JP4161530B2 - 2周波共用アレイアンテナ - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、2周波共用アレイアンテナに関する。
【0002】
【従来の技術】
2つの異なる周波数で共用できるアレイアンテナを構成するため、アンテナ素子を同一平面上に配置する場合、2共振(二つの共振周波数を有する)アンテナ素子を使用する方法と、異なる周波数で共振する半波長ダイポールアンテナ素子を使用する方法とが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、2共振アンテナ素子の場合、共振する二つの周波数帯でのアイソレーションが十分とれないことが多い。したがって十分なアイソレーションをとるためには、フィルタを使用して二つの周波数帯域間のアイソレーションを取らなければならない。また、この場合、アンテナ素子の給電点が共通のため、給電回路も共通に使用しなければならず、異なる放射軸角度(電気チルト)が必要なアレイアンテナを構成する素子としては不向きである。
【0004】
一方、異なる周波数で共振するアンテナ素子(例えば半波長ダイポールアンテナ)を使用する場合でも、偏波ダイバーシティ機能を有し、かつ2周波数で共用できるアレイアンテナとするためには、アンテナ素子を密集して配置する必要があり、隣接するアンテナ素子同士が干渉するため、電気的特性が劣化するという問題があった。
【0005】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、互いに干渉することなく、直交する偏波ダイバーシティ機能を有する2周波共用アレイアンテナを提供することにある。
【0006】
【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の2周波共用アレイアンテナは、第1の共振周波数で動作し、第1の偏波を輻射する第1のアンテナ素子と第1の偏波と直交する第2の偏波を輻射する第2のアンテナ素子からなり、該第1のアンテナ素子と第2のアンテナ素子を複数個、一列に配置した第1のアレイアンテナと、第2の共振周波数で動作し、上記第1の偏波と同じ偏波を輻射する第3のアンテナ素子と上記第2の偏波と同じ偏波を輻射する第4のアンテナ素子からなり、該第3のアンテナ素子と第4のアンテナ素子を複数個、上記第1のアレイアンテナと同列上に配置した第2のアレイアンテナからなり、上記第1のアレイアンテナの第1のアンテナ素子と第2のアンテナ素子は一定の間隔d で配置され、上記第2のアレイアンテナの第3のアンテナ素子はd 、d (d <d <d )の間隔で交互に配置され、上記第2のアレイアンテナの第4のアンテナ素子はd 、d の間隔で交互に配置され、上記第1のアンテナ素子から見て該第1のアンテナ素子を挟む上記第3のアンテナ素子は等間隔に配置され、上記第2のアンテナ素子から見て該第2のアンテナ素子を挟む上記第4のアンテナ素子は等間隔に配置されるものである。
【0007】
本発明の2周波共用アレイアンテナは、第1のアンテナ素子と第2のアンテナ素子は直交する偏波を輻射するスロット共振型アンテナ素子からなり、第3のアンテナ素子と第4のアンテナ素子はダイポールアンテナ素子からなるものである。
【0008】
本発明の2周波共用アレイアンテナは、スロット共振型アンテナ素子は第1の偏波のスロットと第2の偏波のスロットと無給電素子からなり、無給電素子から見て該無給電素子を挟む第3のアンテナ素子および第4のアンテナ素子はそれぞれ等間隔に配置されるものである。
【0009】
上記構成に加え本発明の2周波共用アレイアンテナは、スロット共振型アンテナ素子の共振周波数が2GHz帯であり、ダイポールアンテナ素子の共振周波数が1.5GHz帯であるのが好ましい。
【0010】
本発明によれば、共振周波数の異なるアンテナ素子を異なる間隔でほぼ同一平面上に配置したことにより、互いに干渉することなく、直交する偏波ダイバーシティ機能を有する2周波共用アレイアンテナを実現することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【0012】
図1は本発明の2周波共用アレイアンテナの一実施の形態を示す平面図である。図2は図1の部分拡大図である。
【0013】
図1に示す2周波共用アレイアンテナ1は、共通グランド板2の一方の面(表面)上に一定の間隔d0 を隔てて絶縁体(図示せず。)を介して設けられ直交する偏波を輻射する複数(図では8つ)のスロット共振型アンテナ素子3−1〜3−4と、共通グランド板2の一方の面上の各スロット共振アンテナ素子3−1〜3−4の一方のスロット4−1〜4−4と平行で、d1 、d2 (d1 <d0 <d2 )の間隔で交互にスロット共振アンテナ素子3−1〜3−4の列に配置された第一のダイポールアンテナ素子5−1〜5−4と、共通グランド板2の他方の面(裏面)上にスロット共振アンテナ素子3−1〜3−4の他方のスロット6−1〜6−4と平行で、交互に第一のダイポールアンテナ素子5−1〜5−4の近傍に交互に配置された第二のダイポールアンテナ素子7−1〜7−4とで構成されたものである。
【0014】
第一のダイポールアンテナ素子5−1〜5−4は共通グランド板2の表側に絶縁体(図示せず。)を介して形成され、第二のダイポールアンテナ素子7−1〜7−4は共通グランド板2の裏側に絶縁体(図示せず)を介して形成されている。尚、8−1〜8−4はスロット共振アンテナ素子3−1〜3−4の無給電素子を示す。
【0015】
間隔d1 、d2 は、ダイポールアンテナ素子5−1〜5−4、7−1〜7−4の形状に合せ、機械的干渉のない範囲で極力d0 に近づけることが望ましい。また、ダイポールアンテナ素子5−1〜5−4、7−1〜7−4への給電は、配置間隔の違いを補正するため、給電位相を調整する必要がある。
【0016】
このように、共振周波数の異なるアンテナ素子3−1〜3−4とアンテナ素子5−1〜5−4、7−1〜7−4を異なる間隔でほぼ同一平面上に配置したことにより、互いに干渉することなく、直交する偏波ダイバーシティ機能を有する2周波共用アレイアンテナ1を実現することができる。
【0017】
尚、本実施の形態ではスロット及び無給電素子からなるアンテナ素子を用いた場合で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、マイクロストリップアンテナを用いてもよい。
【0018】
【実施例】
(実施例)
図1に示す2周波共用アレイアンテナを用い、ダイポールアンテナ素子5−1〜5−4、7−1〜7−4を1.5GHz帯で共振する半波長ダイポールアンテナ素子とし、スロット共振アンテナ素子3−1〜3−4を2GHz帯で共振するスロット4−1〜4−4、6−1〜6−4及びスロット4−1〜4−4、6−1〜6−4によって励振される無給電素子8−1〜8−4からなるスロットアンテナとする。
【0019】
ここで、1.5GHz帯の波長をλ1.5G、2GHz帯の波長をλ2Gとすると、1.5GHz帯半波長ダイポールアンテナ素子5−1〜5−4、7−1〜7−4の長さは約100mm(約λ1.5G/2)となり、2GHz帯スロットアンテナ3−1〜3−4の無給電素子8−1〜8−4の対角線の長さは約70mm(約λ2G/2)となる。スロット共振アンテナ素子3−1〜3−4を一方(図では上方)のスロット4−1〜4−4が0.85λ2G(127.5mm)間隔になるように配置し、半波長ダイポールアンテナ素子5−1〜5−4、7−1〜7−4を間隔d1 、d2 で交互に配置する。
【0020】
半波長ダイポールアンテナ素子5−1〜5−4と半波長ダイポールアンテナ素子7−1〜7−4とは互いに直交するため、偏波ダイバーシティアンテナとして機能するのに必要な偏波間のアイソレーションを取ることが可能である。同様に、2GHz帯として共振するスロット4−1〜4−4とスロット6−1〜6−4とを直交して配置することにより、無給電素子8−1〜8−4を共有しても十分な偏波間アイソレーションを取ることが可能である。
【0021】
複数(図では8つであるが限定されない。)のスロット共振型アンテナ素子3−1〜3−4からなるアレイアンテナにおける各スロット共振型アンテナ素子3−1〜3−4の配置間隔は、サイドローブを抑制する場合、1波長以下に抑える必要がある。
【0022】
ここで、図2に示すように一方のスロット4−1より輻射された+45°偏波は、偏波方向(矢印9−1方向)が同一の半波長ダイポールアンテナ素子7−1、7−2の影響を受ける。しかし、無給電素子8−1から見て半波長ダイポールアンテナ素子7−1、7−2は等間隔に配置されているため、半波長ダイポールアンテナ素子7−1、7−2で反射した電波は正面方向に輻射され、主ビームの方向が曲がることはない。また、他方のスロット6−1から輻射された−45°偏波は偏波方向(矢印9−2)が半波長ダイポールアンテナ素子7−1、7−2と直交するため、電気的な影響を受けない。
【0023】
したがって互いに干渉することなく、直交する偏波ダイバーシティ機能を有する2周波共用アレイアンテナの提供を実現することができる。
【0024】
(比較例)
図3は2周波共用アレイアンテナの比較例を示す平面図であり、図4は図3の部分拡大図である。
【0025】
図3に示す2周波共用アレイアンテナ10は、直交する偏波を輻射すると共に共通グランド板11の一方の面上に一定の間隔d0 で配置されたスロット共振アンテナ素子12−1〜12−4と、共通グランド板11の一方の面(表面)上の各スロット共振アンテナ素子12−1〜12−4と交互で各スロット共振アンテナ素子12−1〜12−4の一方のスロット13−1〜13−4と平行かつ、一定の間隔d0 で配置された半波長の第一のダイポールアンテナ素子14−1〜14−4と、共通グランド板11の他方の面(裏面)上にスロット共振アンテナ素子12−1〜12−4と交互で各スロット共振アンテナ素子12−1〜12−4の他方のスロット15−1〜15−4と平行かつ、一定の間隔d0 で配置された半波長の第二のダイポールアンテナ素子16−1〜16−4とで構成されている。尚、17−1〜17−4は無給電素子を示す。
【0026】
スロット共振アンテナ素子12−1〜12−4を一方のスロット13−1〜13−4が0.85λ2G(127.5mm)間隔となるように配置し、各ダイポールアンテナ素子14−1〜14−4、16−1〜16−4を同一間隔d0 で配置すると、0.61λ1.5G(122mm)間隔となり、サイドローブ抑制の条件となる1波長での配置が可能となる。
【0027】
しかし、無給電素子17−1の一方の側(図では右側)にのみダイポールアンテナ素子14−2、16−2が近接することになる。図4に示すように、一方のスロット13−1より輻射された+45°偏波は、偏波方向18−1が同一の半波長ダイポールアンテナ素子16−1の影響を受け、この半波長ダイポールアンテナ素子16−1が反射器として作用し、主ビーム方向が曲がってしまう。同様に他方のスロット15−1から輻射された−45°偏波は、偏波方向18−2が同一のダイポールアンテナ素子14−2の影響を受けてしまう。したがって、互いに干渉することなく、直交する偏波ダイバーシティ機能を有する2周波共用アレイアンテナの実現ができない。
【0028】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【0029】
互いに干渉することなく、直交する偏波ダイバーシティ機能を有する2周波共用アレイアンテナの提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の2周波共用アレイアンテナの一実施の形態を示す平面図である。
【図2】図1の部分拡大図である。
【図3】2周波共用アレイアンテナの比較例を示す平面図である。
【図4】図3の部分拡大図である。
【符号の説明】
1 2周波共用アレイアンテナ
2 共通グランド板
3−1〜3−4 スロット共振型アンテナ素子
5−1〜5−4 第一のダイポールアンテナ素子
7−1〜7−4 第二のダイポールアンテナ素子

Claims (4)

  1. 第1の共振周波数で動作し、第1の偏波を輻射する第1のアンテナ素子と第1の偏波と直交する第2の偏波を輻射する第2のアンテナ素子からなり、該第1のアンテナ素子と第2のアンテナ素子を複数個、一列に配置した第1のアレイアンテナと、
    第2の共振周波数で動作し、上記第1の偏波と同じ偏波を輻射する第3のアンテナ素子と上記第2の偏波と同じ偏波を輻射する第4のアンテナ素子からなり、該第3のアンテナ素子と第4のアンテナ素子を複数個、上記第1のアレイアンテナと同列上に配置した第2のアレイアンテナからなり、
    上記第1のアレイアンテナの第1のアンテナ素子と第2のアンテナ素子は一定の間隔d で配置され、
    上記第2のアレイアンテナの第3のアンテナ素子はd 、d (d <d <d )の間隔で交互に配置され、
    上記第2のアレイアンテナの第4のアンテナ素子はd 、d の間隔で交互に配置され、
    上記第1のアンテナ素子から見て該第1のアンテナ素子を挟む上記第3のアンテナ素子は等間隔に配置され、
    上記第2のアンテナ素子から見て該第2のアンテナ素子を挟む上記第4のアンテナ素子は等間隔に配置されることを特徴とする2周波共用アレイアンテナ。
  2. 上記第1のアンテナ素子と第2のアンテナ素子は直交する偏波を輻射するスロット共振型アンテナ素子からなり、
    上記第3のアンテナ素子と第4のアンテナ素子はダイポールアンテナ素子からなることを特徴とする請求項1記載の2周波共用アレイアンテナ。
  3. 上記スロット共振型アンテナ素子は第1の偏波のスロットと第2の偏波のスロットと無給電素子からなり、
    上記無給電素子から見て該無給電素子を挟む上記第3のアンテナ素子および第4のアンテナ素子はそれぞれ等間隔に配置されることを特徴とする請求項2記載の2周波共用アレイアンテナ。
  4. 上記スロット共振型アンテナ素子の共振周波数が2GHz帯であり、上記ダイポールアンテナ素子の共振周波数が1.5GHz帯である請求項2または3に記載の2周波共用アレイアンテナ。
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