JP3912777B2

JP3912777B2 - アレーアンテナ装置

Info

Publication number: JP3912777B2
Application number: JP2002122715A
Authority: JP
Inventors: 攻伊藤; 善彦小西; 昌孝大塚; 貴人福井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2002-04-24
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2022-04-24
Also published as: JP2003318647A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数の素子アンテナを備えたアレーアンテナ装置に関し、特に所定数の素子アンテナをユニット化したアンテナモジュールを組み合わせて構成されたアレーアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、従来のアレーアンテナ装置の開口を示す模式図である。図３において、従来のアレーアンテナ装置１０１は、複数個の素子アンテナ１０２が所定間隔ｄで一列に配列されて構成されたサブアレー部１０３を複数備えている。各サブアレー部１０３は、互いに平行に配置されて電磁波を放射する開口を構成している。このサブアレー部１０３は、３個以上（例えば、４個）の素子アンテナ１０２をユニット化したアンテナモジュール１０４を有している。各アンテナモジュール１０４は、すべて同数個の素子アンテナ１０２を有している。また、サブアレー部１０３内においては、アンテナモジュール１０４はその素子アンテナ１０２が一直線上に並ぶように配置されている。従って、１つのサブアレー部１０３において、アンテナモジュール１０４の個数が多くなるほどそのサブアレー部１０３の長さが長くなるようになっている。
【０００３】
所望の開口形状、即ち例えば円形状の開口形状とするために、開口の中央付近を横切る箇所には長いサブアレー部１０３が配置され、その中央付近から離れるに従って順に短いサブアレー部１０３が配置されている。即ち、サブアレー部１０３を構成するアンテナモジュール１０４の個数が、開口の中央付近のサブアレー部１０３においては多く、中央付近から離れるに従って順に少なくなっている。アンテナモジュール１０４の個数は、サブアレー部１０３ごとにすべて異なるわけではなく、円形状の開口形状に最も近づくように、同数のアンテナモジュール１０４で構成されたサブアレー部１０３が適当数並べられている部分もある。このようにして、アレーアンテナ装置１０１はこの開口形状に対応した所望の励振分布を構成している。
【０００４】
また、サブアレー部１０３の素子アンテナ１０２が一列に配列された方向をＸ方向、このＸ方向に対して垂直な方向をＹ方向とすると、各サブアレー部１０３は、それぞれの素子アンテナ１０２がＹ方向に沿っても一列に配列されるように、配置されている。また、アレーアンテナ装置１０１の開口は、Ｘ方向から視てもＹ方向から視ても左右対称となっている。
【０００５】
図４は、１つのアンテナモジュール１０４の構成を示す模式図である。図４において、各アンテナモジュール１０４は、給電回路１０５からの給電を分配する信号分配器１０６を有している。例えば１つのアンテナモジュール１０４が４個の素子アンテナ１０２を有するとき、各素子アンテナ１０２が２つの信号分配器１０６に２個ずつ信号線１０７により電気的に接続され、この２つの信号分配器１０６が信号線１０７により別の１つの信号分配器１０６に電気的に接続されて給電回路１０５に電気的に接続されている。即ち、信号分配器１０６の電気的配置が二段構成となっており、その個数が素子アンテナ１０２側から少なくなるツリー状を形成している。
【０００６】
このように構成されたアレーアンテナ装置１０１は、個数の異なる素子アンテナ１０２を有して長さが異なるサブアレー部１０３を複数平行に配置して、所望の開口形状に近づけることができ、しかもサブアレー部１０３が例えば４個の素子アンテナ１０２をユニット化したアンテナモジュール１０４を有しているので、サブアレー部１０３の組立てがアンテナモジュール１０４単位で行える等、製造工程が簡素化し、修理も容易となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、このようなアレーアンテナ装置は、主放射方向の主ローブから放射方向を変化させていくに従って周期的に不要放射のグレーティングローブが現れようとする特性がある。グレーティングローブの存在する放射方向が実際のすべての放射方向の範囲外に存在していれば、実際の空間においてグレーティングローブが発生することはない。即ち、可視領域（実際の空間において放射が現れる範囲）内に存在する主ローブからみてグレーティングローブがこの可視領域内に存在しないようにグレーティングローブの発生する周期を長くすることによって、グレーティングローブが実際の空間に現れないようにすることができる。グレーティングローブは、波長が一定であれば各素子アンテナの間隔が小さいほどその発生する周期が長くなる。従って、各素子アンテナの間隔が小さいほうが、グレーティングローブは実際の空間で発生しにくい。
【０００８】
図５は、図３におけるＹ方向から視た各素子アンテナ１０２の励振分布とＸ方向に沿った素子アンテナ１０２の配置分布との関係を示すグラフである。図５におけるグラフは、各素子アンテナが同一振幅で放射している場合の励振分布であり、この場合にはこの励振分布はＹ方向から視た素子アンテナ１０２の個数に対応している。従って、この場合、Ｙ方向に沿った素子アンテナ１０２の個数がＹ方向から視た励振分布を決定する。図５に示すように、アレーアンテナ装置１０１において、Ｙ方向から視た素子アンテナ１０２の個数をＸ方向に沿った素子アンテナ１０２の配置分布ごとにみてみると、この素子アンテナ１０２の個数が２つ連続して同一となる部分が複数存在する。ここでは、素子アンテナ１０２が所定間隔ｄでＸ方向に沿って配列されているので、Ｙ方向に沿った素子アンテナ１０２の個数は、Ｘ方向に沿って１つおき、即ち間隔２ｄごとに異なって配列されている。即ち、Ｘ方向に沿って所定間隔ｄごとではなく間隔２ｄごとにＹ方向に沿った素子アンテナ１０２の個数が変化する。Ｙ方向に沿って視たときの励振分布の大きさがＸ方向に沿って段階的に変化している場合、実際の素子アンテナ１０２の配置間隔に起因する放射特性に加えて、その励振分布が変化している間隔ごとにあたかも別の素子アンテナが配置されているかのような放射特性も現れる。ここでのＹ方向に沿った励振分布の大きさはＹ方向に沿った素子アンテナ１０２の個数に対応するので、Ｙ方向に沿った素子アンテナ１０２の個数がＸ方向に沿って間隔２ｄごとに変化する構成となっていると、所定間隔ｄで配列された素子アンテナ１０２であっても、その所定間隔ｄでの放射特性に加えて、間隔２ｄで配列された別の素子アンテナがあたかも存在しているかのような放射特性が現れる。
【０００９】
アレーアンテナ装置１０１は、４個の素子アンテナ１０２をユニット化したアンテナモジュール１０４を一単位としてサブアレー部１０３が組み立てられている。開口形状を円形に近づけるためには、この開口の中央部から端部にかけてサブアレー部１０３の長さを徐々に小さくしていかなければならない。このサブアレー部１０３の長さを小さくする手段として、アンテナモジュール１０４を１つずつ少なくする方法が用いられている。従って、アンテナモジュール１０４を１つ少なくすることによって、４個の素子アンテナ１０２が一度に無くなる部分が発生する。この部分では、どうしてもＹ方向に沿った素子アンテナ１０２の個数がＸ方向に沿って連続して同一となる部分ができてしまう。
【００１０】
従って、この部分の存在により、アレーアンテナ装置１０１は素子アンテナ１０２の実際の配置間隔による放射特性に加えて、別の素子アンテナがあたかもその配置間隔よりも大きな間隔で配置されているかのような放射特性を示す。この仮想された別の素子アンテナは、実際の素子アンテナ１０２の配置間隔よりも大きいので、主放射方向の主ローブから放射方向を変化させた場合のグレーティングローブの発生周期は、実際の素子アンテナ１０２の配置間隔に起因するグレーティングローブの発生周期よりも小さくなる。グレーティングローブの発生周期が小さくなると、グレーティングローブが可視領域内に入る可能性が高くなり、実際の空間においてグレーティングローブが発生しやすくなるという問題点があった。
【００１１】
そこでこの発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするもので、アンテナモジュールを用いることで製造が容易となるとともに、グレーティングローブの発生を抑制するアレーアンテナ装置を得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るアレーアンテナ装置は、複数個の素子アンテナが所定間隔で一列に配列されて構成されたサブアレー部を少なくとも３つ以上備え、前記サブアレー部は、３個以上の前記素子アンテナを含んでユニット化したアンテナモジュールを少なくとも１つ以上有し、各前記サブアレー部におけるすべての前記素子アンテナは、同一の前記アンテナモジュールを並べることにより、前記一列の方向に沿った一直線上に配列されており、開口において前記サブアレー部が平行に並んで所望の励振分布が構成されるようになっているアレーアンテナ装置であって、前記一列の方向に対して垂直方向から視たときの前記励振分布が前記所定間隔ごとに異なるように、各前記サブアレー部は前記一列の方向に沿って配置位置が調整されており、少なくとも互いに隣り合う３つの前記サブアレー部のうち、中央の前記サブアレー部の端部が両側の前記サブアレー部の端部よりも前記一列の方向に窪んでいる部分を有している。
【００１３】
前記励振分布は、前記垂直方向に視たときに前記開口の中心点から両側に向かって順に小さくなっている。
【００１５】
前記アンテナモジュールの数を調整して前記所望の前記励振分布となっている。
【００１６】
前記アンテナモジュールは１つ当たりに、給電回路からの給電を均等に２つに分配する（２^ｎ−１）個（ｎは２以上の整数）の信号分配器と、２^ｎ個の前記素子アンテナを有し、前記（２^ｎ−１）個の信号分配器が信号線によりツリー状に電気的に接続されて前記２^ｎ個の前記素子アンテナに前記給電を分配するようになっている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態について説明するが、従来例のものと同一又は同等部材、部位は、同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るアレーアンテナ装置の開口を示す模式図である。図１において、アレーアンテナ装置１は、複数個の素子アンテナ１０２が所定間隔ｄで一列に配列されて構成されたサブアレー部１０３を複数備えている。各サブアレー部１０３は、互いに平行に配置されて電磁波を放射する開口を構成している。このサブアレー部１０３は、３個以上（例えば、４個）の素子アンテナ１０２をユニット化したアンテナモジュール１０４を有している。各アンテナモジュール１０４は、すべて同数個の素子アンテナ１０２を有している。また、サブアレー部１０３内においては、アンテナモジュール１０４はその素子アンテナ１０２が一直線上に並ぶように配置されている。従って、１つのサブアレー部１０３において、アンテナモジュール１０４の個数が多くなるほどそのサブアレー部１０３の長さが長くなるようになっている。
【００１８】
アンテナモジュール１０４の個数は、各サブアレー部１０３によって異なっている。サブアレー部１０３は、従来例と同様に、開口の中央付近ではアンテナモジュール１０４の個数が最も多く、中央付近から離れるに従って順にその個数が少なくなっている。アンテナモジュール１０４の個数は、サブアレー部１０３ごとにすべて異なるわけではなく、従来例と同様にアンテナモジュール１０４の個数が同数のサブアレー部１０３が適当数並べられている部分もある。
【００１９】
また、サブアレー部１０３の素子アンテナ１０２が一列に配列された方向をＸ方向、このＸ方向に対して垂直な方向をＹ方向とすると、各サブアレー部１０３は、Ｙ方向に沿っても、それぞれ異なるサブアレー部１０３における各素子アンテナ１０２が一列に配列されて、配置されている。従って、各素子アンテナ１０２は、Ｘ方向に沿って配列されてサブアレー部１０３を構成するとともに、Ｙ方向に沿ってもそれぞれ一列に配列されている。
【００２０】
アレーアンテナ装置１においては、一部サブアレー部１０３が従来例の位置からＸ方向にずらして配置されている。例えば、図１における点線２で囲った範囲での３つのサブアレー部１０３は、中央のサブアレー部１０３が左にずれ、その両側の２つのサブアレー部１０３が右にずれており、中央のサブアレー部１０３の右端部がその両側のサブアレー部１０３の右端部よりもＸ方向に窪んでいる。即ち、従来例ではＹ方向から視て素子アンテナ１０２の個数が連続して同一となっていた部分が、サブアレー部１０３をずらすことによりその個数を異ならせることができ、素子アンテナ１０２が足りなくなった部分に別のサブアレー部１０３をずらして素子アンテナ１０２を補うことによって、開口全体としてＹ方向から視た素子アンテナ１０２の個数がＸ方向に沿って所定間隔ｄごとに異なるように調整されている。このようにして、アレーアンテナ装置１の開口における励振分布を構成している。
他の構成は従来例と同様である。
【００２１】
図２は、図１におけるＹ方向から視た素子アンテナ１０２の励振分布とＸ方向に沿った素子アンテナ１０２の配置分布との関係を示すグラフである。図２におけるグラフは、各素子アンテナが同一振幅で放射している場合の励振分布であり、この場合にはこの励振分布はＹ方向から視た素子アンテナ１０２の個数に対応している。従って、この場合にはＹ方向に沿った素子アンテナ１０２の個数がＹ方向から視た励振分布を決定する。図２に示すように、Ｙ方向から視た素子アンテナ１０２の個数は、Ｘ方向に沿って所定間隔ｄごとに異なっている。このことから、Ｙ方向に沿った励振分布の大きさがＸ方向に沿って段階的に変化する間隔も所定間隔ｄとなり、このアレーアンテナ装置１は、従来例のようにＹ方向に沿った素子アンテナの個数がＸ方向に沿って連続して同一となるようなことはほとんど無くなって、所定間隔ｄよりも大きな間隔であたかも配置されているかのような仮想的な別の素子アンテナの放射特性を示すこともほとんど無くなる。従って、主ローブから放射方向を変化させていったときのグレーティングローブの発生周期は、ほぼ所定間隔ｄで配置された素子アンテナ１０２に起因する発生周期のみとなり、これよりも短い発生周期である仮想的な別の素子アンテナに起因する発生周期でグレーティングローブはほとんど発生しなくなる。従って、可視領域内にグレーティングローブが発生する可能性が低くなり、実際の空間にグレーティングローブが発生しにくくなる。しかも、アンテナモジュール１０４単位でアレーアンテナ装置１を組み立てることができるので、アレーアンテナ装置１の組立工程が簡素化し、修理も容易になる。また、開口形状の変更も容易となる。
【００２２】
また、サブアレー部１０３をＸ方向に沿ってずらして、Ｙ方向から視た素子アンテナ１０２の個数を調整することにより、Ｙ方向から視て開口全体の中央から両側に向かって順にその個数を小さくすることができるので、グレーティングローブが発生しにくいだけでなく、円形状の開口に近い放射特性を得ることができる。
【００２３】
また、互いに隣り合う３つのサブアレー部１０３のうち、中央のサブアレー部１０３の端部がその両側のサブアレー部１０３の端部よりもＸ方向に窪ませて配置されている部分があるので、開口全体としてＸ方向に広がることなく、まとまった形でＹ方向から視た素子アンテナ１０２の個数を調整することができる。
【００２４】
なお、上記実施の形態においては、アンテナモジュール１０４は、４個の素子アンテナ１０２を有しているが、これに限定される必要はなく、例えば３個、あるいは５個以上であっても、サブアレー部１０３をずらすことにより、Ｙ方向から視て同一個数の素子アンテナ１０２がＸ方向に連続する部分を無くすあるいは少なくすることができるので、このアレーアンテナ装置でも同様の効果を奏する。
【００２５】
また、各サブアレー部１０３の各素子アンテナ１０２は、Ｘ方向に垂直なＹ方向に沿ってもそれぞれ一列に配列されて、直角格子の交点に配置されている構成となっているが、Ｙ方向から視た励振分布の大きさがＸ方向に沿って所定間隔ｄごとに変化していればよいので、これに限定する必要はなく、素子アンテナ１０２がＹ方向に沿って一列に配列されず、ずれていても構わない。
【００２６】
また、図４においては、１つのアンテナモジュール１０４の素子アンテナ１０２の個数は４個であるが、アンテナモジュール１０４の１つ当たりの素子アンテナ１０２の個数を２^ｎ個（ｎは３以上の整数）としても、（２^ｎ−１）個の信号分配器１０６を用いることによって、給電回路１０５から各素子アンテナ１０２に均等に給電することができる。即ち、アンテナモジュール１０４内で、２^ｎ個の各素子アンテナ１０２が２個ずつ２^ｎ−１個の各信号分配器１０６に１段目で接続線１０７によって電気的に接続され、その各信号分配器１０６に別の２^ｎ−２個の各信号分配器１０６に２段目で電気的に接続されるというように、ｎ段の各信号分配器１０６にツリー状に接続線１０７によって電気的に接続されることによって、均等に各素子アンテナ１０２に給電できるとともに、各信号分配器１０６も簡素化した同一のものが適用できて構成が簡単になり、コストも削減できる。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、この発明に係るアレーアンテナ装置は、複数個の素子アンテナが所定間隔で一列に配列されて構成されたサブアレー部を少なくとも３つ以上備え、前記サブアレー部は、３個以上の前記素子アンテナを含んでユニット化したアンテナモジュールを少なくとも１つ以上有し、各前記サブアレー部におけるすべての前記素子アンテナは、同一の前記アンテナモジュールを並べることにより、前記一列の方向に沿った一直線上に配列されており、開口において前記サブアレー部が平行に並んで所望の励振分布が構成されるようになっているアレーアンテナ装置であって、前記一列の方向に対して垂直方向から視たときの前記励振分布が前記所定間隔ごとに異なるように、各前記サブアレー部は前記一列の方向に沿って配置位置が調整されており、少なくとも互いに隣り合う３つの前記サブアレー部のうち、中央の前記サブアレー部の端部が両側の前記サブアレー部の端部よりも前記一列の方向に窪んでいる部分を有しているので、可視領域が狭くなることから、グレーティングローブが発生しにくくなり、しかも前記開口の所望の形状による放射特性に近づけることができる。また、前記一列に配置された方向に広がることなく、まとまりのある前記開口を得ることができる。
【００２８】
前記励振分布は、前記垂直方向に視たときに前記開口の中心点から両側に向かって順に小さくなっているので、例えば前記開口が円形状である場合に、その放射特性に近づけることができる。
【００３０】
前記アンテナモジュールの数を調整して前記所望の前記励振分布となっているので、前記アンテナモジュール単位で前記開口が形成され、組立工程が簡素化し、修理も前記アンテナモジュールを交換するだけでようことから容易となり、前記開口形状の変更も容易となる。
【００３１】
前記アンテナモジュールは１つ当たりに、給電回路からの給電を均等に２つに分配する（２^ｎ−１）個（ｎは２以上の整数）の信号分配器と、２^ｎ個の前記素子アンテナを有し、前記（２^ｎ−１）個の信号分配器が信号線によりツリー状に電気的に接続されて前記２^ｎ個の前記素子アンテナに前記給電を分配するようになっているので、前記給電回路から２^ｎ個の各前記素子アンテナに容易に均等に給電することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係るアレーアンテナ装置の開口を示す模式図である。
【図２】図１におけるＹ方向から視た素子アンテナの励振分布とＸ方向に沿った素子アンテナの配置分布との関係を示すグラフである。
【図３】従来のアレーアンテナ装置の開口を示す模式図である。
【図４】１つのアンテナモジュール１０４の構成を示す模式図である。
【図５】図３におけるＹ方向から視た素子アンテナの励振分布とＸ方向に沿った素子アンテナの配置分布との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１アレーアンテナ装置、１０２素子アンテナ、１０３サブアレー部、１０４アンテナモジュール、１０５給電回路、１０６信号分配器、１０７信号線。

Claims

複数個の素子アンテナが所定間隔で一列に配列されて構成されたサブアレー部を少なくとも３つ以上備え、
前記サブアレー部は、３個以上の前記素子アンテナを含んでユニット化したアンテナモジュールを少なくとも１つ以上有し、
各前記サブアレー部におけるすべての前記素子アンテナは、同一の前記アンテナモジュールを並べることにより、前記一列の方向に沿った一直線上に配列されており、
開口において前記サブアレー部が平行に並んで所望の励振分布が構成されるようになっているアレーアンテナ装置であって、
前記一列の方向に対して垂直方向から視たときの前記励振分布が前記所定間隔ごとに異なるように、各前記サブアレー部は前記一列の方向に沿って配置位置が調整されており、
少なくとも互いに隣り合う３つの前記サブアレー部のうち、中央の前記サブアレー部の端部が両側の前記サブアレー部の端部よりも前記一列の方向に窪んでいる部分を有していることを特徴とするアレーアンテナ装置。
前記励振分布は、前記垂直方向に視たときに前記開口の中心点から両側に向かって順に小さくなっていることを特徴とする請求項１に記載のアレーアンテナ装置。
前記アンテナモジュールの数を調整して前記所望の前記励振分布となっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアレーアンテナ装置。
前記アンテナモジュールは１つ当たりに、給電回路からの給電を均等に２つに分配する（２ｎ−１）個（ｎは２以上の整数）の信号分配器と、２ｎ個の前記素子アンテナを有し、
前記（２ｎ−１）個の信号分配器が信号線によりツリー状に電気的に接続されて前記２ｎ個の前記素子アンテナに前記給電を分配するようになっていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載のアレーアンテナ装置。