JP3971900B2

JP3971900B2 - Deployable active phased array antenna, transmitter and receiver

Info

Publication number: JP3971900B2
Application number: JP2001139845A
Authority: JP
Inventors: 徹岩崎; 孝雄村田
Original assignee: Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2001-05-10
Filing date: 2001-05-10
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2021-05-10
Also published as: JP2002335113A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、展開型アクティブフェーズドアレーアンテナに係り、特に、電子追尾機能を有する移動体に対して番組素材を送受信する素材伝送装置や衛星搭載用の送受信アンテナ等に使用して、携帯性、可搬性および収納性を向上させ得る展開型アクティブフェーズドアレーアンテナに関する。
また、本発明は、本発明展開型アクティブフェーズドアレーアンテナを具えてなる送信装置および受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３（ａ），（ｂ），（ｃ）は、この種類のアンテナの第１の従来例を示している。
この第１の従来例は、特開平７−２２３５９７号「二次元展開構造物」の公開特許公報に記載されているフェーズドアレーアンテナであり、フェーズドアレーアンテナを構成する複数個のアンテナパネル１０１ａ，１０１ｂ，・・・，１０１ｉがヒンジ１０３ａ，１０３ｂ，・・・，１０３ｈによって結合され、各アンテナパネル１０１ａ，１０１ｂ，・・・，１０１ｉをヒンジ１０３ａ，１０３ｂ，・・・，１０３ｈの回転により二次元に展開したり、折り畳んだりすることができるようになっている。
【０００３】
また、このフェーズドアレーアンテナは、さらに、複数個のアンテナパネル１０１ａ，１０１ｂ，・・・，１０１ｉを折り畳んだ状態で収納する収納ボックス１０２を有し、アンテナパネルを折り畳んで、空きスペース無く高密度に小型化して収納することや安定した状態で携帯、運搬を行うことができる。
【０００４】
次に、第２の従来例として、特開平６−９０１１４号「衛星搭載用アレーアンテナ」の公開特許公報に記載のアレーアンテナについて説明する。
この第２の従来例は、フェーズドアレーアンテナを構成する複数個の移相器付アンテナパネルを伸縮ポールにより展開するものである。
図４（ａ），（ｂ）は、第２の従来例において、アンテナパネルの展開前、および展開後の態様をそれぞれ示している。
図４（ａ），（ｂ）を参照するに、展開するアンテナパネル１０４のひとつの端部を人工衛星本体１０５に固定し、この固定した端部と対角をなす端部と人工衛星本体１０５とを伸縮ポール１０６で結合し、例えば、三浦折などの折り畳み方法により折り畳まれたアンテナパネル１０４を伸縮ポール１０６の伸展により展開することで、このアレーアンテナはその展開機構を単純化している。
【０００５】
同じく第２の従来例における、アンテナパネル展開後のアレーアンテナへの給電の態様を図５に、また、個々のアンテナパネルの表面、裏面を図６（ａ），（ｂ）にそれぞれ示している。
図６（ａ），（ｂ）を参照するに、人工衛星本体１０５内の送信機から供給された高周波信号は、接続ケーブル１０７内の高周波信号給電ケーブル１０８を通って移相器１０９に給電される。給電された高周波信号は、移相器１０９において、所要の放射ビームを形成するように位相量が与えられる。なお、図６（ａ）のアンテナパネル表面に符号１１０で示す丸印はアンテナ素子である。
【０００６】
このように構成したことにより、各アンテナパネル１０４を結合する結合部が弱く、アレーアンテナが平面状に保たれない場合でも、移相器１０９で高周波信号の位相を補正することにより所期の放射ビームを維持することができる。また、電力増幅器あるいは低雑音増幅器を移相器１０９以降に接続してアクティブアンテナとすることで、給電回路や高周波信号給電ケーブルによる損失の増大を防ぐことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した第１の従来例（図３参照）においては、フェーズドアレーアンテナを構成する複数個のアンテナパネルをヒンジによって結合し、各アンテナパネルをヒンジの回転により二次元に展開したり、折り畳んだりしているが、アンテナが大型化されると、アレーアンテナを平面状に保つことが難しく、精度良く所要のビームを形成することができなくなる恐れがあるほか、展開に必要なヒンジの数が増えて機構が複雑になり、展開形状の剛性・精度の低下や展開動作の信頼性の低下を生じるおそれがあった。
【０００８】
また、第２の従来例（図４乃至図６参照）においては、伸縮ポールの伸展によりアンテナパネルの展開を行うことで、第１の従来例に比して展開機構が単純化される。また、各アンテナパネルを結合する結合部が弱く、アレーアンテナが平面状に保たれない場合でも、移相器でＲＦ信号の位相を補正することができるので所期の放射ビームを維持することができる。しかし、第１の従来例の場合と同様、アンテナが大型化されると、展開機構に必要な結合部や展開用の伸縮ポールの構造が複雑になる。
【０００９】
また、第２の従来例においては、送信機から各アンテナパネルに給電するためのケーブルの設置など、展開に際してアレーアンテナの構造が複雑になるとともに、アレーアンテナの裏面に構成されるアクティブ回路を含む給電回路が複雑になり、そのため、展開型アレーアンテナとしての特性や精度が低下するおそれがある。
【００１０】
本発明の目的は、上述した各種問題を排除し、かつ、大型のフェーズドアレーアンテナの可搬性、携帯性、収納性を向上させるとともに、展開機構を簡単化し、アンテナの構造自体も単純化し、しかも、アレーアンテナが大型化されても高精度にビームを形成することのできる展開型アクティブフェーズドアレーアンテナを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明展開型アクティブフェーズドアレーアンテナは、アクティブデバイスの出力線路により励振される励振用アンテナ素子を配列した複数の金属板と放射用アンテナ素子を配列した複数の金属板とを具え、アンテナ収納時には、前記両金属板をそれぞれ折り畳んで所定の位置に収納し、使用に際しては、前記折り畳んだ両金属板をそれぞれ平面状に展開するとともに、それら平面状に展開した両金属板を、前記励振用アンテナ素子を配列した複数の金属板が前記放射用アンテナ素子を配列した複数の金属板の下側となるようにそれぞれ配置することにより、前記励振用アンテナ素子から電磁結合によって前記放射用アンテナ素子に給電するように構成したことを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明展開型アクティブフェーズドアレーアンテナは、前記励振用アンテナ素子を配列した複数の金属板と放射用アンテナ素子を配列した複数の金属板とをともに短冊形状に形成したことを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明展開型アクティブフェーズドアレーアンテナは、前記励振用アンテナ素子を配列した複数の金属板と放射用アンテナ素子を配列した複数の金属板とをそれぞれ平面状に展開したとき、それぞれの金属板の短冊形状の長手方向が互いに直交するように配置されていることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明展開型アクティブフェーズドアレーアンテナは、前記放射用アンテナ素子を配列した複数の金属板が、放射用アンテナ素子が直線状に配列された複数の金属板であることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明展開型アクティブフェーズドアレーアンテナは、励振用アクティブデバイスを配置した金属板と放射用アンテナ素子を配列した複数の金属板とを具え、アンテナ収納時には、前記両金属板を折り畳みまたは重ねて所定の位置に収納し、使用に際しては、前記折り畳んだ両金属板を平面状に展開するとともに、平面状に展開した励振用アクティブデバイスを配置した金属板と平面状に展開した放射用アンテナ素子を配列した最初の金属板との間、および平面状に展開した放射用アンテナ素子を配列した順次の金属板相互の間を接続する給電線路を形成し、該形成した給電線路と前記平面状に展開した放射用アンテナ素子を配列した複数の金属板とのそれぞれの接続点において電磁的に結合させることにより、前記励振用アクティブデバイスを配置した金属板から前記放射用アンテナ素子を配列した複数の金属板に給電するように構成したことを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明展開型アクティブフェーズドアレーアンテナは、前記励振用アクティブデバイスを配置した金属板と放射用アンテナ素子を配列した複数の金属板とをともに短冊形状に形成したことを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明展開型アクティブフェーズドアレーアンテナは、前記放射用アンテナ素子を配列した複数の金属板が、放射用アンテナ素子が直線状に配列された複数の金属板であることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明展開型アクティブフェーズドアレーアンテナは、前記給電線路が、前記折り畳んだ両金属板を平面状に展開するための伸縮ポールを兼用していることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明送信装置は、本発明展開型アクティブフェーズドアレーアンテナを具えてなることを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明受信装置は、本発明展開型アクティブフェーズドアレーアンテナを具えてなることを特徴とするものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照し、発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明展開型アクティブフェーズドアレーアンテナの第１の実施形態を示している。なお、図１中、普通の矢印は収納されているアンテナパネルが展開されるまでを示し、二重線矢印は部分拡大図あるいは組み立て図を示している。
図１において、１は放射用スロット、２は放射用スロットアレー板、３は放射用スロット金属板、４は励振用スロット、５は励振用スロット板、６は入力用ストリップ導体、７は電力増幅素子、８は出力用ストリップ導体、９は溝付きの金属ベース、１０は励振用スロット金属板、１１は入力用トリプレート線路、１２は出力用トリプレート、１３は伸展用ポール、および１４は回転機構である。
【００２２】
動作について説明する。
図１の右下、断面図に示すように、まず、放射用スロット金属板３は、放射用スロットアレー板２に線状に配列され電磁波を空間に放射するための放射用スロット１が形成され、その放射用スロット１の４個にアクティブデバイス（本実施形態では、電力増幅素子７）の出力線路により励振される励振用スロット４の１個を結合させている。
【００２３】
なお、本実施形態（第１の実施形態）おいては、放射用スロット金属板３、励振用スロット金属板１０はともに短冊形状に作られている。また、アンテナ展開時に、それら短冊形状の両金属板３，１０の長手方向が互いに直交するように配置することで、二次元方向の強度が増し、展開されたアンテナパネルがほぼ完全な平面状を保つようにすることができる
【００２４】
そして、放射用スロット金属板３の下側には、表面に励振用スロット４が形成されている励振用スロット板５と、入力高周波信号を供給するための入力用ストリップ導体６と、入力高周波信号を増幅するための電力増幅素子７と、電力増幅素子７の出力線路および励振用スロット４に給電するための出力用ストリップ導体８と、これら入力用ストリップ導体６、電力増幅素子７、および出力用ストリップ導体８を配置するための溝付きの金属ベース９とからなる励振用スロット金属板１０が配置されている。
【００２５】
また、ここでは、入力用ストリップ導体６と溝付きの金属ベース９と励振用スロット板５とから入力用トリプレート線路１１が、また、出力用ストリップ導体８と溝付きの金属ベース９と励振用スロット板５とから出力用トリプレート線路１２がそれぞれ構成され、そして、入力用トリプレート線路１１と出力用トリプレート線路１２と電力増幅素子７と溝付きの金属ベース９と励振用スロット４が形成されている励振用スロット板５とから励振用の１素子アクティブスロットアンテナが構成されている。この構成については、本願人が特願２０００−１３７９９３号「アクティブアンテナ」としてすでに出願している。
【００２６】
この出願（特願２０００−１３７９９３号）は、平面金属板の溝の中に増幅回路を実装したベース板の両側の一方の側にスロット付きの金属板を、もう一方の側に給電線基板を取り付け、両者を電磁的に結合することによって構成したことを要旨としている。
【００２７】
高周波信号の流れについて説明する。
まず、励振用入力端子Ｔｌ（図１の右下、断面図参照）から入力された高周波信号は、入力用トリプレート線路１１を伝送して電力増幅素子７に入力される。電力増幅素子７から出力された高周波信号は出力用トリプレート線路１２を伝送して励振用スロット板５上に形成された励振用スロット４に電磁結合する。結合した高周波信号は励振用スロット４から放射し、放射用スロットアレー板２に線状に配列された放射用スロット１に電磁結合して空間的に分配され、各放射用スロット１から空間に放射される。この構造については、本願人が特願２００１−６４７６号「フェーズドアレーアンテナ及びこれを用いた送・受信装置」としてすでに出願している。
【００２８】
この出願（特願２００１−６４７６号）は、最上層の金属板に、ｎ個（ｎはｎ≧２なる任意の自然数）のスロットアンテナ素子を等間隔で、かつ偏波方向が一致するように１方向に配列し、その下層側に、上層側よりも１つ少ない素子数（ｉ段目の素子数：ｎ−ｉ＋１）のスロットアンテナ素子が上層側と同様に形成された金属板をｍ段（ｍはｍ≧２なる任意の自然数）まで積層して多層構造とし、下層側のスロットアンテナ素子がその放射した電磁波が空間的に分配あるいは合成されて、適当な結合度で上層側のスロットアンテナ素子に電磁結合するように配置されることを要旨としている。
【００２９】
アンテナの展開について説明する。
本実施形態（第１の実施形態）では、放射用スロット金属板３および励振用スロット金属板１０を展開させるための伸展用ポール１３と、伸展後にそれらを回転させるための回転機構１４とが各スロット金属板３，１０の側面にそれぞれ取り付けられている。
【００３０】
アンテナ収納時（アンテナが収納されている状態）からアンテナ展開までを、順を追って説明する。
図１を参照するに、収納時には、（ａ）に示すように、各放射用スロット金属板３と各励振用スロット金属板１０とが重なって収納されている。展開が始まると、（ｂ）に示すように、これら重なっていたものが放射用スロット金属板３と励振用スロット金属板１０とに分けられる。そして、各放射用スロット金属板３は、それぞれ伸展用ポール１３により伸展され（（ｃ）参照）、さらに、回転械構１４により回転させられ（（ｄ）参照）、最終的に平面状に展開される（（ｅ）参照）。
【００３１】
同様に、各励振用スロット金属板１０も伸展され、回転させられて、最終的に平面状に展開される（（ｆ）参照）。このようにして各スロット金属板３および１０が平面状に展開された後、励振用スロット金属板１０が下側となるように放射用スロット金属板３をその上に重ねて配置することで、展開動作を終了する（（ｇ）参照）。
【００３２】
以上説明した本発明アンテナの第１の実施形態においては、励振用スロット４の１素子を、それより上側に配置した放射用スロット１の複数素子に結合させる構成としたが、これに代えて、励振用スロット金属板１０の溝の中に配置した電力増幅素子７の前段にＭＭＩＣ (Monolithic Microwave Integlated Circuits）などで構成された中間周波数（ＩＦ）回路などを配置することで、アンテナ含めた送信装置を一層小型化・薄型化することができる。以下に、この実施形態を本発明アンテナの第２の実施形態として説明する。
【００３３】
図２は、本発明展開型アクティブフェーズドアレーアンテナの第２の実施形態を示している。図２においても、普通の矢印は収納されているアンテナパネルが展開されるまでを示し、二重線矢印は部分拡大図あるいは組み立て図を示している。
図２において、１５は放射用スロット、１６は放射用スロットアレー板、１７は放射用スロット金属板、１８は入力用ストリップ導体、１９は電力増幅素子、２０は出力用ストリップ導体、２１は溝付きの金属ベース、２２は給電線路・伸展用ポール、２３は回転機構、２４は励振用増幅回路板、２５は金属板、２６は入力用トリプレート線路、および２７は出力用トリプレート線路である。
【００３４】
動作について説明する。
図２に示すように、この第２の実施形態による本発明アンテナは、線状に配列され、電磁波を空間に放射するための放射用スロット１５を形成している放射用スロットアレー板１６からなる放射用スロット金属板１７と、図２の左下の図に示されるように、入力高周波信号を供給するための入力用ストリップ導体１８と入力高周波信号を増幅するための電力増幅素子１９と電力増幅素子１９の出力線路用の出力用ストリップ導体２０とこれら入力用ストリップ導体１８、電力増幅素子１９、および出力用ストリップ導体２０を配置するための溝付きの金属ベース２１と各放射用スロット金属板１７への給電線路および伸展用ポールを兼ねる給電線路・伸展用ポール２２と展開時に各放射用スロット金属板１７を回転させるための回転機構２３とからなる励振用増幅回路板２４とで構成されている。
【００３５】
なお、本実施形態（第２の実施形態）においても、放射用スロット金属板１７と励振用増幅回路板２４はともに短冊形状に作られている。
【００３６】
また、本実施形態（第２の実施形態）の場合、入力用ストリップ導体１８と溝付きの金属ベース２１と金属板２５とから入力用トリプレート線路２６が、また、出力用ストリップ導体２０と溝付きの金属ベース２１と金属板２５とから出力用トリプレート線路２７がそれぞれ構成されている。
【００３７】
高周波信号の流れについて説明する。
まず、励振用入力端子Ｔｌ（図２の左下の図参照）から入力された高周波信号は入力用トリプレート線路２６を伝送して電力増幅素子１９に入力される。電力増幅素子１９から出力された高周波信号は出力用トリプレート線路２７を伝送して給電線路・伸展用ポール２２へ入力される。
【００３８】
給電線路・伸展用ポール２２を介して、高周波信号は各放射用スロット金属板１７に分配され、放射用スロットアレー板１６上に形成されタ放射用スロット１５に電磁結合する。結合した高周波信号は放射用スロット１５から空間に放射される。この構造についても、上述の特願２００１−６４７６号「フェーズドアレーアンテナ及びこれを用いた送・受信装置」の技術内容に含まれている。
なお、給電線路・伸展用ポール２２は導波管等で構成することができ、各放射用スロット金属板１７との接続点に結合用の穴を開けて電磁的に結合させるものとする。
【００３９】
本実施形態（第２の実施形態）において、アンテナ収納時（アンテナが収納されている状態）からアンテナ展開までを、順を追って説明する
図２を参照するに、収納時には、（ａ）に示すように、放射用スロット金属板１７と励振用増幅回路板２４とはそのまま重なって収納されている。そして、展開時に、各放射用スロット金属板１７とその末端に配置される励振用増幅回路板２４は伸展用ポール２２によって伸展され（（ｂ）参照）、次いで回転機構２３によって回転させられ（（ｃ）参照）、最終的に放射用スロット金属板１７は平面状に展開させられる（（ｄ）参照）。
【００４０】
以上説明した本発明展開型アクティブフェーズドアレーアンテナの第１および第２の実施形態においては、放射用スロット金属板３、励振用スロット金属板１０（第１の実施形態の場合）や放射用スロット金属板１７、励振用増幅回路板２４（第２の実施形態の場合）の形状を短冊形にしたが、このようにすることにより、アンテナ設計時に、アンテナパネル全体を任意に分割して、収納時の形状および大きさを自由に設定することができるという利点がある。
【００４１】
最後に、本発明は、本発明展開型アクティブフェーズドアレーアンテナを具えてなる送信装置および受信装置を含むものである。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
（１）アンテナパネルを短冊形に分割して構成することができるので、収納時に非常にコンパクトになるとともに、アンテナの形状および大きさを自由に設定でき、可搬性、携帯性、収納性が向上する。
（２）アクティブフェーズドアレーアンテナを単純な構成にすることができるので、低価格・高精度のアクティブフェーズドアレーアンテナを実現することができる。
（３）励振用スロット金属板をベースにして放射用スロット金属板を固定することにより、ほぼ完全な平面状を保つことができるので、高精度な放射ビームを形成することができる。
（４）給電回路とアンテナとが一体化し、電磁結合により放射用スロットヘ給電しているため、高い周波数においても効率よく高精度なアンテナ特性が得られることが期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明展開型アクティブフェーズドアレーアンテナの第１の実施形態を示している。
【図２】本発明展開型アクティブフェーズドアレーアンテナの第２の実施形態を示している。
【図３】特開平７−２２３５９７号「二次元展開構造物」の公開特許公報に記載の展開型フェーズドアレーアンテナを示している。
【図４】特開平６−９０１１４号「衛星搭載用アレーアンテナ」の公開特許公報に記載のアレーアンテナのアンテナパネルの展開前、および展開後の態様をそれぞれ示している。
【図５】同じく特開平６−９０１１４号「衛星搭載用アレーアンテナ」の公開特許公報に記載のアレーアンテナのアンテナパネル展開後のアレーアンテナへの給電の態様を示している。
【図６】同じく特開平６−９０１１４号「衛星搭載用アレーアンテナ」の公開特許公報に記載のアレーアンテナの個々のアンテナパネルの表面、裏面をそれぞれ示している。
【符号の説明】
１放射用スロット
２放射用スロットアレー板
３放射用スロット金属板
４励振用スロット
５励振用スロット板
６入力用ストリップ導体
７電力増幅素子
８出力用ストリップ導体
９溝付きの金属ベース
１０励振用スロット金属板
１１入力用トリプレート線路
１２出力用トリプレート
１３伸展用ポール
１４回転機構
１５放射用スロット
１６放射用スロットアレー板
１７放射用スロット金属板
１８入力用ストリップ導体
１９電力増幅素子
２０出力用ストリップ導体
２１溝付きの金属ベース
２２給電線路・伸展用ポール
２３回転機構
２４励振用増幅回路板
２５金属板
２６入力用トリプレート線路
２７出力用トリプレート線路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a deployable active phased array antenna, and in particular, is used for a material transmission apparatus for transmitting / receiving program material to / from a mobile body having an electronic tracking function, a transmission / reception antenna for satellite installation, and the like. The present invention relates to a deployable active phased array antenna that can improve portability and storage.
The present invention also relates to a transmission device and a reception device each including the development type active phased array antenna of the present invention.
[0002]
[Prior art]
3A, 3B and 3C show a first conventional example of this type of antenna.
The first conventional example is a phased array antenna described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-223597, “Two-dimensional unfolded structure”, and a plurality of antenna panels 101a, 101b constituting the phased array antenna. 101i are coupled by hinges 103a, 103b,..., 103h, and each antenna panel 101a, 101b,..., 101i is two-dimensionally rotated by the rotation of the hinges 103a, 103b,. It can be unfolded and folded.
[0003]
The phased array antenna further includes a storage box 102 for storing a plurality of antenna panels 101a, 101b,..., 101i in a folded state. It can be stored in a small size and can be carried and transported in a stable state.
[0004]
Next, as a second conventional example, an array antenna described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-90114 “A satellite-mounted array antenna” will be described.
In this second conventional example, a plurality of antenna panels with phase shifters constituting a phased array antenna are developed by telescopic poles.
FIGS. 4A and 4B show aspects of the antenna panel before and after deployment in the second conventional example.
4A and 4B, one end of the deploying antenna panel 104 is fixed to the artificial satellite body 105, and the end opposite the fixed end and the artificial satellite body 105 are fixed. Are expanded by the extension pole 106, and the antenna panel 104 folded by a folding method such as Miura folding is expanded by the extension of the extension pole 106, thereby simplifying the deployment mechanism.
[0005]
Similarly, FIG. 5 shows the manner of feeding the array antenna after deployment of the antenna panel in the second conventional example, and FIGS. 6A and 6B show the front and back surfaces of each antenna panel. .
6A and 6B, the high-frequency signal supplied from the transmitter in the artificial satellite body 105 is fed to the phase shifter 109 through the high-frequency signal feeding cable 108 in the connection cable 107. The The phase shifter 109 gives a phase amount to the fed high frequency signal so as to form a required radiation beam. In addition, the circle mark shown with the code | symbol 110 on the antenna panel surface of Fig.6 (a) is an antenna element.
[0006]
With this configuration, even when the coupling portion that couples the antenna panels 104 is weak and the array antenna cannot be kept flat, the phase shifter 109 corrects the phase of the high-frequency signal to achieve the desired radiation. The beam can be maintained. Further, by connecting the power amplifier or the low noise amplifier to the phase shifter 109 and the subsequent active antenna, it is possible to prevent an increase in loss due to the power feeding circuit and the high frequency signal power feeding cable.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described first conventional example (see FIG. 3), a plurality of antenna panels constituting the phased array antenna are coupled by hinges, and each antenna panel is expanded or folded two-dimensionally by the rotation of the hinges. However, if the size of the antenna is increased, it is difficult to keep the array antenna flat, and it may not be possible to form the required beam with high accuracy, and the number of hinges required for deployment increases. The mechanism becomes complicated, and there is a possibility that the rigidity and accuracy of the deployed shape may be lowered and the reliability of the deployment operation may be lowered.
[0008]
In the second conventional example (see FIGS. 4 to 6), the deployment mechanism is simplified as compared with the first conventional example by deploying the antenna panel by extending the telescopic pole. Further, even when the coupling portion for coupling each antenna panel is weak and the array antenna cannot be kept flat, the phase of the RF signal can be corrected by the phase shifter, so that the intended radiation beam can be maintained. it can. However, as in the case of the first conventional example, when the antenna is increased in size, the structure of the coupling portion necessary for the deployment mechanism and the expansion pole for deployment is complicated.
[0009]
Further, in the second conventional example, the structure of the array antenna becomes complicated at the time of deployment, such as installation of a cable for supplying power to each antenna panel from the transmitter, and an active circuit configured on the back surface of the array antenna is included. The power feeding circuit becomes complicated, and there is a risk that the characteristics and accuracy of the deployable array antenna may be reduced.
[0010]
The object of the present invention is to eliminate the various problems described above, improve the portability, portability and storage of a large phased array antenna, simplify the deployment mechanism, simplify the antenna structure itself, Another object of the present invention is to provide a deployable active phased array antenna capable of forming a beam with high accuracy even when the array antenna is enlarged.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the development type active phased array antenna of the present invention includes a plurality of metal plates arranged with excitation antenna elements excited by output lines of active devices and a plurality of metal plates arranged with radiation antenna elements. When the antenna is stored, both the metal plates are folded and stored in a predetermined position, and when used, both the folded metal plates are expanded in a flat shape, and both the metal plates expanded in a flat shape are used. By arranging the plates so that the plurality of metal plates on which the excitation antenna elements are arranged are located below the plurality of metal plates on which the radiation antenna elements are arranged, the plates are electromagnetically coupled to the excitation antenna elements. The radiating antenna element is configured to be fed.
[0012]
Further, the deployable active phased array antenna according to the present invention is characterized in that a plurality of metal plates on which the excitation antenna elements are arranged and a plurality of metal plates on which radiation antenna elements are arranged are formed in a strip shape. It is.
[0013]
Further, the deployment type active phased array antenna according to the present invention has a plurality of metal plates when the plurality of metal plates on which the excitation antenna elements are arranged and a plurality of metal plates on which the radiation antenna elements are arranged in a planar shape. These strips are arranged so that their longitudinal directions are orthogonal to each other.
[0014]
Further, the deployable active phased array antenna according to the present invention is characterized in that the plurality of metal plates on which the radiation antenna elements are arranged are a plurality of metal plates on which the radiation antenna elements are arranged in a straight line. is there.
[0015]
The deployment type active phased array antenna of the present invention comprises a metal plate on which an active device for excitation is arranged and a plurality of metal plates on which antenna elements for radiation are arranged. When the antenna is housed, the metal plates are folded or overlapped. When stored in a predetermined position and used, both the folded metal plates are expanded in a plane, and a metal plate on which the active devices for excitation expanded in a plane are arranged and a radiation antenna element expanded in a plane are arranged. A feed line is formed between the first metal plates arranged and between the successive metal plates arranged with the radiation antenna elements deployed in a planar shape, and the formed feed lines and the planar shape are developed. The excitation active element is electromagnetically coupled at each connection point with a plurality of metal plates on which the radiating antenna elements are arranged. It is characterized in that a metal plate arranged vice configured to power the plurality of metal plates having an array of the radiating antenna element.
[0016]
In addition, the deployable active phased array antenna of the present invention is characterized in that both the metal plate on which the excitation active device is arranged and the plurality of metal plates on which the radiating antenna elements are arranged are formed in a strip shape. .
[0017]
Further, the deployable active phased array antenna according to the present invention is characterized in that the plurality of metal plates on which the radiation antenna elements are arranged are a plurality of metal plates on which the radiation antenna elements are arranged in a straight line. is there.
[0018]
In the deployment type active phased array antenna of the present invention, the feed line also serves as an expansion / contraction pole for deploying the folded metal plates in a planar shape.
[0019]
In addition, the transmission device of the present invention is characterized by comprising the deployable active phased array antenna of the present invention.
[0020]
The receiving device of the present invention is characterized by comprising the deployable active phased array antenna of the present invention.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on an embodiment of the invention with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a first embodiment of the deployable active phased array antenna of the present invention. In FIG. 1, a normal arrow indicates until the housed antenna panel is unfolded, and a double line arrow indicates a partially enlarged view or an assembled view.
In FIG. 1, 1 is a radiation slot, 2 is a radiation slot array plate, 3 is a radiation slot metal plate, 4 is an excitation slot, 5 is an excitation slot plate, 6 is an input strip conductor, and 7 is power amplification. Element, 8 is an output strip conductor, 9 is a grooved metal base, 10 is a slot metal plate for excitation, 11 is an input triplate line, 12 is an output triplate, 13 is an extension pole, and 14 is rotating. Mechanism.
[0022]
The operation will be described.
As shown in the cross-sectional view at the lower right of FIG. 1, first, the radiating slot metal plate 3 is linearly arranged on the radiating slot array plate 2, and the radiating slot 1 for radiating electromagnetic waves into the space is formed. The four slots 1 for radiation are coupled with one slot 4 for excitation excited by the output line of the active device (in this embodiment, the power amplifying element 7).
[0023]
In the present embodiment (first embodiment), the radiating slot metal plate 3 and the excitation slot metal plate 10 are both formed in a strip shape. Further, when the antenna is deployed, the strip-shaped metal plates 3 and 10 are arranged so that the longitudinal directions thereof are orthogonal to each other, so that the strength in the two-dimensional direction is increased, and the deployed antenna panel has a substantially perfect planar shape. Can be kept [0024]
An excitation slot plate 5 having an excitation slot 4 formed on the surface thereof, an input strip conductor 6 for supplying an input high frequency signal, and an input high frequency signal are provided below the radiation slot metal plate 3. A power amplifying element 7 for amplifying the power, an output strip conductor 8 for feeding power to the output line of the power amplifying element 7 and the excitation slot 4, the input strip conductor 6, the power amplifying element 7, and the output An excitation slot metal plate 10 including a grooved metal base 9 for disposing the strip conductor 8 is disposed.
[0025]
Here, the input strip conductor 6, the grooved metal base 9 and the excitation slot plate 5 form the input triplate line 11, and the output strip conductor 8, the grooved metal base 9 and the excitation slot plate 5. An output triplate line 12 is composed of the slot plate 5, and an input triplate line 11, an output triplate line 12, a power amplifying element 7, a grooved metal base 9, and an excitation slot 4 are formed. A single-element active slot antenna for excitation is constituted by the excitation slot plate 5 being formed. Regarding this configuration, the applicant has already filed an application as Japanese Patent Application No. 2000-137993 “Active Antenna”.
[0026]
In this application (Japanese Patent Application No. 2000-137993), a slotted metal plate is provided on one side of a base plate in which an amplifier circuit is mounted in a groove of a flat metal plate, and a feeder line substrate is provided on the other side. The gist is that it is configured by mounting and electromagnetically coupling both.
[0027]
The flow of the high frequency signal will be described.
First, a high-frequency signal input from the excitation input terminal Tl (see the lower right and the cross-sectional view of FIG. 1) is transmitted to the power amplifying element 7 through the input triplate line 11. The high-frequency signal output from the power amplifying element 7 is transmitted through the output triplate line 12 and is electromagnetically coupled to the excitation slot 4 formed on the excitation slot plate 5. The coupled high-frequency signal is radiated from the excitation slot 4, and is spatially distributed by being electromagnetically coupled to the radiation slots 1 arranged linearly on the radiation slot array plate 2, and is radiated from the radiation slots 1 to the space. Is done. This structure has already been filed by the present applicant as Japanese Patent Application No. 2001-6476 “Phased Array Antenna and Transmitting / Receiving Device Using the Same”.
[0028]
In this application (Japanese Patent Application No. 2001-6476), n number of slot antenna elements (where n is an arbitrary natural number satisfying n ≧ 2) are arranged at equal intervals on the uppermost metal plate so that the polarization directions coincide with each other. A metal plate, which is arranged in one direction and in which the slot antenna elements having the number of elements one less than the upper layer side (the number of elements in the i-th stage: n−i + 1) are formed in the same way as the upper layer side, is arranged on the lower layer side. (M is an arbitrary natural number such that m ≧ 2) is laminated to form a multilayer structure, and the lower-layer slot antenna element spatially distributes or synthesizes the electromagnetic waves radiated, and the upper-layer slot antenna has an appropriate degree of coupling. The gist is that the element is arranged to be electromagnetically coupled.
[0029]
The deployment of the antenna will be described.
In this embodiment (first embodiment), each of an extension pole 13 for expanding the radiating slot metal plate 3 and the excitation slot metal plate 10 and a rotating mechanism 14 for rotating them after extension are provided. It is attached to the side surfaces of the slot metal plates 3 and 10, respectively.
[0030]
The process from when the antenna is housed (the state in which the antenna is housed) to deployment of the antenna will be described step by step.
Referring to FIG. 1, at the time of storage, as shown in FIG. 1A, each radiating slot metal plate 3 and each excitation slot metal plate 10 are stored overlapping each other. When the development starts, as shown in FIG. 5B, the overlapping ones are divided into the radiation slot metal plate 3 and the excitation slot metal plate 10. Each of the radiating slot metal plates 3 is extended by an extension pole 13 (see (c)), and further rotated by a rotating mechanical structure 14 (see (d)), and finally developed into a planar shape. (See (e)).
[0031]
Similarly, each slot metal plate 10 for excitation is extended, rotated, and finally developed into a flat shape (see (f)). After each slot metal plate 3 and 10 has been developed in a flat manner in this way, the radiating slot metal plate 3 is disposed so as to be overlaid so that the excitation slot metal plate 10 is on the lower side, The unfolding operation is terminated (see (g)).
[0032]
In the first embodiment of the antenna of the present invention described above, one element of the excitation slot 4 is coupled to a plurality of elements of the radiation slot 1 disposed above, but instead of this, A transmitter including an antenna by arranging an intermediate frequency (IF) circuit composed of MMIC (Monolithic Microwave Integlated Circuits) or the like before the power amplifying element 7 arranged in the groove of the slot metal plate 10 for excitation. Can be further reduced in size and thickness. Hereinafter, this embodiment will be described as a second embodiment of the antenna of the present invention.
[0033]
FIG. 2 shows a second embodiment of the deployable active phased array antenna of the present invention. Also in FIG. 2, a normal arrow shows until the antenna panel accommodated is unfolded, and a double line arrow shows a partially enlarged view or an assembled view.
In FIG. 2, 15 is a radiation slot, 16 is a radiation slot array plate, 17 is a radiation slot metal plate, 18 is an input strip conductor, 19 is a power amplifying element, 20 is an output strip conductor, and 21 is grooved. , A feed line / extension pole, 23 a rotation mechanism, 24 an excitation amplification circuit board, 25 a metal plate, 26 an input triplate line, and 27 an output triplate line.
[0034]
The operation will be described.
As shown in FIG. 2, the antenna of the present invention according to the second embodiment comprises a radiating slot array plate 16 which is arranged in a line and forms a radiating slot 15 for radiating electromagnetic waves into space. As shown in the lower left figure of FIG. 2, the radiation slot metal plate 17, the input strip conductor 18 for supplying the input high frequency signal, the power amplifying element 19 for amplifying the input high frequency signal, and the power amplifying element To the output strip conductors 20 for the 19 output lines, the input strip conductors 18, the power amplifying element 19, and the grooved metal base 21 for arranging the output strip conductors 20, and the radiation slot metal plates 17 The feed line / extension pole 22 which also serves as the feed line and the extension pole of the present invention, and a rotating mechanism 23 for rotating each of the radiating slot metal plates 17 when deployed. It is composed of an excitation amplifier circuit board 24 made of.
[0035]
Also in this embodiment (second embodiment), both the radiating slot metal plate 17 and the excitation amplifying circuit plate 24 are formed in a strip shape.
[0036]
In this embodiment (second embodiment), the input strip conductor 18, the grooved metal base 21, and the metal plate 25 form the input triplate line 26, and the output strip conductor 20 and the groove. An output triplate line 27 is composed of the attached metal base 21 and the metal plate 25.
[0037]
The flow of the high frequency signal will be described.
First, a high-frequency signal input from the excitation input terminal Tl (see the lower left diagram in FIG. 2) is transmitted through the input triplate line 26 and input to the power amplifying element 19. The high-frequency signal output from the power amplifying element 19 is transmitted to the output triplate line 27 and input to the feed line / extension pole 22.
[0038]
The high-frequency signal is distributed to each radiation slot metal plate 17 via the feed line / extension pole 22 and is electromagnetically coupled to the radiation slot 15 formed on the radiation slot array plate 16. The combined high frequency signal is radiated from the radiation slot 15 to the space. This structure is also included in the technical contents of the aforementioned Japanese Patent Application No. 2001-6476 “Phased Array Antenna and Transmitting / Receiving Device Using the Antenna”.
The feed line / extension pole 22 can be constituted by a waveguide or the like, and a coupling hole is formed at a connection point with each radiating slot metal plate 17 to be electromagnetically coupled.
[0039]
In this embodiment (second embodiment), referring to FIG. 2 for explaining the order from when the antenna is stored (the state in which the antenna is stored) to deployment of the antenna, step (a) is shown. Thus, the radiating slot metal plate 17 and the excitation amplifying circuit plate 24 are accommodated as they are. At the time of deployment, each of the radiating slot metal plates 17 and the excitation amplification circuit plate 24 disposed at the end thereof are extended by the extension pole 22 (see (b)), and then rotated by the rotation mechanism 23 (( c)), and finally, the radiating slot metal plate 17 is developed in a planar shape (see (d)).
[0040]
In the first and second embodiments of the deployment type active phased array antenna of the present invention described above, the radiating slot metal plate 3, the excitation slot metal plate 10 (in the case of the first embodiment), and the radiating slot metal The plate 17 and the amplifying circuit board 24 for excitation (in the case of the second embodiment) are strips. By doing so, the entire antenna panel can be arbitrarily divided and stored at the time of antenna design. There is an advantage that the shape and size can be freely set.
[0041]
Finally, the present invention includes a transmitting device and a receiving device comprising the deployable active phased array antenna of the present invention.
[0042]
【The invention's effect】
According to the present invention, the following effects can be obtained.
(1) Since the antenna panel can be divided into strips, it becomes very compact when stored, and the shape and size of the antenna can be set freely, improving portability, portability and storage. To do.
(2) Since the active phased array antenna can have a simple configuration, an active phased array antenna with low cost and high accuracy can be realized.
(3) By fixing the radiating slot metal plate based on the excitation slot metal plate, a substantially perfect planar shape can be maintained, so that a highly accurate radiation beam can be formed.
(4) Since the power feeding circuit and the antenna are integrated and power is fed to the radiating slot by electromagnetic coupling, it is expected that efficient and highly accurate antenna characteristics can be obtained even at a high frequency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a first embodiment of a deployable active phased array antenna of the present invention.
FIG. 2 shows a second embodiment of the deployable active phased array antenna of the present invention.
FIG. 3 shows a deployable phased array antenna described in Japanese Patent Laid-Open No. 7-223597, “Two-dimensional unfolded structure”.
FIG. 4 shows aspects before and after the deployment of the antenna panel of the array antenna described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-90114, “Array Antenna for Satellite Mount”.
FIG. 5 shows an aspect of feeding power to the array antenna after deployment of the antenna panel of the array antenna described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-90114 “Array Antenna for Satellite Mount”.
FIG. 6 also shows the front and back surfaces of individual antenna panels of the array antenna described in Japanese Patent Laid-Open No. 6-90114, “A satellite-mounted array antenna”.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Radiation slot 2 Radiation slot array plate 3 Radiation slot metal plate 4 Excitation slot 5 Excitation slot plate 6 Input strip conductor 7 Power amplification element 8 Output strip conductor 9 Grooved metal base 10 Excitation slot metal Plate 11 Input triplate line 12 Output triplate 13 Extension pole 14 Rotating mechanism 15 Radiation slot 16 Radiation slot array plate 17 Radiation slot metal plate 18 Input strip conductor 19 Power amplification element 20 Output strip conductor 21 Grooved metal base 22 Feed line / extension pole 23 Rotating mechanism 24 Amplifying circuit board 25 Metal plate 26 Input triplate line 27 Output triplate line

Claims

A plurality of metal plates arranged with an excitation antenna element excited by an output line of an active device and a plurality of metal plates arranged with a radiation antenna element are provided. In use, the folded metal plates are unfolded in a flat shape, and the two unfolded metal plates are radiated by the plurality of metal plates arranged with the excitation antenna elements. The antenna element is arranged so as to be under the plurality of metal plates arranged, so that the radiation antenna element is fed by electromagnetic coupling from the excitation antenna element. Type active phased array antenna.

2. The deployable active phased array antenna according to claim 1, wherein a plurality of metal plates on which the excitation antenna elements are arranged and a plurality of metal plates on which the radiation antenna elements are arranged are formed in a strip shape. Expandable active phased array antenna.

3. The deployable active phased array antenna according to claim 2, wherein when the plurality of metal plates on which the excitation antenna elements are arranged and the plurality of metal plates on which the radiation antenna elements are arranged are deployed in a planar shape, the respective metals are arranged. A deployable active phased array antenna, characterized in that the longitudinal directions of the strips of the plates are perpendicular to each other.

2. The deployable active phased array antenna according to claim 1, wherein the plurality of metal plates on which the radiation antenna elements are arranged are a plurality of metal plates on which radiation antenna elements are arranged in a straight line. Type active phased array antenna.

It comprises a metal plate on which an active device for excitation is arranged and a plurality of metal plates on which antenna elements for radiation are arranged, and when the antenna is stored, the metal plates are folded or overlapped and stored in a predetermined position. Expand both folded metal plates in a plane, and between the metal plate on which the active devices for excitation expanded in a plane are arranged and the first metal plate on which the radiation antenna elements expanded in a plane are arranged, and on the plane A plurality of metal plates in which a feed line connecting between the successive metal plates arranged in the form of radiation antenna elements arranged in a line is formed, and the formed feed lines and the radiation antenna elements deployed in a plane are arranged The antenna element for radiation is arranged from a metal plate on which the active device for excitation is arranged by electromagnetically coupling at each connection point with Extracting the active phased array antenna which is characterized by being configured to power the plurality of metal plates was.

6. The deployable active phased array antenna according to claim 5, wherein both the metal plate on which the excitation active device is arranged and the plurality of metal plates on which the radiating antenna elements are arranged are formed in a strip shape. Active phased array antenna.

6. The deployable active phased array antenna according to claim 5, wherein the plurality of metal plates on which the radiation antenna elements are arranged are a plurality of metal plates on which radiation antenna elements are arranged in a straight line. Type active phased array antenna.

The deployable active phased array antenna according to any one of claims 5 to 7, wherein the feed line also serves as an expansion / contraction pole for deploying the folded metal plates in a planar shape. Expandable active phased array antenna.

A transmission apparatus comprising the deployable active phased array antenna according to any one of claims 1 to 8.

A receiving apparatus comprising the deployable active phased array antenna according to any one of claims 1 to 8.