし、残りの導波管スロットアレーアンテナ６に対応するダイオードスイッチ１１をＯＮとすることにより、入出力端子４から入力された電力は、ダイオードスイッチ１１がＯＦＦとなっている結合孔１０を介して導波管スロットアレーアンテナ６に給電され、電波が放射スロット７から空間に放射される。
【００２５】
従って、この実施の形態４においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
また、この実施の形態４によれば、円形同軸線路１とダイオードスイッチ１１を制御駆動する信号用の線路とが一体化でき、装置の小型化が図られる。
【００２６】
ここで、上記実施の形態４では、地導体２６は各ダイオードスイッチ１１に対応するようには分割されていないが、導体２２のパターニングされた各線路間の距離が十分離れているので、給電された線路に対応するダイオードスイッチ１１はＯＮするが、それ以外のダイオードスイッチ１１はＯＮすることはない。なお、地導体２６を各ダイオードスイッチ１１に対応するように分割してもよいことは言うまでもないことである。
【００２７】
実施の形態５．
図１１はこの発明の実施の形態５に係る切り替え機構付きアンテナの概略構成を示す斜視図である。
この実施の形態５による切り替え機構付きアンテナ１０４は、図１１に示されるように、円筒同軸線路形のフィルタ３０が円形同軸線路１の入出力端子４に直列に接続されて構成されている。
そこで、この切り替え機構付きアンテナ１０４では、フィルタ３０により設定した周波数の入射波のみが円形同軸線路１に入射され、導波管スロットアレーアンテナ６から放射される。
このように、この実施の形態５によれば、上記実施の形態１の効果に加えて、フィルタとしても機能するアンテナが得られる。
【００２８】
なお、上記実施の形態５では、上記実施の形態１による切り替え機構付きアンテナ１００にフィルタ３０を接続しているが、他の実施の形態による切り替え機構付きアンテナにフィルタ３０を接続しても同様の効果が得られる。
【００２９】
実施の形態６．
図１２はこの発明の実施の形態６に係る切り替え機構付きアンテナの概略構成を示す斜視図である。
図１２において、誘電体基板３１は、一面に形成された地導体３２を外導体３の外周面に密着させて円形同軸線路１に周方向に６枚配設されている。また、細長の結合孔１０がその長軸方向を円形同軸線路１の軸方向と直交させて各誘電体基板３１と外導体３とを貫通するように設けられている。各誘電体基板３１の他面には、導体からなる一対のパッチアンテナ３３が結合孔１０の幅広辺を挟んで相対して設けられ、さらに導体からなる一対の入出力線路３４がそれぞれ各パッチアンテナ３３から延出され、結合孔１０を横断して、先端を開放端とするように設けられている。また、ダイオードスイッチ１１が、各入出力線路３４の開放端と地導体３２とを短絡するように設けられている。
ここで、各入出力線路３４は、結合孔１０の長軸方向に対して直交し、結合孔１０上から１／４波長離れた位置が開放端となっている。また、各係合孔１０は、それぞれ円形同軸線路１の短絡端５から５／２波長離れた位置に設けられている。また、ダイオードスイッチ１１の一端は、入出力線路３４の開放端に接続され、他端は誘電体基板３１に設けられたスルーホールを介して地導体３２に接続されている。
【００３０】
このように構成された切り替え機構付きアンテナ１０５では、ダイオードスイッチ１１がＯＮすると、入出力線路３４の開放端が短絡状態となり、開放端から１／４波長離れた結合孔１０上の線路に流れる電流は最小となる。そこで、入出力線路３４は結合孔１０の磁界と係合せず、円形同軸線路１と入出力線路３４とは結合しない。
一方、ダイオードスイッチ１１がＯＦＦすると、入出力線路３４の開放端が開放状態となり、開放端から１／４波長離れた結合孔１０上の線路に流れる電流は最大となる。そこで、入出力線路３４は結合孔１０の磁界と係合し、円形同軸線路１と入出力線路３４とが結合する。
そこで、ダイオードスイッチ１１を制御駆動して、１つの結合孔１０に対応するダイオードスイッチ１１のみをＯＦＦとし、残りの結合孔１０に対応するダイオードスイッチ１１をＯＮとすることにより、入出力端子４から入力された電力は、ダイオードスイッチ１１がＯＦＦとなっている結合孔１０および入出力線路３４を介してパッチアンテナ３３に給電され、電波がパッチアンテナ３３から空間に放射される。
【００３１】
このように、この実施の形態６によれば、円形同軸線路１、パッチアンテナ３３、入出力線路３４および入出力線路３４の開放端を開放又は短絡するダイオードスイッチ１１によリ切り替え回路を構成しているので、損失を低減でき、小型化が図られるとともに、ダイオードスイッチ１１の実装が容易となるという効果が得られる。
【００３２】
なお、上記実施の形態６では、ダイオードスイッチ１１の一方の端子を、誘電体基板３１に設けられたスルーホールを介して地導体３２に接続するものとして説明しているが、誘電体基板３１上に１／４波長の先端開放線路を新たに設け、ダイオードスイッチ１１の一方の端子を該線路に接続してもよい。
【００３３】
また、上記実施の形態６では、結合孔１０上から１／４波長離れた入出力線路３４の先端を開放端とするように説明しているが、結合孔１０上から１／２波長離れた入出力線路３４の先端を開放端とするようにしてもよい。
この場合、入出力線路の開放端から１／２波長離れた結合孔上の位置では、ダイオードスイッチがＯＮのときに電流が最大となり、ダイオードスイッチがＯＦＦのときに電流が最小となる。そこで、１つの結合孔に対応するダイオードスイッチのみをＯＮとし、残りの結合孔に対応するダイオードスイッチをＯＦＦとすることにより、入出力端子から入力された電力は、ダイオードスイッチがＯＮとなっている結合孔および入出力線路を介してパッチアンテナに給電され、電波がパッチアンテナから空間に放射される。
【００３４】
なお、上記実施の形態６では、結合孔１０が、円形同軸線路１の短絡端５から５／２波長離れた位置に設けられているものとしているが、結合孔１０の位置は、円形同軸線路１の短絡端５からＮ／２波長（Ｎ：奇数）離れた位置であればよく、例えば１／２波長や３／２波長離れた位置でもよい。
また、上記実施の形態６では、１つの結合孔１０に対して一対のパッチアンテナ３３を設けるものとしているが、１つの結合孔１０に対して必ずしも一対のパッチアンテナ３３を設ける必要はなく、パッチアンテナ３３は１つでもよい。
【００３５】
実施の形態７．
上記実施の形態６では、ダイオードスイッチ１１が各入出力線路３４の開放端と地導体３２とを短絡するように設けられているが、この実施の形態７では、図１３に示されるように、ダイオードスイッチ１１が各結合孔１０の対向する幅広面を短絡するように設けられている。なお、他の構成は上記実施の形態６と同様に構成されている。
【００３６】
このように構成された切り替え機構付きアンテナ１０６においても、ダイオードスイッチ１１をＯＮすると結合孔１０が短絡状態となり、ＯＦＦすると結合孔１０が開放状態となるので、ダイオードスイッチ１１の制御駆動により、円形同軸線路１と入力線路３４との結合が制御される。
そこで、この実施の形態７においても、上記実施の形態６と同様の効果が得られる。
また、この実施の形態７によれば、上記実施の形態６に比べてダイオードスイッチ１１の個数を削減でき、その分低コスト化が図られる。
【００３７】
なお、上記各実施の形態では、半導体スイッチとしてダイオードスイッチ１１を用いるものとしているが、ＦＥＴ等の半導体スイッチを用いても、同様の効果を奏する。
また、上記各実施の形態では、６本の導波管スロットアレーアンテナを用いて説明しているが、導波管スロットアレーアンテナの本数は６本に限定されるものではない。
【００３８】
【発明の効果】
この発明は、以上のように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００３９】
この発明によれば、内導体が筒状の外導体内に同軸に配設され、外導体の一端を入出力端子とし、他端を短絡端子としてなる同軸線路と、上記外導体の外周面に接するように上記同軸線路の周方向に配設された複数の導波管スロットアレーアンテナと、上記同軸線路と上記複数の導波管スロットアレーアンテナとをそれぞれ結合するように設けられた複数の結合孔と、上記複数の結合孔の各結合孔上に設けられ、上記同軸線路と上記導波管スロットアレーアンテナとの結合を制御する複数の半導体スイッチとを備えているので、半導体スイッチの制御により、同軸線路から結合孔を介して直接導波管スロットアレーアンテナを給電でき、低損失の切り替え機構付きアンテナが得られる。
【００４０】
また、上記複数の導波管スロットアレーアンテナのそれぞれが、溝方向が上記同軸線路の軸心方向と一致するように上記外導体の外周面に設けられた溝と、複数の放射スロットが穿設され、該溝を塞口するように上記外導体に配設された導体板とから構成されているので、同軸線路と導波管スロットアレーアンテナとが一体化でき、製造が容易になる。
【００４１】
また、上記外導体の外周面上に上記半導体スイッチを制御駆動する信号用の線路を配置したので、半導体スイッチを制御駆動する線路を同軸線路と一体化でき、装置の小型化が図られる。
【００４２】
また、筒状の内導体が筒状の外導体内に同軸に配設され、外導体の一端を入出力端子とし、他端を短絡端子としてなる同軸線路と、上記内導体の内周面に接するように上記同軸線路の周方向に配設された複数の導波管スロットアレーアンテナと、上記同軸線路と上記複数の導波管スロットアレーアンテナとをそれぞれ結合するように設けられた複数の結合孔と、上記複数の結合孔の各結合孔上に設けられ、上記同軸線路と上記導波管スロットアレーアンテナとの結合を制御する複数の半導体スイッチとを備えているので、半導体スイッチの制御により、同軸線路から結合孔を介して直接導波管スロットアレーアンテナを給電でき、低損失、かつ、小型の切り替え機構付きアンテナが得られる。
【００４３】
また、内導体が筒状の外導体内に同軸に配設され、外導体の一端を入出力端子とし、他端を短絡端子としてなる同軸線路と、地導体が一面上に設けられ、該地導体を上記外導体の外周面に接するように上記同軸線路の周方向に配設された複数の誘電体基板と、上記複数の誘電体基板のそれぞれの他面上に設けられた複数のパッチアンテナと、上記複数のパッチアンテナのそれぞれから延出され、その先端を開放端とするように上記複数の誘電体基板のそれぞれの他面上に設けられた複数の入出力線路と、長軸方向が上記入出力線路に直交するように上記外導体および上記複数の誘電体基板のそれぞれを貫通して設けられ、上記同軸線路と上記複数の入出力線路とをそれぞれ結合する複数の結合孔と、上記複数の入出力線路のそれぞれの開放端を開放状態または短絡状態にする複数の半導体スイッチとを備えているので、同軸線路から結合孔を介して直接パッチアンテナを給電でき、装置を低損失に構成できるとともに、半導体スイッチの実装が容易となる。
【００４４】
また、内導体が筒状の外導体内に同軸に配設され、外導体の一端を入出力端子とし、他端を短絡端子としてなる同軸線路と、地導体が一面上に設けられ、該地導体を上記外導体の外周面に接するように上記同軸線路の周方向に配設された複数の誘電体基板と、上記複数の誘電体基板のそれぞれの他面上に設けられた複数のパッチアンテナと、上記複数のパッチアンテナのそれぞれから延出され、その先端を開放端とするように上記複数の誘電体基板のそれぞれの他面上に設けられた複数の入出力線路と、長軸方向が上記入出力線路に直交するように上記外導体および上記複数の誘電体基板のそれぞれを貫通して設けられ、上記同軸線路と上記複数の入出力線路とをそれぞれ結合する複数の結合孔と、上記複数の結合孔の各結合孔上に設けられ、上記同軸線路と上記入出力線路との結合を制御する複数の半導体スイッチとを備えているので、同軸線路から結合孔を介して直接パッチアンテナを給電でき、装置を低損失に構成できるとともに、半導体スイッチの個数を少なくして低コスト化を図ることができる。
【００４５】
また、同軸線路形のフィルタが上記同軸線路の上記入出力端子に接続されているので、フィルタにより設定した周波数のみが同軸線路に入射されて、アンテナから放射されるようになり、フィルタ機能を兼ね備えたアンテナが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る切り替え機構付きアンテナの概略構成を示す斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る切り替え機構付きアンテナを示す縦断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る切り替え機構付きアンテナの円形同軸線路を示す横断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る切り替え機構付きアンテナの円形同軸線路の電界と磁界分布を説明する図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る切り替え機構付きアンテナの概略構成を示す斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る切り替え機構付きアンテナを示す縦断面図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係る切り替え機構付きアンテナの円形同軸線路を示す横断面図である。
【図８】この発明の実施の形態３に係る切り替え機構付きアンテナを示す分解斜視図である。
【図９】この発明の実施の形態４に係る切り替え機構付きアンテナを示す縦断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態４に係る切り替え機構付きアンテナを示す横断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態５に係る切り替え機構付きアンテナの概略構成を示す斜視図である。
【図１２】この発明の実施の形態６に係る切り替え機構付きアンテナの概略構成を示す斜視図である。
【図１３】この発明の実施の形態７に係る切り替え機構付きアンテナの概略構成を示す斜視図である。
【図１４】従来のアンテナ装置の概略構成を示す平面図である。
【図１５】図１４のＸＶ−ＸＶ矢視断面図である。
【符号の説明】
１、１Ａ円形同軸線路、２、２Ａ、１４内導体、３、３Ａ、１５外導体、４、１７入出力端子、５、１８短絡端、６導波管スロットアレーアンテナ、７、２１放射スロット、１０、１９結合孔、１１ダイオードスイッチ（半導体スイッチ）、１６溝、２０導体（導体板）、２２導体（線路）、３０フィルタ、３１誘電体基板、３２地導体、３３パッチアンテナ、３４入出力線路、１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６切り替え機構付きアンテナ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an antenna with a switching mechanism used mainly in a VHF band, a UHF band, a microwave band, and a millimeter wave band.
[0002]
[Prior art]
FIG. 14 is a plan view showing a schematic configuration of a conventional antenna device shown in, for example, IEEE GaAs IC Symposium, Tech. Digest, 1991, pp135-138 and IEEE Communications Magazine, pp58-64, April, 1991, and FIG. 14 is a cross-sectional view taken along line XV-XV in FIG.
14 and 15, the dielectric substrate 40 has a disk shape, and a ground conductor 41 is formed on one surface thereof, and strip conductors 42, 43, and 44 and input / output terminals 45 are formed on the other surface. . These dielectric substrate 40, ground conductor 41, and strip conductors 42, 43, 44 constitute a microstrip line. Further, on the other surface of the dielectric substrate 40, an SP3T switch 46 and an SPDT switch 47 formed of a plurality of diodes are provided.
The horn antenna 50 has a rectangular cross-sectional shape, and the cross-sectional shape is formed into a tapered shape that gradually widens toward the opening side that radiates radio waves. The throat side end of the horn antenna 50 is a short-circuited end. Six horn antennas 50 are arranged on one surface of the dielectric substrate 40 in the circumferential direction with the opening side facing the outer peripheral side. A coaxial waveguide converter 51 is disposed on the dielectric substrate 40 so as to be airtightly connected to the short-circuit ends of the horn antennas 50. Also, a conductor rod 52 is inserted through a through hole (not shown), and is disposed at a position about 1/4 wavelength away from the short-circuited end of the horn antenna 50 in each coaxial waveguide converter 51. The end of each conductor bar 52 is connected to the strip conductor 42.
The strip conductor 44 connected to the input / output terminal 45 is switchably connected to the two strip conductors 43 by the SPDT switch 47, and each strip 43 is switchably connected to the three switch conductors 42 by the SP3T switch 46. Thus, six connection lines are configured.
[0003]
Next, the operation of the conventional antenna device will be described.
When a radio wave enters from the input / output terminal 45, the incident radio wave is selectively fed to one of the six connection lines finally by one SPDT switch 47 and two SP3T switches 46. Then, power is supplied to one horn antenna 50 through the conductive rod 52 and the coaxial waveguide converter 51, and radio waves are radiated into the air.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, since the conventional antenna device has an antenna switching mechanism constituted by a lossy microstrip line and a branch circuit that is difficult to match with a plurality of semiconductor switches, when the number of antennas to be switched increases, There is a problem that the loss of a plurality of semiconductor switches included in the path and the loss of the microstrip line constituting the circuit are superimposed, and the loss of the entire antenna device is increased.
[0005]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain an antenna with a switching mechanism that can switch and drive a plurality of antennas with low loss.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the antenna with a switching mechanism according to the present invention, an inner conductor is coaxially disposed in a cylindrical outer conductor, one end of the outer conductor is used as an input / output terminal, and the other end is used as a short-circuit terminal. A plurality of waveguide slot array antennas disposed in the circumferential direction of the coaxial line so as to be in contact with the outer peripheral surface of the coaxial line, and the coaxial line and the plurality of waveguide slot array antennas, respectively. A plurality of coupling holes, and a plurality of semiconductor switches provided on the coupling holes of the plurality of coupling holes and controlling the coupling between the coaxial line and the waveguide slot array antenna.
[0007]
Each of the plurality of waveguide slot array antennas has a groove provided on the outer peripheral surface of the outer conductor and a plurality of radiation slots so that the groove direction coincides with the axial direction of the coaxial line. And a conductor plate disposed on the outer conductor so as to close the groove.
[0008]
Further, a signal line for controlling and driving the semiconductor switch is disposed on the outer peripheral surface of the outer conductor.
[0009]
In addition, a cylindrical inner conductor is coaxially disposed in the cylindrical outer conductor, one end of the outer conductor serves as an input / output terminal, and the other end serves as a short-circuit terminal, and an inner peripheral surface of the inner conductor. A plurality of waveguide slot array antennas arranged in the circumferential direction of the coaxial line so as to contact each other, and a plurality of couplings provided to couple the coaxial line and the plurality of waveguide slot array antennas, respectively. And a plurality of semiconductor switches provided on each coupling hole of the plurality of coupling holes and controlling coupling between the coaxial line and the waveguide slot array antenna.
[0010]
In addition, the inner conductor is coaxially disposed in the cylindrical outer conductor, one end of the outer conductor serves as an input / output terminal, and the other end serves as a short-circuit terminal, and a ground conductor is provided on one surface. A plurality of dielectric substrates disposed in the circumferential direction of the coaxial line so that the conductor is in contact with the outer peripheral surface of the outer conductor, and a plurality of patch antennas provided on the other surfaces of the plurality of dielectric substrates, respectively. A plurality of input / output lines extending from each of the plurality of patch antennas and provided on the other surface of each of the plurality of dielectric substrates so as to have open ends thereof, and a major axis direction thereof A plurality of coupling holes provided through the outer conductor and the plurality of dielectric substrates so as to be orthogonal to the input / output lines, and coupling the coaxial line and the plurality of input / output lines; Open end of each of multiple input / output lines Is obtained by a plurality of semiconductor switches that open or short-circuit condition.
[0011]
In addition, the inner conductor is coaxially disposed in the cylindrical outer conductor, one end of the outer conductor serves as an input / output terminal, and the other end serves as a short-circuit terminal, and a ground conductor is provided on one surface. A plurality of dielectric substrates disposed in the circumferential direction of the coaxial line so that the conductor is in contact with the outer peripheral surface of the outer conductor, and a plurality of patch antennas provided on the other surfaces of the plurality of dielectric substrates, respectively. A plurality of input / output lines extending from each of the plurality of patch antennas and provided on the other surface of each of the plurality of dielectric substrates so as to have open ends thereof, and a major axis direction thereof A plurality of coupling holes provided through the outer conductor and the plurality of dielectric substrates so as to be orthogonal to the input / output lines, and coupling the coaxial line and the plurality of input / output lines; Provided on each coupling hole of a plurality of coupling holes It is obtained by a plurality of semiconductor switches for controlling the coupling between the coaxial line and the output line.
[0012]
A coaxial line type filter is connected to the input / output terminal of the coaxial line.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
Embodiment 1 FIG.
1 is a perspective view showing a schematic configuration of an antenna with a switching mechanism according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the antenna with a switching mechanism shown in FIG. 1, and FIG. 3 is shown in FIG. It is a cross-sectional view showing a circular coaxial line of an antenna with a switching mechanism.
1 to 3, a circular coaxial line 1 includes a cylindrical outer conductor 3 having a hexagonal outer peripheral shape, an inner conductor 2 disposed coaxially within the outer conductor 3, and other outer conductors 3. It is comprised from the short circuit end 5 which plugs up an end. One end of the outer conductor 3 is opened to constitute the input / output terminal 4.
The waveguide slot array antenna 6 is formed by forming a plate-like conductor into a rectangular parallelepiped box shape, and a plurality of elongated radiating slots 7 are formed on the main surface so that the major axis direction coincides with the longitudinal direction of the antenna 6. Has been. The end faces facing in the longitudinal direction of the waveguide slot array antenna 6 constitute first and second short-circuit ends 8 and 9, respectively.
The waveguide slot array antenna 6 has a surface facing the main surface in contact with the outer peripheral surface of the outer conductor 3 and extends the second short-circuited end 9 outward in the axial direction of the circular coaxial line 1. The six are attached to the outer circumference of the circular coaxial line 1 in the circumferential direction. Further, the elongated coupling hole 10 passes through the outer conductor 3 and the surface facing the main surface of each waveguide slot array antenna 6 with the major axis direction orthogonal to the axial direction of the circular coaxial line 1. Is provided. Furthermore, a diode switch 11 as a semiconductor switch is provided so as to short-circuit the opposing wide surfaces of each coupling hole 10.
Here, the engagement hole 10 is provided at a position that is 1/2 wavelength away from both the short-circuit end 5 of the circular coaxial line 1 and the first short-circuit end 8 of the waveguide slot array antenna 6.
[0014]
Next, the operation of the antenna 100 with the switching mechanism configured as described above will be described.
When electric power is input from the input / output terminal 4 of the circular coaxial line 1, the electromagnetic field distribution inside the circular coaxial line 1 is a uniform radial pattern from the inner conductor 2 toward the outer conductor 3 as shown in FIG. 4. It has an electric field component and a uniform magnetic field component in the circumferential direction perpendicular to the electric field. Since one terminal of the circular coaxial line 1 is the short-circuited end 5, a standing wave reaches inside the circular coaxial line 1, and the electric field component is minimum at a position 1/2 wavelength away from the short-circuited end 5, and The magnetic field component is maximized. Therefore, since the coupling hole 10 that communicates the inside of the circular coaxial line 1 and the inside of the waveguide slot array antenna 6 is located at a position that is 1/2 wavelength away from the short-circuited end 5, the power passes through the coupling hole 10. Thus, power is efficiently supplied to the waveguide slot array antenna 6.
Here, the potential of the drive terminal (not shown) of the diode switch 11 corresponding to each waveguide slot array antenna 6 is controlled to turn off only the diode switch 11 corresponding to one waveguide slot array antenna 6. And the diode switch 11 corresponding to the remaining waveguide slot array antenna 6 is turned ON. The coupling hole 10 in which the diode switch 11 is OFF is in a released state, and the coupling hole 10 in which the diode switch 11 is ON is in a short circuit state. Therefore, the power input from the input / output terminal 4 is fed to the waveguide slot array antenna 6 through the coupling hole 10 in which the diode switch 11 is OFF, and the radio wave is radiated into the space from the radiation slot 7. .
Therefore, by controlling ON / OFF of the diode switch 11, the six waveguide slot array antennas 6 can be switched to radiate radio waves from any waveguide slot array antenna 6.
[0015]
Thus, according to the first embodiment, since the switching circuit is constituted by the circular coaxial line 1, the waveguide slot array antenna 6 and the diode switch 11, a lossy microstrip line becomes unnecessary, and Only one diode switch 11 is required in the path, and an antenna with a switching mechanism with reduced loss can be obtained.
Further, since power can be directly fed from the circular coaxial line 1 to the waveguide slot array antenna 6 through the coupling hole 10, loss can be reduced.
[0016]
Embodiment 2. FIG.
5 is a perspective view showing a schematic configuration of an antenna with a switching mechanism according to Embodiment 2 of the present invention, FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing the antenna with a switching mechanism shown in FIG. 5, and FIG. 7 is shown in FIG. It is a cross-sectional view showing a circular coaxial line of an antenna with a switching mechanism.
5 to 7, a circular coaxial line 1A includes a cylindrical outer conductor 3A, an inner conductor 2A formed in a cylindrical shape whose inner peripheral shape is a hexagon, and is coaxially disposed in the outer conductor 3A. The shorting end 5 closes the other end of the outer conductor 3A. Note that one end of the outer conductor 3 </ b> A is opened to constitute the input / output terminal 4.
The waveguide slot array antenna 6 is formed by forming a plate-like conductor into a rectangular parallelepiped box shape, and a plurality of elongated radiating slots 7 are formed on the main surface so that the major axis direction coincides with the longitudinal direction of the antenna 6. Has been. The end faces facing in the longitudinal direction of the waveguide slot array antenna 6 constitute first and second short-circuit ends 8 and 9, respectively.
The waveguide slot array antenna 6 has a main surface in contact with the inner peripheral surface of the inner conductor 2A, and the second short-circuited end 9 extends outward in the axial direction of the circular coaxial line 1A. Six are attached in the circumferential direction to the inner periphery of the coaxial line 1A. Further, an elongated coupling hole 10 is provided so as to penetrate the main surface of the waveguide slot array antenna 6 and the inner conductor 2A with the major axis direction orthogonal to the axial direction of the circular coaxial line 1A. Furthermore, the diode switch 11 is provided so as to short-circuit the opposing wide surfaces of the coupling hole 10.
Here, the engagement hole 10 is provided at a position that is 1/2 wavelength away from both the short-circuit end 5 of the circular coaxial line 1A and the first short-circuit end 8 of the waveguide slot array antenna 6.
[0017]
Also in the antenna 101 with the switching mechanism configured as described above, when electric power is input from the input / output terminal 4 of the circular coaxial line 1A, the electric field is located at a position 1/2 wavelength away from the short-circuited end 5 inside the circular coaxial line 1A. The component is minimum and the magnetic field component is maximum. The coupling hole 10 is located at a position half a wavelength away from the short-circuit end 5, and power is efficiently supplied to the waveguide slot array antenna 6 through the coupling hole 10.
Therefore, only the diode switch 11 corresponding to one waveguide slot array antenna 6 is turned OFF, and the diode switch 11 corresponding to the remaining waveguide slot array antenna 6 is turned ON, so that the input from the input / output terminal 4 is performed. The generated power is fed to the waveguide slot array antenna 6 through the coupling hole 10 in which the diode switch 11 is OFF, and radio waves are radiated from the radiation slot 7 into the space.
[0018]
Therefore, also in the second embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
Further, according to the second embodiment, since the waveguide slot array antenna 6 is disposed on the inner peripheral side of the cylindrical coaxial line 1A, the apparatus can be reduced in size.
[0019]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 8 is an exploded perspective view showing an antenna with a switching mechanism according to Embodiment 3 of the present invention.
In FIG. 8, the outer conductor 15 has a cylindrical shape, and the groove 16 is provided on the outer peripheral surface thereof in parallel with the axis. Although only one groove 16 is shown for convenience, six grooves 16 are actually provided in the circumferential direction. The inner conductor 14 is coaxially disposed in the outer conductor 15, and the short-circuit end 18 is attached so as to close the other end of the outer conductor 15. One end of the outer conductor 15 is opened to constitute an input / output terminal 17.
Further, the elongated coupling hole 19 penetrates the outer conductor 15 at a position that is a half wavelength away from the short-circuit end 18 on the bottom surface of the groove 16 so that the major axis direction is perpendicular to the axis of the outer conductor 15. It is provided as follows. The diode switch 11 is provided so as to short-circuit the opposed wide surfaces of the coupling hole 19.
The conductor 20 as a conductor plate has a cylindrical shape formed with an inner diameter equivalent to the outer diameter of the outer conductor 15, and the outer conductor 15 is inserted therein. The conductor 20 is provided with a number of elongated radiation slots 21 in a region corresponding to the groove 16 provided in the outer conductor 15 with the major axis direction aligned with the axial direction. Although the radiation slot 21 is illustrated so as to correspond to only one groove 16 for convenience, it is actually provided to correspond to each of the six grooves 16.
[0020]
In the antenna 102 with the switching mechanism configured as described above, the groove 16 provided on the outer peripheral surface of the outer conductor 15 is surrounded by the short-circuit end 18 and the conductor 20 to form a waveguide. That is, this switching mechanism-equipped antenna 102 has a configuration equivalent to that of the first embodiment in which six waveguide slot array antennas are arranged in the circumferential direction on the outer periphery of the circular coaxial line.
Therefore, by turning off only one diode switch 11 and turning on the remaining diode switches 11, the power input from the input / output terminal 4 is passed through the coupling hole 19 in which the diode switch 11 is turned off. Power is fed into the groove 16 and radio waves are radiated into the space from the radiation slot 21.
[0021]
Therefore, also in the third embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
Further, according to the third embodiment, the circular coaxial line and the waveguide slot array antenna can be integrated, the number of parts is reduced, the manufacturing is facilitated, and the cost is reduced.
[0022]
In the third embodiment, the grooves 16 provided in the outer conductor 15 are collectively closed using the cylindrical conductor 20, but the outer conductor is formed by using an elongated conductor plate having an arc-shaped cross section. Each groove 16 provided in the conductor 15 may be closed. In this case, each conductor plate is provided with a radiation slot.
[0023]
Embodiment 4 FIG.
9 is a longitudinal sectional view showing an antenna with a switching mechanism according to Embodiment 4 of the present invention, and FIG. 10 is a transverse sectional view showing a circular coaxial line of the antenna with a switching mechanism shown in FIG.
9 and 10, a cylindrical first dielectric substrate 23 having a conductor 22 formed on one surface and a ground conductor 25 formed on the other surface is disposed outside the circular coaxial line 1 with the ground conductor 25 inside. It is joined to the outer peripheral surface of the conductor 3. Furthermore, a cylindrical second dielectric substrate 24 having a ground conductor 26 formed on one surface is joined to the outer peripheral surface of the first dielectric substrate 23 with the ground conductor 26 facing outside. Then, the waveguide slot array antenna 6 has the surface facing the main surface joined to the outer peripheral surface of the ground conductor 26 in an insulated state, and the second short-circuited end 9 is outward in the axial direction of the circular coaxial line 1. 6 are attached to the outer periphery of the circular coaxial line 1 in the circumferential direction. Further, the elongated coupling hole 10 has a long axis direction orthogonal to the axial direction of the circular coaxial line 1 and faces the main surface of each waveguide slot array antenna 6, the outer conductor 3, and the first and second conductors. It is provided so as to penetrate through the dielectric substrates 23 and 24. Furthermore, a diode switch 11 as a semiconductor switch is provided so as to short-circuit the opposing wide surfaces of each coupling hole 10.
Here, the engagement hole 10 is provided at a position that is 1/2 wavelength away from both the short-circuit end 5 of the circular coaxial line 1 and the first short-circuit end 8 of the waveguide slot array antenna 6. The conductor 22 is patterned into six corresponding to each diode switch 11 so as to be a signal line for controlling and driving the diode switch 11. Further, the drive terminal of each diode switch 11 is electrically connected to the ground conductor 26.
[0024]
Also in the antenna 103 with the switching mechanism configured as described above, when electric power is input from the input / output terminal 4 of the circular coaxial line 1, the electric field is located at a position 1/2 wavelength away from the short-circuited end 5 inside the circular coaxial line 1. The component is minimum and the magnetic field component is maximum. The coupling hole 10 is located at a position half a wavelength away from the short-circuit end 5, and power is efficiently supplied to the waveguide slot array antenna 6 through the coupling hole 10.
In addition, when a voltage is supplied to the conductor 22, a predetermined potential is induced at the portion of the ground conductor 26 that faces the conductor 22. As a result, the drive terminal of the diode switch 11 electrically connected to the ground conductor 26 has a predetermined potential, and the diode switch 11 is turned on. Since the conductors 22 are patterned in six so as to correspond to the respective diode switches 11, the ON / OFF control of the respective diode switches 11 is performed by controlling the supply of voltage to the respective lines on which the conductors 22 are patterned. can do.
Therefore, the power supply to each line of the conductor 22 is controlled so that only the diode switch 11 corresponding to one waveguide slot array antenna 6 is turned OFF, and the diode switch 11 corresponding to the remaining waveguide slot array antenna 6 is turned off. By turning ON, the power input from the input / output terminal 4 is fed to the waveguide slot array antenna 6 through the coupling hole 10 in which the diode switch 11 is OFF, and the radio wave is transmitted from the radiation slot 7. Radiated into space.
[0025]
Therefore, also in the fourth embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
Further, according to the fourth embodiment, the circular coaxial line 1 and the signal line for controlling and driving the diode switch 11 can be integrated, and the apparatus can be miniaturized.
[0026]
Here, in the fourth embodiment, the ground conductor 26 is not divided so as to correspond to each diode switch 11, but the distance between the patterned lines of the conductor 22 is sufficiently large, so that power is supplied. The diode switch 11 corresponding to the other line is turned on, but the other diode switches 11 are not turned on. It goes without saying that the ground conductor 26 may be divided so as to correspond to each diode switch 11.
[0027]
Embodiment 5 FIG.
FIG. 11 is a perspective view showing a schematic configuration of an antenna with a switching mechanism according to Embodiment 5 of the present invention.
As shown in FIG. 11, the antenna 104 with a switching mechanism according to the fifth embodiment is configured by connecting a cylindrical coaxial line type filter 30 to the input / output terminal 4 of the circular coaxial line 1 in series.
Therefore, in the antenna 104 with the switching mechanism, only the incident wave having the frequency set by the filter 30 is incident on the circular coaxial line 1 and radiated from the waveguide slot array antenna 6.
Thus, according to the fifth embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, an antenna that also functions as a filter is obtained.
[0028]
In the fifth embodiment, the filter 30 is connected to the antenna 100 with the switching mechanism according to the first embodiment. However, the same applies even if the filter 30 is connected to the antenna with the switching mechanism according to another embodiment. An effect is obtained.
[0029]
Embodiment 6 FIG.
FIG. 12 is a perspective view showing a schematic configuration of an antenna with a switching mechanism according to Embodiment 6 of the present invention.
In FIG. 12, six dielectric substrates 31 are arranged in the circumferential direction on the circular coaxial line 1 with ground conductors 32 formed on one surface in close contact with the outer peripheral surface of the outer conductor 3. Further, an elongated coupling hole 10 is provided so as to penetrate each dielectric substrate 31 and the outer conductor 3 with its long axis direction orthogonal to the axial direction of the circular coaxial line 1. On the other surface of each dielectric substrate 31, a pair of patch antennas 33 made of conductors are provided opposite to each other across the wide side of the coupling hole 10, and a pair of input / output lines 34 made of conductors are respectively connected to the patch antennas. 33 is provided so as to cross the coupling hole 10 and to have an open end at the front end. The diode switch 11 is provided so as to short-circuit the open end of each input / output line 34 and the ground conductor 32.
Here, each input / output line 34 is orthogonal to the major axis direction of the coupling hole 10, and the position that is a quarter wavelength away from the coupling hole 10 is an open end. Further, each engagement hole 10 is provided at a position 5/2 wavelength away from the short-circuit end 5 of the circular coaxial line 1. One end of the diode switch 11 is connected to the open end of the input / output line 34, and the other end is connected to the ground conductor 32 through a through hole provided in the dielectric substrate 31.
[0030]
In the antenna 105 with the switching mechanism configured as described above, when the diode switch 11 is turned on, the open end of the input / output line 34 is short-circuited, and the current flowing through the line on the coupling hole 10 that is a quarter wavelength away from the open end. Is minimal. Therefore, the input / output line 34 does not engage with the magnetic field of the coupling hole 10, and the circular coaxial line 1 and the input / output line 34 are not coupled.
On the other hand, when the diode switch 11 is turned off, the open end of the input / output line 34 is opened, and the current flowing through the line on the coupling hole 10 that is a quarter wavelength away from the open end is maximized. Therefore, the input / output line 34 is engaged with the magnetic field of the coupling hole 10, and the circular coaxial line 1 and the input / output line 34 are coupled.
Therefore, the diode switch 11 is controlled and driven, and only the diode switch 11 corresponding to one coupling hole 10 is turned OFF, and the diode switch 11 corresponding to the remaining coupling holes 10 is turned ON. The input power is fed to the patch antenna 33 through the coupling hole 10 and the input / output line 34 in which the diode switch 11 is OFF, and radio waves are radiated from the patch antenna 33 to the space.
[0031]
As described above, according to the sixth embodiment, the circular coaxial line 1, the patch antenna 33, the input / output line 34, and the diode switch 11 that opens or shorts the open end of the input / output line 34 are configured. Therefore, the loss can be reduced, the size can be reduced, and the diode switch 11 can be easily mounted.
[0032]
In the sixth embodiment, one terminal of the diode switch 11 is described as being connected to the ground conductor 32 through a through hole provided in the dielectric substrate 31. Alternatively, a 1/4 wavelength open-ended line may be newly provided, and one terminal of the diode switch 11 may be connected to the line.
[0033]
In the sixth embodiment, the front end of the input / output line 34 that is 1/4 wavelength away from the coupling hole 10 is described as an open end, but it is 1/2 wavelength away from the coupling hole 10. The front end of the input / output line 34 may be an open end.
In this case, at a position on the coupling hole that is 1/2 wavelength away from the open end of the input / output line, the current becomes maximum when the diode switch is ON, and the current becomes minimum when the diode switch is OFF. Therefore, by turning on only the diode switch corresponding to one coupling hole and turning off the diode switch corresponding to the remaining coupling holes, the power input from the input / output terminal is turned on. Power is supplied to the patch antenna through the coupling hole and the input / output line, and radio waves are radiated from the patch antenna to the space.
[0034]
In the sixth embodiment, the coupling hole 10 is provided at a position 5/2 wavelength away from the short-circuited end 5 of the circular coaxial line 1. However, the position of the coupling hole 10 is the circular coaxial line. The position may be a position that is N / 2 wavelengths (N: odd number) away from one short-circuit end 5, and may be, for example, a position that is 1/2 wavelength or 3/2 wavelength away.
In the sixth embodiment, a pair of patch antennas 33 is provided for one coupling hole 10, but it is not always necessary to provide a pair of patch antennas 33 for one coupling hole 10. One antenna 33 may be provided.
[0035]
Embodiment 7 FIG.
In the sixth embodiment, the diode switch 11 is provided so as to short-circuit the open end of each input / output line 34 and the ground conductor 32. In the seventh embodiment, as shown in FIG. A diode switch 11 is provided so as to short-circuit the opposing wide surfaces of each coupling hole 10. Other configurations are the same as those in the sixth embodiment.
[0036]
Also in the antenna 106 with the switching mechanism configured as described above, the coupling hole 10 is short-circuited when the diode switch 11 is turned on, and the coupling hole 10 is opened when the diode switch 11 is turned off. The coupling between the line 1 and the input line 34 is controlled.
Therefore, also in the seventh embodiment, the same effect as in the sixth embodiment can be obtained.
Further, according to the seventh embodiment, the number of diode switches 11 can be reduced as compared with the sixth embodiment, and the cost can be reduced accordingly.
[0037]
In each of the above embodiments, the diode switch 11 is used as the semiconductor switch. However, the same effect can be obtained by using a semiconductor switch such as an FET.
In each of the above embodiments, description has been made using six waveguide slot array antennas, but the number of waveguide slot array antennas is not limited to six.
[0038]
【The invention's effect】
Since this invention is comprised as mentioned above, there exists an effect as described below.
[0039]
According to this invention, the inner conductor is coaxially disposed in the cylindrical outer conductor, the coaxial conductor having one end of the outer conductor as an input / output terminal and the other end as a short-circuit terminal, and the outer peripheral surface of the outer conductor. A plurality of waveguide slot array antennas arranged in the circumferential direction of the coaxial line so as to contact each other, and a plurality of couplings provided to couple the coaxial line and the plurality of waveguide slot array antennas, respectively. And a plurality of semiconductor switches provided on each coupling hole of the plurality of coupling holes and controlling the coupling between the coaxial line and the waveguide slot array antenna. The waveguide slot array antenna can be fed directly from the coaxial line through the coupling hole, and an antenna with a low-loss switching mechanism can be obtained.
[0040]
Each of the plurality of waveguide slot array antennas has a groove provided on the outer peripheral surface of the outer conductor and a plurality of radiation slots so that the groove direction coincides with the axial direction of the coaxial line. And since it is comprised from the conductor plate arrange | positioned at the said outer conductor so that this groove | channel may be plugged up, a coaxial line and a waveguide slot array antenna can be integrated, and manufacture becomes easy.
[0041]
Further, since the signal line for controlling and driving the semiconductor switch is disposed on the outer peripheral surface of the outer conductor, the line for controlling and driving the semiconductor switch can be integrated with the coaxial line, and the apparatus can be miniaturized.
[0042]
In addition, a cylindrical inner conductor is coaxially disposed in the cylindrical outer conductor, one end of the outer conductor serves as an input / output terminal, and the other end serves as a short-circuit terminal, and an inner peripheral surface of the inner conductor. A plurality of waveguide slot array antennas arranged in the circumferential direction of the coaxial line so as to contact each other, and a plurality of couplings provided to couple the coaxial line and the plurality of waveguide slot array antennas, respectively. And a plurality of semiconductor switches provided on each coupling hole of the plurality of coupling holes and controlling the coupling between the coaxial line and the waveguide slot array antenna. The waveguide slot array antenna can be directly fed from the coaxial line through the coupling hole, and a low loss and small antenna with a switching mechanism can be obtained.
[0043]
In addition, the inner conductor is coaxially disposed in the cylindrical outer conductor, one end of the outer conductor serves as an input / output terminal, and the other end serves as a short-circuit terminal, and a ground conductor is provided on one surface. A plurality of dielectric substrates disposed in the circumferential direction of the coaxial line so that the conductor is in contact with the outer peripheral surface of the outer conductor, and a plurality of patch antennas provided on the other surfaces of the plurality of dielectric substrates, respectively. A plurality of input / output lines extending from each of the plurality of patch antennas and provided on the other surface of each of the plurality of dielectric substrates so as to have open ends thereof, and a major axis direction thereof A plurality of coupling holes provided through the outer conductor and the plurality of dielectric substrates so as to be orthogonal to the input / output lines, and coupling the coaxial line and the plurality of input / output lines; Open end of each of multiple input / output lines Since it has a plurality of semiconductor switches that are open or short-circuited, the patch antenna can be fed directly from the coaxial line through the coupling hole, the device can be configured with low loss, and the semiconductor switch can be easily mounted. .
[0044]
In addition, the inner conductor is coaxially disposed in the cylindrical outer conductor, one end of the outer conductor serves as an input / output terminal, and the other end serves as a short-circuit terminal, and a ground conductor is provided on one surface. A plurality of dielectric substrates disposed in the circumferential direction of the coaxial line so that the conductor is in contact with the outer peripheral surface of the outer conductor, and a plurality of patch antennas provided on the other surfaces of the plurality of dielectric substrates, respectively. A plurality of input / output lines extending from each of the plurality of patch antennas and provided on the other surface of each of the plurality of dielectric substrates so as to have open ends thereof, and a major axis direction thereof A plurality of coupling holes provided through the outer conductor and the plurality of dielectric substrates so as to be orthogonal to the input / output lines, and coupling the coaxial line and the plurality of input / output lines; Provided on each coupling hole of a plurality of coupling holes Since it has a plurality of semiconductor switches for controlling the coupling between the coaxial line and the input / output line, the patch antenna can be directly fed from the coaxial line through the coupling hole, and the device can be configured with low loss, and the semiconductor Cost can be reduced by reducing the number of switches.
[0045]
In addition, since a coaxial line type filter is connected to the input / output terminal of the coaxial line, only the frequency set by the filter is incident on the coaxial line and radiated from the antenna, which also has a filter function. Antenna is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an antenna with a switching mechanism according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing an antenna with a switching mechanism according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a circular coaxial line of an antenna with a switching mechanism according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining electric field and magnetic field distribution of a circular coaxial line of the antenna with a switching mechanism according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing a schematic configuration of an antenna with a switching mechanism according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing an antenna with a switching mechanism according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a circular coaxial line of an antenna with a switching mechanism according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 8 is an exploded perspective view showing an antenna with a switching mechanism according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing an antenna with a switching mechanism according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 10 is a transverse sectional view showing an antenna with a switching mechanism according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 11 is a perspective view showing a schematic configuration of an antenna with a switching mechanism according to Embodiment 5 of the present invention.
FIG. 12 is a perspective view showing a schematic configuration of an antenna with a switching mechanism according to Embodiment 6 of the present invention.
FIG. 13 is a perspective view showing a schematic configuration of an antenna with a switching mechanism according to Embodiment 7 of the present invention.
FIG. 14 is a plan view showing a schematic configuration of a conventional antenna device.
15 is a cross-sectional view taken along arrow XV-XV in FIG.
[Explanation of symbols]
1, 1A circular coaxial line, 2, 2A, 14 inner conductor, 3, 3A, 15 outer conductor, 4, 17 input / output terminal, 5, 18 short-circuited end, 6 waveguide slot array antenna, 7, 21 radiation slot, 10, 19 coupling hole, 11 diode switch (semiconductor switch), 16 groove, 20 conductor (conductor plate), 22 conductor (line), 30 filter, 31 dielectric substrate, 32 ground conductor, 33 patch antenna, 34 input / output line , 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106 Antenna with switching mechanism.

Claims

An inner conductor is coaxially arranged in a cylindrical outer conductor, one end of the outer conductor is an input / output terminal, and the other end is a coaxial line as a short-circuit terminal,
A plurality of waveguide slot array antennas arranged in the circumferential direction of the coaxial line so as to be in contact with the outer peripheral surface of the outer conductor;
A plurality of coupling holes provided to couple the coaxial line and the plurality of waveguide slot array antennas;
An antenna with a switching mechanism, comprising: a plurality of semiconductor switches provided on each coupling hole of the plurality of coupling holes and controlling the coupling between the coaxial line and the waveguide slot array antenna.

Each of the plurality of waveguide slot array antennas is provided with a groove provided on the outer peripheral surface of the outer conductor such that the groove direction coincides with the axial direction of the coaxial line, and a plurality of radiation slots, 2. The antenna with a switching mechanism according to claim 1, wherein the antenna has a switching plate disposed on the outer conductor so as to close the groove.

2. The antenna with a switching mechanism according to claim 1, wherein a signal line for controlling and driving the semiconductor switch is disposed on an outer peripheral surface of the outer conductor.

A cylindrical inner conductor is coaxially disposed in the cylindrical outer conductor, one end of the outer conductor is an input / output terminal, and the other end is a coaxial line that is a short-circuit terminal,
A plurality of waveguide slot array antennas arranged in the circumferential direction of the coaxial line so as to be in contact with the inner peripheral surface of the inner conductor;
A plurality of coupling holes provided to couple the coaxial line and the plurality of waveguide slot array antennas;
An antenna with a switching mechanism, comprising: a plurality of semiconductor switches provided on each coupling hole of the plurality of coupling holes and controlling the coupling between the coaxial line and the waveguide slot array antenna.

An inner conductor is coaxially arranged in a cylindrical outer conductor, one end of the outer conductor is an input / output terminal, and the other end is a coaxial line as a short-circuit terminal,
A plurality of dielectric substrates provided on one surface, and disposed in the circumferential direction of the coaxial line so that the ground conductor is in contact with the outer peripheral surface of the outer conductor;
A plurality of patch antennas provided on the other surface of each of the plurality of dielectric substrates;
Extending from each of the plurality of patch antennas, a plurality of input / output lines provided on the other surface of each of the plurality of dielectric substrates so that the tip thereof is an open end;
A plurality of couplings provided through the outer conductor and the plurality of dielectric substrates so that the major axis direction is orthogonal to the input / output lines, and coupling the coaxial line and the plurality of input / output lines respectively. Holes,
An antenna with a switching mechanism, comprising: a plurality of semiconductor switches that open or short-circuit each open end of the plurality of input / output lines.

An inner conductor is coaxially arranged in a cylindrical outer conductor, one end of the outer conductor is an input / output terminal, and the other end is a coaxial line as a short-circuit terminal,
A plurality of dielectric substrates provided on one surface, and disposed in the circumferential direction of the coaxial line so that the ground conductor is in contact with the outer peripheral surface of the outer conductor;
A plurality of patch antennas provided on the other surface of each of the plurality of dielectric substrates;
Extending from each of the plurality of patch antennas, a plurality of input / output lines provided on the other surface of each of the plurality of dielectric substrates so that the tip thereof is an open end;
A plurality of couplings provided through the outer conductor and the plurality of dielectric substrates so that the major axis direction is orthogonal to the input / output lines, and coupling the coaxial line and the plurality of input / output lines respectively. Holes,
An antenna with a switching mechanism, comprising: a plurality of semiconductor switches provided on each coupling hole of the plurality of coupling holes and controlling coupling between the coaxial line and the input / output line.

7. The antenna with a switching mechanism according to claim 1, wherein a coaxial line type filter is connected to the input / output terminal of the coaxial line.