JP4044870B2 - Antenna device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナ装置に関し、特に放射方向が360度回転可能なアンテナに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、レーダ装置のアンテナとして、図4に示したスロット10を多数配列したスロットアレーアンテナや、平面アンテナであるマイクロストリップパッチアンテナで構成されるアレーアンテナ等が知られていた。レーダ装置は通常パルスレーダであり、その送信器にはマグネトロンが使用されている。マグネトロンは比較的容易に大きなピーク電力のマイクロ波発振が可能でありパルスレーダ装置に好適である。このように一個の発振器で送信器をまかなうことが可能な場合、そのアンテナ装置は給電部が一箇所で、そこから供給されるマイクロ波電力を各アンテナ素子に分配する形態のアンテナが好適である。図4に示すようにスロットアレーアンテナは複数のスロット10が各アンテナ素子に相当し、これらを合成することによって必要な指向性ゲインを得る構造となっている。レーダ装置に使用するマイクロストリップパッチアンテナの場合も、給電点は一箇所でそこからマイクロストリップ線路で各パッチアンテナ素子に電力を分配する構造である。
【0003】
また、レーダ装置は水平方向に狭い指向性を持ったアンテナを水平方向に360度回転させる必要がある。そのため、従来から回転機構を持った伝送線路であるロータリージョイントを用いることが一般的であった。したがって、平面アンテナを用いる場合であっても、マイクロ波の給電点はロータリージョイントの回転中心に設置した一点に限られていた。
【0004】
なお、一般の船舶レーダ装置のアンテナから放射するマイクロ波は、重力方向に垂直な方向に偏波面を持つ水平偏波である。
【0005】
以上のようなマイクロ波給電および偏波変換に関連する技術は、ロータリージョイントを用いてマイクロ波電力をアンテナに供給すると共に、放射する電波の偏波変換を行うものとして、例えば特開2001−185946(特許文献1)に開示されている。これは給電プローブを回転中心軸として電磁結合する副反射鏡に給電するもので、アンテナの主反射鏡は偏波変換機能を有している。また、ロータリージョイントを用いないで給電する例としては、例えば特開平6−37537(特許文献2)や特開平8−293721(特許文献3)がある。前者は導波管の出力が偏平な伝送空間を介して放射素子から円偏波で放射され、偏波変換素子により直線偏波に変換するもので、偏波面の制御は偏波変換素子を回転させることによって実現している。後者は回転部である誘電体板上に設けられたアンテナ素子からの受信信号を給電点に集め、電波により固定部に設けられた再受信部に伝送するものである。
【0006】
【特許文献1】
特開2001−185946号公報
【特許文献2】
特開平6−37537号公報
【特許文献3】
特開平8−293721号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
近年、マイクロ波半導体素子の開発が進み、レーダ装置の発振器にもマグネトロンの代わりに、マイクロ波半導体素子を発振器として用いた送信器が利用されている。しかし、半導体素子1個でマグネトロン1個と同等のマイクロ波電力を得ることは不可能である。そのため半導体素子を発振器とする送信器では、マイクロ波電力の合成装置が必須となる。しかし、電力合成装置でマイクロ波電力を合成し、それを送信用アンテナに再び分配する構成では、合成装置等の電力ロス分が大きくなり、好適な手段とは言えない。またアンテナを回転させる場合、従来のロータリージョイントにより給電する方法をとると、その給電点をロータリージョイントの回転中心とするための装置も必要である。
【0008】
一方、ロータリージョイントを用いない方法として平面アンテナのアンテナ素子それぞれに半導体素子を装荷しアンテナ素子各々から放射されるマイクロ波を空間で合成することも考えられるが、回転するアンテナ上の半導体素子にDC電力を供給する手段が難しく、また半導体素子が発生する熱を逃がすための部品等によってアンテナ全体の寸法が大きく、重くなる結果その回転駆動機構が大きくなるという問題がある。
【0009】
本発明では、上記問題点を解消し、複数のマイクロ波の給電点を持ち、給電点に対してマイクロ波の放射方向が360度回転可能なアンテナ装置を実現することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、請求項1に係る発明は、反射板と、円偏波を放射または受信する1次放射器と、送信時には前記1次放射器から放射された円偏波を直線偏波に変換し、受信時には前記反射板に反射して入射した直線偏波を円偏波に変換する偏波変換器とを有し、前記反射板と前記偏波変換器が一体となって、前記1次放射器の略中心を回転軸として回転する機構を備えたアンテナ装置において、前記1次放射器を複数個のマイクロストリップパッチアンテナで構成し、該複数個のマイクロストリップパッチアンテナを筐体の底面に配置し、該筐体上に、前記反射板と前記偏波変換器を水平方向に回転可能に配置したことを特徴とするものである。
【0011】
また、請求項2に係る発明は、円偏波を放射または受信する1次放射器と、送信時には前記1次放射器から放射された円偏波を直線偏波に変換し、受信時には入射した直線偏波を円偏波に変換する偏波変換器を反射面に備えた反射板とを有し、該反射板が、前記1次放射器の略中心を回転軸として回転する機構を備えたアンテナ装置において、前記1次放射器を複数個のマイクロストリップパッチアンテナで構成し、該複数個のマイクロストリップパッチアンテナを筐体の底面に配置し、該筐体上に、前記反射板を水平方向に回転可能に配置したことを特徴とするものである。
【0012】
さらに請求項3に係る発明は、請求項1または2いずれか記載のアンテナ装置において、前記1次放射器を、直線偏波を放射または受信する複数個のマイクロストリップパッチアンテナと、送信時には前記マイクロストリップパッチアンテナから放射される直線偏波を円偏波に、受信時には円偏波を直線偏波に変換する別の偏波変換器とで構成し、前記複数個のマイクロストリップパッチアンテナを前記筐体の底部に配置し、該マイクロストリップパッチアンテナ上の前記筐体内の空間に、前記別の偏波変換器を配置したことを特徴とするものである。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の第1の実施例を示す概略構造図で、図1(a)は斜視図、(b)は平面図、(c)は正面図、(d)は(b)のA−A′線での断面図である。本実施例は9.4GHz帯レーダ装置用のアンテナ装置であって、重力方向に垂直な偏波面を持つ水平偏波のマイクロ波を送受信するアンテナ装置である。1次放射器3はマイクロストリップパッチアンテナが複数個(一例として4個)同相で円偏波が励振されるようになっており、図示されていないが、半導体素子を用いた発振器、その出力を分岐して増幅する増幅器および送受切換器等に接続されている。なお、1次放射器3は筐体4に取り付けられ、固定されている。
【0014】
反射板1と偏波変換器2は、図1(d)に示すように1次放射器3の概略中心9を通る垂線(中心軸)のまわりに一体となって回転可能な状態で支持されている。回転は筐体4に取り付けられたモータ5によって駆動され、反射板1と偏波変換器2のみが、筐体4上を水平方向に360度回転する。
【0015】
偏波変換器2は円偏波と直線偏波間の変換を行う装置で、金属板が特定の間隔で数枚配列された構造のものである。本実施例は金属板を用いたが、例えば誘電体を用いたものであってもよい。
【0016】
反射板1の開口面の長さは約30cmで、指向性は約6度であり水平方向に鋭い指向性をもってマイクロ波を送受信する構造である。レーダー電波(マイクロ波)の送信時は1次放射器3から放射された円偏波は偏波変換器2で直線偏波に変換され、回転する反射板1で反射することによってターゲットに向け放射される。偏波変換器2と反射板1は一体となって回転するため、放射されるマイクロ波は、偏波面が重力方向に垂直な水平偏波となる。受信時は水平偏波である受信信号が反射板1で集められ、偏波変換器2で直線偏波から円偏波に変換され、1次放射器3で受信される。なおこのとき、反射板1の回転軸は重力方向にとっている。
【0017】
このように構成することで、1次放射器を複数個のマイクロストリップパッチアンテナで構成した場合でも、それらが同相で円偏波を励振するように設定すれば、複数の給電点からのマイクロ波を空間で合成でき、回転方向に水平偏波を送受信可能なアンテナ装置が実現できる。
【0018】
図2は本発明の第2の実施例の正面図で、8は偏波変換器の機能を持った反射板である。図示されていないが、1次放射器3が図1の実施例と同様に筐体4に設置されている。図1の実施例で設置していた偏波変換器は本実施例には設けていない。その代わり、反射板1表面が偏波変換機能をもった構造となっている。このような機能を実現するために、本実施例では、反射板1の表面に金属の凹凸を所定の間隔で設けている。偏波変換機能は金属の凹凸に限らず、誘電体の凹凸等によっても実現可能である。動作機構は図1の場合と同様、マイクロ波の送信時は1次放射器3で円偏波を励振し、反射板8で円偏波を直線偏波に変換する。反射板1の回転により、水平方向の偏波面を持った水平偏波が放射される。マイクロ波の受信時はその逆に水平偏波を反射板8で受け、直線偏波に変換され1次放射器3で受信される。
【0019】
このような構造とすることで、第1の実施例同様、1次放射器を複数個のマイクロストリップパッチアンテナで構成した場合でも、それらが同相で円偏波を励振するように設定すれば、複数の給電点からのマイクロ波を空間で合成でき、回転方向のどの位置においても水平偏波を送受信可能なアンテナ装置が実現できる。特に本実施例では、反射板8に偏波変換機能を持たせているため、反射板8のみを回転させれば良く、回転駆動機構を小型化することができ、アンテナ装置の小型化等を図ることが容易となる。また偏波変換器を別途設ける必要がないので、量産化した場合、低コスト化が容易である。
【0020】
図3は本発明の第3の実施例の断面図で、本実施例は図1の1次放射器3の代わりに、直線偏波を励振する1次放射器6と直線偏波から円偏波に変換する別の偏波変換器7で構成される1次放射器を用いたものである。このように構成することによって、本実施例では直線偏波を励振する1次放射器6と偏波変換器7が一体となり、図1の実施例の円偏波を励振する1次放射器3の働きをしている。このように別の偏波変換器7を設けることで、1次放射器の設計、製作が容易な直線偏波を励振する1次放射器6を用いて、図1の実施例と同様な特性を得ることが可能となる。
【0021】
なお、本実施例において、反射板1と偏波変換器2の代わりに、図2に示すように偏波変換器の機能を持った反射板8を用いることも可能である。このように構成することで、第2の実施例同様、反射板8のみを回転させれば良く、回転駆動機構を小型化することができ、アンテナ装置の小型化等を図ることが容易となる。
【0022】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のアンテナ装置は、1次放射器を複数個のマイクロストリップパッチアンテナで構成し、複数のマイクロ波の給電点を持つことになっても、ロータリージョイントを用いずに、マイクロ波の放射方向が360度回転可能なレーダ装置に好適なアンテナが実現できる。特に半導体素子を送信器として用いる場合に好適である。
【0023】
また、反射板1に偏波変換機能を持たせた構成とすることで、反射板1のみを回転させれば良く、アンテナ装置の小型化等を図ることが容易となるという効果もある。
【0024】
さらに1次放射器を円偏波励振あるいは直線偏波励振のいずれでも良く、設計の自由度は大きいという効果もある。特に直線偏波励振の1次放射器は、設計、製作が容易であり、簡便にアンテナ装置を形成することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施例を示す構造図で、(a)は斜視図、(b)は平面図、(c)は正面図、(d)は(b)のA−A′線での断面図である。
【図2】 本発明の第2の実施例の正面図である。
【図3】 本発明の第3の実施例の断面図である。
【図4】 従来の実施例であるレーダ装置用スロットアレーアンテナを示す図である。
【符号の説明】
1:反射板、2:偏波変換器、3:1次放射器、4:筐体、5:モータ、6:1次放射器、7:偏波変換器、8:反射板、9:1次放射器の概略中心、10:スロット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an antenna device, and more particularly to an antenna whose radiation direction can be rotated 360 degrees.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as an antenna of a radar apparatus, a slot array antenna in which a large number of
[0003]
Further, the radar apparatus needs to rotate an antenna having a narrow directivity in the horizontal direction by 360 degrees in the horizontal direction. Therefore, it has been common to use a rotary joint that is a transmission line having a rotation mechanism. Therefore, even when a planar antenna is used, the microwave feeding point is limited to one point installed at the rotation center of the rotary joint.
[0004]
Note that the microwave radiated from an antenna of a general marine radar apparatus is a horizontally polarized wave having a polarization plane in a direction perpendicular to the direction of gravity.
[0005]
The technology related to microwave feeding and polarization conversion as described above is, for example, disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-185946, in which microwave power is supplied to an antenna using a rotary joint and polarization conversion of a radiated radio wave is performed. (Patent Document 1). This feeds power to a sub-reflecting mirror that is electromagnetically coupled using a feeding probe as a center axis of rotation, and the main reflecting mirror of the antenna has a polarization conversion function. Examples of supplying power without using a rotary joint include, for example, JP-A-6-37537 (Patent Document 2) and JP-A-8-293721 (Patent Document 3). In the former, the output of the waveguide is radiated as circularly polarized light from the radiating element through a flat transmission space and converted to linearly polarized light by the polarization converting element. The polarization plane is controlled by rotating the polarization converting element. It is realized by letting. The latter collects received signals from antenna elements provided on a dielectric plate, which is a rotating part, at a feeding point and transmits them to a re-receiving part provided in a fixed part by radio waves.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2001-185946 A [Patent Document 2]
JP-A-6-37537 [Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 8-293721
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, the development of microwave semiconductor elements has progressed, and transmitters using microwave semiconductor elements as oscillators instead of magnetrons have been used for oscillators of radar devices. However, it is impossible to obtain microwave power equivalent to one magnetron with one semiconductor element. Therefore, in a transmitter using a semiconductor element as an oscillator, a microwave power synthesizing device is essential. However, the configuration in which the microwave power is combined by the power combiner and then distributed again to the transmitting antenna increases the power loss of the combiner and the like, which is not a preferable means. Further, when the antenna is rotated, if a conventional method of feeding power by a rotary joint is used, a device for setting the feeding point as the rotation center of the rotary joint is also necessary.
[0008]
On the other hand, as a method that does not use a rotary joint, it is conceivable to load semiconductor elements on each antenna element of a planar antenna and synthesize microwaves radiated from each antenna element in space. There is a problem that means for supplying power is difficult, and the size of the entire antenna is large and heavy due to components and the like for releasing heat generated by the semiconductor element, so that the rotational drive mechanism becomes large.
[0009]
An object of the present invention is to solve the above-described problems and to realize an antenna device having a plurality of microwave feeding points and capable of rotating the microwave radiation direction by 360 degrees with respect to the feeding points.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to
[0011]
The invention according to
[0012]
Further, the invention according to
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic structural view showing a first embodiment of the present invention, FIG. 1 (a) is a perspective view, (b) is a plan view, (c) is a front view, and (d) is A in FIG. It is sectional drawing in the -A 'line. The present embodiment is an antenna device for a 9.4 GHz band radar device, which transmits and receives horizontally polarized microwaves having a polarization plane perpendicular to the direction of gravity. The
[0014]
The
[0015]
The
[0016]
The length of the opening surface of the
[0017]
By configuring in this way, even when the primary radiator is composed of a plurality of microstrip patch antennas, if they are set to excite circularly polarized waves in the same phase, microwaves from a plurality of feeding points Can be synthesized in space, and an antenna device capable of transmitting and receiving horizontally polarized waves in the rotation direction can be realized.
[0018]
FIG. 2 is a front view of a second embodiment of the present invention, and 8 is a reflector having a function of a polarization converter. Although not shown, the
[0019]
By adopting such a structure, even when the primary radiator is composed of a plurality of microstrip patch antennas as in the first embodiment, if they are set to excite circularly polarized waves in the same phase, An antenna device that can synthesize microwaves from a plurality of feeding points in space and can transmit and receive horizontally polarized waves at any position in the rotational direction can be realized. In particular, in the present embodiment, since the
[0020]
FIG. 3 is a cross-sectional view of the third embodiment of the present invention. In this embodiment, instead of the
[0021]
In this embodiment, instead of the
[0022]
【The invention's effect】
As described above, the antenna device of the present invention includes a primary radiator composed of a plurality of microstrip patch antennas, and has a plurality of microwave feeding points without using a rotary joint. An antenna suitable for a radar apparatus capable of rotating the microwave radiation direction by 360 degrees can be realized. It is particularly suitable when a semiconductor element is used as a transmitter.
[0023]
In addition, since the
[0024]
Further, the primary radiator may be either circularly polarized wave excitation or linearly polarized wave excitation, and there is an effect that the degree of freedom in design is large. In particular, the linearly polarized excitation primary radiator is easy to design and manufacture, and has an effect that an antenna device can be easily formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a structural view showing a first embodiment of the present invention, where (a) is a perspective view, (b) is a plan view, (c) is a front view, and (d) is an A-A view of (b). It is sectional drawing in a 'line.
FIG. 2 is a front view of a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a slot array antenna for a radar apparatus according to a conventional example.
[Explanation of symbols]
1: reflector, 2: polarization converter, 3: 1 primary radiator, 4: housing, 5: motor, 6: 1 primary radiator, 7: polarization converter, 8: reflector, 9: 1 Outline center of secondary radiator, 10: slot
Claims (3)
前記1次放射器を複数個のマイクロストリップパッチアンテナで構成し、
該複数個のマイクロストリップパッチアンテナを筐体の底面に配置し、該筐体上に、前記反射板と前記偏波変換器を水平方向に回転可能に配置したことを特徴とするアンテナ装置。Reflector, primary radiator that radiates or receives circularly polarized waves, and circularly polarized waves radiated from the primary radiator during transmission are converted to linearly polarized waves, and reflected and incident on the reflector when receiving and and a polarization converter which converts the circular polarization of the linearly polarized with the turned reflecting plate and the polarization converter is integrated to rotate the approximate center of the primary radiator as a rotation axis mechanism In an antenna device comprising:
The primary radiator is composed of a plurality of microstrip patch antennas,
An antenna device comprising: a plurality of microstrip patch antennas disposed on a bottom surface of a housing; and the reflector and the polarization converter disposed on the housing so as to be rotatable in a horizontal direction .
前記1次放射器を複数個のマイクロストリップパッチアンテナで構成し、
該複数個のマイクロストリップパッチアンテナを筐体の底面に配置し、該筐体上に、前記反射板を水平方向に回転可能に配置したことを特徴とするアンテナ装置。A primary radiator that radiates or receives a circularly polarized wave, and a circularly polarized wave radiated from the primary radiator during transmission is converted into a linearly polarized wave, and an incident linearly polarized wave is converted into a circularly polarized wave during reception. and a reflecting plate for a polarization converter having a reflecting surface, the reflecting plate, in the antenna device having a mechanism for rotating the approximate center of the primary radiator as a rotation axis,
The primary radiator is composed of a plurality of microstrip patch antennas,
An antenna device , wherein the plurality of microstrip patch antennas are arranged on a bottom surface of a casing, and the reflecting plate is rotatably arranged on the casing in a horizontal direction .
前記複数個のマイクロストリップパッチアンテナを前記筐体の底部に配置し、該マイクロストリップパッチアンテナ上の前記筐体内の空間に、前記別の偏波変換器を配置したことを特徴とするアンテナ装置。3. The antenna device according to claim 1, wherein the primary radiator includes a plurality of microstrip patch antennas that radiate or receive linearly polarized waves, and a linear polarization that is radiated from the microstrip patch antennas during transmission. It consists of a separate polarization converter that converts waves into circularly polarized waves and converts circularly polarized waves into linearly polarized waves during reception .
The antenna device, wherein the plurality of microstrip patch antennas are arranged at a bottom of the casing, and the other polarization converter is arranged in a space in the casing on the microstrip patch antenna .
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