JP3872658B2 - 能動寄生素子を有する位相調整アレイ・アンテナ - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、アンテナ、特に位相調整アレイ・アンテナに関する。
【０００２】
【従来技術】
今まで、位相調整アレイ・アンテナは、信号を送信又は受信する能動アンテナ素子のアレイを有するビーム形成部と、寄生アンテナ素子を有する部分とを含んでいた。寄生素子は、信号を送信又は受信しない非能動アンテナ素子だった。寄生素子は、能動アンテナ素子のアレイのエッジ上に位置していた能動素子に均一のインピーダンスを呈するために、能動素子のアレイに隣接していた。これは、アレイのエッジの素子が、アレイの中心の素子とほぼ同じインピーダンスで囲われる結果になった。そこで、エッジ素子に関連する遠視野パターンが、アレイの中心の素子に関連する遠視野パターンと実質的に同じになる。これらの寄生素子の活用は、実際のアンテナの状態を損ねることを意味する。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、能動又はビーム形成アレイ部と、信号の送信又は受信あるいはその両方を行う能動寄生素子とを具備する、位相調整アレイ・アンテナを提供する。寄生素子は、信号の送信又は受信あるいその両方を行うために用いられる能動素子も提供しながら、アンテナの任意の部分のエッジ素子に均一なインピーダンスを呈する二重の意図をになう。能動寄生素子は、アレイ部と同じ周波数で又はアレイ部と異なる周波数で、送信又は受信あるいその両方を実施できる。能動寄生素子は、アレイ部の素子と異なる極性を有することもできる。
【０００４】
【実施例】
図１はダイポール素子１０を示しており、そこでは、信号がポイント１２又は１３あるいその両方の素子で送受信される。不平衡の構成を用いると、信号はポイント１２で送受信され、ポイント１３は通常は接地される。平衡構成を用いると、互いに位相が１８０゜異なる信号が、ポイント１２と１３で送受信される。
【０００５】
図２は、能動又はビーム形成アレイ・アンテナ素子と能動寄生素子とを具備するアンテナ２０を示す。ダイポール・アンテナ素子１０が、カラム３０、３２、３４、３６、３８、４０とに配置してあり、それらは類似の偏波を備えている。カラム３２、３４、３６、３８の素子は、アンテナ２０の能動又はビーム形成アレイ部を構成している。４カラム×６ローのアレイは、図解を意図して図示してあり、他のサイズのアレイも使用できることに注意すべきである。カラム３２、３４、３６、３８の素子に出入する信号は、各々、リード線４４、４６、４８、５０に接続した集合的な送りパターン又はネットワークを経由して送られる。リード線４４、４６、４８、５０上の信号の相対的な位相と振幅とを用いて、アレイ・アンテナ素子で生成したビームの形状と方向とを制御する。集合的な送りパターン又はネットワークを構成する回路導体は、アンテナが多層構造を用いて構成してある場合に、アンテナ２０の前面又は後面又はアレイ２０の内部層に置かる。アレイの素子ごとに別のリード線に接続する個々の送りパターンのように、他の送りパターンを用いて、カラム３２、３４、３６、３８の素子に信号を出入させることもできる。
【０００６】
素子カラム３０と４０は、アンテナに適した能動寄生素子を提供する。カラム３０と４０の寄生素子は、集合的な送りパターン又はネットワークのようなパターンを用いて送られるので、各々、信号リード線６０と６２に送受信される信号を送受信できる。カラム３０と４０の寄生素子の目的は、各々、エッジ・カラム３２と３８のアレイ素子に均一のインピーダンスを呈することにある。例えば、アレイ・アンテナ素子６４は、アレイ・アンテナ素子６６とほぼ同じインピーダンスで囲われている。何故ならば、両方の素子６４と６６は、それらの左右の側面にアンテナ素子を備えているからである。従って、寄生アンテナ素子６８の結果として、アレイ・エッジ素子６４で生成した遠視野パターンは、素子６６で生成した遠視野パターンと実質的に同じになる。
【０００７】
アンテナ２０のアレイ部の素子は、アレイ素子により受信又は送信あるいその両方が実施される信号の搬送波周波数に基づいて離間している。アレイ・アンテナ素子のカラム間の距離７０は搬送波周波数の波長の約半分と等しくすべきであり、アレイ・アンテナ素子のロー間の距離７２は搬送波周波数の波長の約０．８倍にすべきである。カラム３０と４０の能動寄生素子が、アンテナ２０のアレイ部の素子で用いられる同じ周波数で送信又は受信あるいその両方を行う時に、寄生素子カラムとアレイ素子のエッジ・カラムとの間の距離７４は、搬送波周波数の波長の約０．８倍以内に、望ましくは搬送波周波数の波長の約半分ににすべきである。寄生素子のロー間の距離７６は、搬送波周波数の波長の約０．８倍にすべきである。アレイ素子と寄生素子とに対して異なる搬送波周波数を使用できる。異なる周波数を用いる場合、アレイ素子と寄生素子とで用いる周波数の間の中間周波数は、アンテナ２０上に寄生素子の位置を定める時に基準周波数として使用できる。例えば、アレイ素子が周波数ｆ₁で作動し、寄生素子が高い周波数ｆ₂で作動する場合、基準周波数ｆ_rは、下記のように表される。
ｆ_r ＝ ｆ₁ ＋ （ｆ₂−ｆ₁）／２
【０００８】
この場合に、寄生素子のカラムとアレイ素子の最後のカラムとの間の距離７４は、周波数ｆ_rの波長の約０．８倍より小さく、望ましくは周波数ｆ_rの波長の約半分と等しくすべきである。寄生素子のロー間の距離７６は、周波数ｆ_rの波長の約０．８倍である。
【０００９】
図３は、２つの部分素子を含んでいる能動寄生素子を示す。しかし、２つ以上の部分素子も可能である。この例では、部分素子は、直交する偏波（ボラリゼーション）となるように構成したダイポール素子９０と９２である。ダイポール素子１０に関して述べたように、信号は、ポイント９４又は９６あるいその両方でダイポール９０から送受信される。同様に、信号は、ポイント８８又は８９あるいその両方でダイポール９２から送受信される。
【００１０】
図４は、ダイポール・アレイ素子１０２と寄生素子１０４とを有するアンテナ１００を示す。図１に関連して述べたように、アレイ素子カラム１０６、１０８、１１０、１１２は、各々、信号リード線１１４、１１６、１１８、１２０とにより、まとめて送られる。アンテナ１００のアレイ部は信号の送信又は受信あるいその両方を行うために使用できると共に、アレイ素子で生成したビームの形状と方向が、ライン１１４、１１６、１１８、１２０上の信号の相対的な位相と振幅とを制御することによって制御されることに、注目すべきである。信号は、リード線１２５と１２６を用いて、集合的な送りパターン又はネットワークのような送りパターンを経由して寄生カラム１２２で送信され受信され、そこでは、リード線１２５がダイポール１２８に接続し、リード線１２６がダイポール１３０に接続している。同様に、カラム１２４の寄生素子は、集合的な送りパターン又はネットワークのような送りパターンを経由してリード線１３２とリード線１３４とから信号を送受信し、そこでは、ダイポール１３６がリード線１３２に接続し、ダイポール１３８がリード線１３４に接続している。両方の素子より、むしろ寄生カラムの各々で十字状極性の寄生素子のなかの１つだけ使用できることに注目すべきである。受信用に一方の寄生素子極性と送信用に他方の寄生素子極性を使用することもできる。図４の実施例では、寄生素子は、アレイ素子と同じ極性を有していない。寄生カラム１２２と１２４のダイポールは、アレイ素子に関する極性で４５゜異なっている。この構成は、極性の相違に起因するダイバーシティを呈するために、代わりにアレイ素子に与えられる均一なインピーダンスの低下を解消する。各々寄生素子を構成するダイポールは、互いに９０゜の配向特性を備えている。そこで、寄生素子を構成するダイポール間に優れた極性ダイバーシティを呈しながら、アレイ素子に適度な均一性のインピーダンス環境を呈するという長所を、提供できる。垂直と水平の極性のように他の極性を有する寄生素子が±４５゜極性の代わりに使用できることに注目すべきである。
【００１１】
寄生素子１２８、１３０、１３６、１３８は、アレイ素子と同じ搬送波周波数又はアレイ素子と異なる周波数での送信又は受信あるいその両方に使用できる。異なる搬送波周波数を用いる場合、図２に関連して述べたように、寄生素子の配置は、基準周波数の波長に基づいている。寄生素子がアレイ素子と同時に又はアレイ素子と異なる時に信号を送信又は受信あるいその両方を行うことができる。図２と４のアンテナの寄生素子部とアレイ部の両方に用いたアンテナ素子と部分素子は、ダイポール素子に限定されないことも注目すべきである。スロット又はパッチのような素子も使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ダイポール・アンテナ素子を示す図である。
【図２】能動寄生素子を有する位相調整アレイ・アンテナを示す図である。
【図３】直交する極性を有する２つのダイポール・アンテナ素子を示す図である。
【図４】能動寄生素子がアレイ素子と異なる極性を有する、能動寄生素子を有する位相調整アレイ・アンテナを示す図である。
【符号の説明】
１０ ダイポール素子
１２、１３ ポイント
２０ アンテナ
３０、３２、３４、３６、３８、４０ カラム
４４、４６、４８、５０ リード線
６０、６２ 信号リード線

Claims (10)

1. アンテナであって、
   複数のアレイ素子を、複数の行及び２つの端列を含む複数の列に配列したビーム形成アレイ、及び
   複数の列に配列された複数の能動寄生素子であって、能動寄生素子列は、信号を送信及び／又は受信するとともに、均一なインピーダンスを該端列における該アレイ素子に与えるように該アレイ素子の端列各々の側方に位置し、該列各々における該能動寄生素子が各アレイ素子列におけるアレイ素子に接続された信号導電線とは異なる信号導電線に接続されて該複数の能動寄生素子が該複数のアレイ素子とは独立して信号を送信及び／又は受信するような複数の能動寄生素子
   からなることを特徴とするアンテナ。
2. 前記アレイ素子と前記能動寄生素子とが、ダイポール素子である、請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記アレイ素子と前記能動寄生素子とが、スロット素子である請求項１に記載のアンテナ。
4. 前記アレイ素子が第１のタイプの素子であり、前記能動寄生素子が第２のタイプの素子であり、前記第１のタイプの素子が前記第２のタイプの素子と異なっている請求項１に記載のアンテナ。
5. 前記第１のタイプの素子がダイポール素子であり、前記第２のタイプの素子がスロット素子である請求項４に記載のアンテナ。
6. 前記第１のタイプの素子がスロット素子であり、前記第２のタイプの素子がダイポール素子である請求項４に記載のアンテナ。
7. 前記アレイ素子が前記能動寄生素子と異なる周波数で作動する請求項１に記載のアンテナ。
8. 前記アレイ素子が前記能動寄生素子と異なる時点で作動する請求項１に記載のアンテナ。
9. 前記アレイ素子が前記能動寄生素子と異なる偏波で作動することを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ。
10. 前記異なる偏波が約４５゜である請求項９に記載のアンテナ。

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