JP4761219B2 - Horizontal plane beam scanning antenna - Google Patents

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Description

本発明は、水平面内にビーム走査可能な水平面ビーム走査型アンテナに関し、特に、小型化を実現する水平面ビーム走査型アンテナに関する。   The present invention relates to a horizontal plane beam scanning antenna capable of beam scanning in a horizontal plane, and more particularly to a horizontal plane beam scanning antenna that realizes miniaturization.

給電モノポールの周りに可変リアクタを装荷したエスパアンテナの検討が進められている(例えば、非特許文献1参照)。   An ESPAR antenna loaded with a variable reactor around a feeding monopole is being studied (for example, see Non-Patent Document 1).

このエスパアンテナは、図9に示すように、地導体10の上に、給電ロッド11を中心にして、その各々が可変リアクタに接続される複数のロッド12を対称に配置することで構成されるものであり、ロッド12に接続される可変リアクタによりリアクタンス値を制御することで、水平面内におけるアンテナの指向性を自在に変更することができるという特徴を持つアンテナである。   As shown in FIG. 9, the ESPAR antenna is configured by arranging a plurality of rods 12 each of which is connected to a variable reactor symmetrically on a ground conductor 10 with a feeding rod 11 as a center. The antenna is characterized in that the directivity of the antenna in the horizontal plane can be freely changed by controlling the reactance value by a variable reactor connected to the rod 12.

このように構成される従来のエスパアンテナでは、図9に示すように、地導体10の上に給電ロッド11およびロッド12を林立する形態で配設するようにしている。
Qing HAN, Keizo INAGAKI, Kyouichi IIGUSA, Robert SCHLUB, Ta kashi OHIRA: "Reactive-Field Anechoic Box for ESPAR Antenna Measurement", IEICE, Vol.E85-C, No.7, pp.1451-1459, 2002/7
In the conventional ESPAR antenna configured as described above, as shown in FIG. 9, the feeding rod 11 and the rod 12 are arranged in a forested manner on the ground conductor 10.
Qing HAN, Keizo INAGAKI, Kyouichi IIGUSA, Robert SCHLUB, Takashi OHIRA: "Reactive-Field Anechoic Box for ESPAR Antenna Measurement", IEICE, Vol.E85-C, No.7, pp.1451-1459, 2002/7

従来のエスパアンテナでは、図9に示すように、地導体10の上に給電ロッド11およびロッド12を林立する形態で配設するようにしている。   In the conventional ESPAR antenna, as shown in FIG. 9, the feed rod 11 and the rod 12 are arranged on the ground conductor 10 in a forested manner.

このときに用いられる給電ロッド11およびロッド12の長さは、送受信する電波の約4分の1波長の長さとなる。例えば、2.5GHzの電波を送受信する場合、その波長は12cmとなることから、約3cmの高さを持つ給電ロッド11およびロッド12が必要となる。   The lengths of the power supply rod 11 and the rod 12 used at this time are about a quarter wavelength of radio waves to be transmitted and received. For example, when transmitting and receiving a 2.5 GHz radio wave, the wavelength is 12 cm, and thus the power supply rod 11 and the rod 12 having a height of about 3 cm are required.

このように、従来のエスパアンテナに従っていると、送受信する電波の約4分の1波長の高さが必要となる。   As described above, according to the conventional ESPAR antenna, a height of about a quarter wavelength of the radio wave to be transmitted and received is required.

これから、従来のエスパアンテナに従っていると、高さが高くなることで低姿勢を実現できず、小型化を図れないという問題がある。   Therefore, according to the conventional ESPAR antenna, there is a problem in that the height cannot be lowered due to the increase in height, and the size cannot be reduced.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、水平面内にビーム走査可能な水平面ビーム走査型アンテナにおいて、その低姿勢を実現することでその小型化を実現する新たな技術の提供を目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a new technique for realizing downsizing of a horizontal plane beam scanning antenna capable of beam scanning in a horizontal plane by realizing its low posture. And

この目的を達成するために、本発明の水平面ビーム走査型アンテナは、地導体と、規定の周波数に合わせた長さを有して、地導体にアンテナ本体部が平行となる形態で配設されるとともに、給電線を共通にする形態で配設される複数の逆Fアンテナとで構成され、さらに、各逆Fアンテナが給電線を回転中心として等角度の間隔で配設されるとともに、各逆Fアンテナの短絡線に可変リアクタが接続されるように構成される。   In order to achieve this object, the horizontal beam scanning antenna according to the present invention has a ground conductor and a length matching a specified frequency, and is arranged in a form in which the antenna main body is parallel to the ground conductor. And a plurality of inverted F antennas arranged in a form in which the feeding line is shared, and each inverted F antenna is arranged at equiangular intervals with the feeding line as a rotation center, A variable reactor is configured to be connected to the short-circuit line of the inverted F antenna.

この構成を採るときに、各逆Fアンテナの本体部の先端部分が、地導体と平行方向あるいは地導体に向かう方向に折り曲げられるように構成されることがある。   When this configuration is adopted, the tip portion of the main body portion of each inverted F antenna may be bent in a direction parallel to the ground conductor or in a direction toward the ground conductor.

また、この構成を採るときに、各逆Fアンテナのそれぞれが、異なる周波数に合わせた長さを有する複数の逆Fアンテナで構成されて、それらの逆Fアンテナが給電線を共通にして配設されるように構成されることがある。   Further, when adopting this configuration, each of the inverted F antennas is composed of a plurality of inverted F antennas having lengths adapted to different frequencies, and these inverted F antennas are arranged with a common feeder line. May be configured.

本発明の水平面ビーム走査型アンテナでは、軸対称を保ちつつ、水平面ビーム走査型アンテナを構成するロッドを逆Fアンテナで構成する。   In the horizontal plane beam scanning antenna of the present invention, the rod constituting the horizontal plane beam scanning antenna is formed of an inverted F antenna while maintaining axial symmetry.

この構成に従って、本発明の水平面ビーム走査型アンテナでは、高さを低くすることができるようになる。   According to this configuration, the horizontal plane beam scanning antenna of the present invention can be reduced in height.

本発明によれば、水平面内にビーム走査可能な水平面ビーム走査型アンテナにおいて、その低姿勢を実現することができ、これにより、その小型化を実現することができるようになる。   According to the present invention, it is possible to realize a low attitude of a horizontal plane beam scanning antenna capable of performing beam scanning in a horizontal plane, thereby realizing miniaturization thereof.

以下、実施の形態に従って本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail according to embodiments.

本発明の水平面ビーム走査型アンテナは、その低姿勢を実現するために、図9に示す給電ロッド11およびロッド12を逆Fアンテナで構成する。   The horizontal plane beam scanning antenna according to the present invention includes the feed rod 11 and the rod 12 shown in FIG.

このとき、軸対称を保つために、給電ロッド11をどのように逆Fアンテナに置き換えるかが問題となる。   At this time, there is a problem of how to replace the feeding rod 11 with an inverted F antenna in order to maintain axial symmetry.

そこで、本発明の水平面ビーム走査型アンテナは、図1に示すように、図9に示す給電ロッド11およびロッド12を、本体部1が地導体10に平行となる形の逆Fアンテナで構成して、それらの逆Fアンテナの給電線2を共有にして1つの給電源3に接続することで給電ロッドとするとともに、それらの逆Fアンテナの短絡線4のそれぞれに可変リアクタ5を接続するという構成を採ることで、軸対称を保ちつつ、図9に示す給電ロッド11およびロッド12を逆Fアンテナで構成することを実現する。   Therefore, as shown in FIG. 1, the horizontal beam scanning antenna according to the present invention includes the feed rod 11 and the rod 12 shown in FIG. 9, which are inverted F antennas whose main body 1 is parallel to the ground conductor 10. In addition, the feed line 2 of the inverted F antennas is shared and connected to one power supply 3 to form a feed rod, and the variable reactor 5 is connected to each of the shorted wires 4 of the inverted F antennas. By adopting the configuration, it is realized that the feed rod 11 and the rod 12 shown in FIG. 9 are configured by inverted F antennas while maintaining axial symmetry.

ここで、図1では、3本の逆Fアンテナを使って本発明の水平面ビーム走査型アンテナを構成した例を示しており、図1(a)に示す図は、本発明の水平面ビーム走査型アンテナを上から見た図を表しており、図1(b)に示す図は、本発明の水平面ビーム走査型アンテナを構成する逆Fアンテナを横から見た図を表している。   Here, FIG. 1 shows an example in which the horizontal plane beam scanning antenna of the present invention is configured using three inverted F antennas, and the diagram shown in FIG. 1A is a horizontal plane beam scanning type of the present invention. The figure which looked at the antenna from the top is represented, The figure shown in FIG.1 (b) represents the figure which looked at the reverse F antenna which comprises the horizontal surface beam scanning antenna of this invention from the side.

図2に、逆Fアンテナの短絡線4に接続される可変リアクタ5の構成を図示する。   FIG. 2 illustrates the configuration of the variable reactor 5 connected to the short-circuit wire 4 of the inverted F antenna.

この図に示すように、可変リアクタ5は、バラクタダイオードが逆直列に接続されることで構成されて、その逆直列の接続点に印加される直流電圧の大きさに応じて、そのリアクタンス値を変化させるものである。   As shown in this figure, the variable reactor 5 is configured by connecting varactor diodes in anti-series, and the reactance value is set according to the magnitude of the DC voltage applied to the connection point in the anti-series. It is something to change.

この構成に従って、本発明の水平面ビーム走査型アンテナは、給電は共有されるものの、各可変リアクタ5のリアクタンス値については直流電圧に応じて独立に制御することができることから、水平面内におけるアンテナの指向性を自在に変更することができることを実現する。   In accordance with this configuration, the horizontal plane beam scanning antenna of the present invention shares power supply, but the reactance value of each variable reactor 5 can be controlled independently according to the DC voltage. Realize that the sex can be changed freely.

本発明の水平面ビーム走査型アンテナの可変指向性は、従来のエスパアンテナと同様に、地導体10に垂直なロッド部分に流れる電流の振幅と位相とによって変化する。逆Fアンテナの長さは約4分の1波長なので、素子間隔は約0.1波長オーダとなる。地導体10が有限の場合には、水平偏波も送受する。   The variable directivity of the horizontal-plane beam scanning antenna of the present invention varies depending on the amplitude and phase of the current flowing in the rod portion perpendicular to the ground conductor 10 as in the conventional ESPAR antenna. Since the length of the inverted F antenna is about a quarter wavelength, the element spacing is on the order of about 0.1 wavelength. When the ground conductor 10 is finite, horizontal polarization is also transmitted and received.

本発明の水平面ビーム走査型アンテナの入力インピーダンス(インピーダンスの実部が抵抗で、虚部がリアクタンス)は、素子間相互結合を無視すれば、図3に示すような並列回路で考察できる。   The input impedance (the real part of the impedance is resistance and the imaginary part is reactance) of the horizontal plane beam scanning antenna of the present invention can be considered by a parallel circuit as shown in FIG. 3 if the mutual coupling between elements is ignored.

すなわち、本発明の水平面ビーム走査型アンテナでは、素子数が増えれば入力インピーダンスは減る。また、全ての素子の入力インピーダンスが等しい場合には、アンテナ全体としての入力インピーダンスは、ほぼ素子数で割った値になると考えられる。もともと、逆Fアンテナは、入力インピーダンスを地導体10に垂直なロッド部分の間隔をとることで大きくするようにしているので、素子数が増えるほど、ロッドの間隔を大きくする必要があると考えられる。   That is, in the horizontal plane beam scanning antenna of the present invention, the input impedance decreases as the number of elements increases. Further, when the input impedances of all the elements are equal, the input impedance of the entire antenna is considered to be a value divided by the number of elements. Originally, the inverted F antenna is designed to increase the input impedance by taking the distance between the rod portions perpendicular to the ground conductor 10. Therefore, it is considered necessary to increase the distance between the rods as the number of elements increases. .

このようにして、本発明の水平面ビーム走査型アンテナでは、軸対称を保ちつつ、水平面ビーム走査型アンテナを構成するロッドを逆Fアンテナで構成することができるようになることで、その低姿勢を実現することができ、これにより、その小型化を実現することができるようになる。   Thus, in the horizontal plane beam scanning antenna according to the present invention, the rod constituting the horizontal plane beam scanning antenna can be configured with the inverted F antenna while maintaining the axial symmetry, thereby reducing the low posture. This makes it possible to realize the miniaturization.

図1に示す実施形態例では、図1(b)に示すように、各逆Fアンテナの内側に位置するアンテナ線を共通にして給電線2として用いるとともに、各逆Fアンテナの外側に位置するアンテナ線を短絡線4として用いて、そこに可変リアクタ5を配設するという構成を採ったが、図4に示すように、各逆Fアンテナの外側に位置するアンテナ線を共通にして給電線2として用いるとともに、各逆Fアンテナの内側に位置するアンテナ線を短絡線4として用いて、そこに可変リアクタ5を配設するという構成を採るようにしてもよい。   In the embodiment shown in FIG. 1, as shown in FIG. 1B, the antenna line located inside each inverted F antenna is used in common as the feed line 2 and located outside each inverted F antenna. The antenna wire is used as the short-circuit wire 4 and the variable reactor 5 is arranged there. However, as shown in FIG. 2, and an antenna wire located inside each inverted F antenna may be used as the short-circuit wire 4 and the variable reactor 5 may be disposed there.

また、図1に示す実施形態例では、図1(a)に示すように、3本の逆Fアンテナの本体部1を折り曲げないようにするという構成を採ったが、図5に示すように、本体部1の先端部分を水平方向に折り曲げるようにするという構成を採るようにしてもよい。   Further, in the embodiment shown in FIG. 1, as shown in FIG. 1 (a), the main body 1 of the three inverted F antennas is not bent, but as shown in FIG. A configuration may be adopted in which the tip portion of the main body 1 is bent in the horizontal direction.

この図5のような構成を採ると、図5から分かるように、水平方向にも小型化を図ることができるようになる。   When the configuration as shown in FIG. 5 is adopted, as can be seen from FIG. 5, it is possible to reduce the size in the horizontal direction.

ここで、図5に示す実施形態例では、本体部1の先端部分を水平方向に折り曲げるようにしたが、水平方向ではなくて、地導体10に向かう方向に折り曲げるようにしてもよい。   Here, in the embodiment shown in FIG. 5, the tip portion of the main body 1 is bent in the horizontal direction, but it may be bent in the direction toward the ground conductor 10 instead of in the horizontal direction.

また、図1に示す実施形態例では、逆Fアンテナの数(素子数)を3本で構成する例を示したが、3本に限定されるものではない。ただ、逆Fアンテナの数を奇数にすると、逆Fアンテナ同士が重ならないことから、逆Fアンテナの数については奇数であることが好ましい。   In the embodiment shown in FIG. 1, an example in which the number of inverted F antennas (number of elements) is three is shown, but the number is not limited to three. However, if the number of inverted F antennas is an odd number, the inverted F antennas do not overlap with each other. Therefore, the number of inverted F antennas is preferably an odd number.

すなわち、図6に示すように、逆Fアンテナの数を奇数である5本で構成しても、図1(a)と同様に、逆Fアンテナ同士が重ならないことから、逆Fアンテナの数については奇数であることが好ましい。   That is, as shown in FIG. 6, even if the number of inverted F antennas is five, which is an odd number, the inverted F antennas do not overlap each other as in FIG. Is preferably an odd number.

しかし、逆Fアンテナの数を偶数にしてもアンテナの性能について特に問題は起こらない。すなわち、図7に示すように、逆Fアンテナの数を偶数にすると、逆Fアンテナ同士が重なることにはなるものの、このような構成を採っても、アンテナの性能については特に問題は起こらないので、逆Fアンテナの数については偶数であってもよい。   However, even if the number of inverted F antennas is an even number, there is no particular problem with respect to antenna performance. That is, as shown in FIG. 7, when the number of inverted F antennas is an even number, the inverted F antennas overlap each other, but even if such a configuration is adopted, there is no particular problem with respect to the antenna performance. Therefore, the number of inverted F antennas may be an even number.

ここで、図7では、4本の逆Fアンテナを使って本発明の水平面ビーム走査型アンテナを構成した例を示しており、図7(a)に示す図は、本発明の水平面ビーム走査型アンテナを上から見た図を表しており、図7(b)に示す図は、本発明の水平面ビーム走査型アンテナを構成する逆Fアンテナを横から見た図を表している。   Here, FIG. 7 shows an example in which the horizontal plane beam scanning antenna of the present invention is configured using four inverted F antennas, and the diagram shown in FIG. 7A is a horizontal plane beam scanning type of the present invention. The figure which looked at the antenna from the top is represented, The figure shown in FIG.7 (b) represents the figure which looked at the reverse F antenna which comprises the horizontal surface beam scanning antenna of this invention from the side.

図8に、本発明の水平面ビーム走査型アンテナの他の実施形態例を図示する。   FIG. 8 illustrates another exemplary embodiment of the horizontal plane beam scanning antenna of the present invention.

この実施形態例に従う本発明の水平面ビーム走査型アンテナは、マルチバンドの可変指向性を実現するために、図1に示す各逆Fアンテナが、図8に示すように、さらに、f1 用の逆Fアンテナ、f2 用の逆Fアンテナ、f3 用の逆Fアンテナというように、複数の逆Fアンテナで構成されている。 Horizontal beam scanning antenna of the present invention according to this embodiment, in order to realize a variable directional multi-band, each inverted-F antenna shown in FIG. 1, as shown in FIG. 8, further for f 1 An inverted F antenna, an inverted F antenna for f 2, and an inverted F antenna for f 3 are configured by a plurality of inverted F antennas.

この構成に従って、図8に示す本発明の水平面ビーム走査型アンテナは、マルチバンドの可変指向性を実現することができるようになる。   According to this configuration, the horizontal plane beam scanning antenna of the present invention shown in FIG. 8 can realize multiband variable directivity.

ここで、図8では、3本の逆Fアンテナを使って本発明の水平面ビーム走査型アンテナを構成した例を示しており、図8(a)に示す図は、本発明の水平面ビーム走査型アンテナを上から見た図を表しており、図8(b)に示す図は、本発明の水平面ビーム走査型アンテナを構成する逆Fアンテナを横から見た図を表している。   Here, FIG. 8 shows an example in which the horizontal plane beam scanning antenna of the present invention is configured using three inverted F antennas, and the diagram shown in FIG. 8A is a horizontal plane beam scanning type of the present invention. The figure which looked at the antenna from the top is represented, The figure shown in FIG.8 (b) represents the figure which looked at the reverse F antenna which comprises the horizontal surface beam scanning antenna of this invention from the side.

ここで、図8では、f1 用の逆Fアンテナ、f2 用の逆Fアンテナ、f3 用の逆Fアンテナという複数の逆Fアンテナを同一平面上に配設するようにしているが、同一平面上に配設する必要はない。 Here, in FIG. 8, a plurality of inverted F antennas such as an inverted F antenna for f 1 , an inverted F antenna for f 2 , and an inverted F antenna for f 3 are arranged on the same plane. It is not necessary to arrange on the same plane.

このようにして、本発明の水平面ビーム走査型アンテナによれば、水平面内にビーム走査可能な水平面ビーム走査型アンテナを構成するときに、その低姿勢を実現することができ、これにより、その小型化を実現することができるようになる。   Thus, according to the horizontal plane beam scanning antenna of the present invention, when a horizontal plane beam scanning antenna capable of beam scanning in the horizontal plane is configured, the low posture can be realized, thereby reducing the size of the antenna. Can be realized.

本発明の水平面ビーム走査型アンテナの一実施形態例である。1 is an embodiment of a horizontal plane beam scanning antenna according to the present invention. 可変リアクタの構成図である。It is a block diagram of a variable reactor. 本発明の水平面ビーム走査型アンテナの入力インピーダンスの説明図である。It is explanatory drawing of the input impedance of the horizontal surface beam scanning antenna of this invention. 本発明の水平面ビーム走査型アンテナの他の実施形態例である。It is another example of embodiment of the horizontal plane beam scanning antenna of this invention. 本発明の水平面ビーム走査型アンテナの他の実施形態例である。It is another example of embodiment of the horizontal plane beam scanning antenna of this invention. 本発明の水平面ビーム走査型アンテナの他の実施形態例である。It is another example of embodiment of the horizontal plane beam scanning antenna of this invention. 本発明の水平面ビーム走査型アンテナの他の実施形態例である。It is another example of embodiment of the horizontal plane beam scanning antenna of this invention. 本発明の水平面ビーム走査型アンテナの他の実施形態例である。It is another example of embodiment of the horizontal plane beam scanning antenna of this invention. エスパアンテナの説明図である。It is explanatory drawing of an ESPAR antenna.

符号の説明Explanation of symbols

1 本体部
2 給電線
3 給電源
4 短絡線
5 可変リアクタ
10 地導体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main-body part 2 Feeding line 3 Power supply 4 Short circuit 5 Variable reactor 10 Ground conductor

Claims (3)

地導体と、規定の周波数に合わせた長さを有して、該地導体にアンテナ本体部が平行となる形態で配設されるとともに、給電線を共通にする形態で配設される複数の逆Fアンテナとで構成され、
さらに、各逆Fアンテナが給電線を回転中心として等角度の間隔で配設されるとともに、各逆Fアンテナの短絡線に可変リアクタが接続されるように構成されることを、
特徴とする水平面ビーム走査型アンテナ。
A plurality of conductors having a length matched to a prescribed frequency and arranged in a form in which the antenna main body is parallel to the earth conductor and in a form having a common feeder line It consists of an inverted F antenna,
Furthermore, each inverted F antenna is arranged at equal angular intervals with the feed line as the center of rotation, and a variable reactor is connected to the short-circuit line of each inverted F antenna.
A horizontal plane beam scanning antenna.
請求項1に記載の水平面ビーム走査型アンテナにおいて、
各逆Fアンテナの本体部の先端部分が、地導体と平行方向あるいは地導体に向かう方向に折り曲げられるように構成されることを、
特徴とする水平面ビーム走査型アンテナ。
The horizontal plane beam scanning antenna according to claim 1,
The tip portion of the main body of each inverted F antenna is configured to be bent in a direction parallel to the ground conductor or in a direction toward the ground conductor.
A horizontal plane beam scanning antenna.
請求項1又は2に記載の水平面ビーム走査型アンテナにおいて、
各逆Fアンテナのそれぞれが、異なる周波数に合わせた長さを有する複数の逆Fアンテナで構成されて、それらの逆Fアンテナが給電線を共通にして配設されるように構成されることを、
特徴とする水平面ビーム走査型アンテナ。
The horizontal plane beam scanning antenna according to claim 1 or 2,
Each of the inverted F antennas is composed of a plurality of inverted F antennas having lengths adapted to different frequencies, and the inverted F antennas are configured to have a common feeder line. ,
A horizontal plane beam scanning antenna.
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