JP5371841B2 - アンテナ装置 - Google Patents
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Description
以下、図12を参照しながら、特許文献1に示された従来のアンテナ装置について具体的に説明する。
図12において、このアンテナ装置は、アンテナ素子51、第1スイッチ52、送信回路53、第2スイッチ54、増幅器55、受信回路56、移相器57および可変減衰器58を備えている。
一般的なアンテナ装置では、電磁波を特定の方向に放射させるために、アンテナ素子の後方に地導体が配置されているので、地導体からの反射波の影響を考慮する必要がある。また、アンテナ素子の構造物でも電磁波が反射するので、アンテナ素子自体からの反射波の影響も考慮する必要がある。
これにより、地導体およびアンテナ素子自体で反射した外部からの電磁波が、反射信号に応じてアンテナ素子から放射された電磁波によって打ち消される。
そのため、地導体やアンテナ素子自体からの反射波の影響を考慮して、十分にRCSを低減させることができるアンテナ装置を得ることができる。
図1は、この発明の実施の形態1に係るアンテナ装置を示す構成図である。図1において、このアンテナ装置は、ダイポールアンテナ素子1、地導体2、スイッチ3、増幅器4、受信回路5および電力反射装置6(反射手段)を備えている。
地導体2は、ダイポールアンテナ素子1から概ねλ/4の距離に配置されている。ここで、λはアンテナ装置を使用する動作周波数(例えば、周波数f1)における波長を示している。
増幅器4は、ダイポールアンテナ素子1からの受信信号を、増幅して受信回路5に出力する。
受信回路5は、増幅器4で増幅されたダイポールアンテナ素子1からの受信信号に対して、受信処理を行う。
図2(a)は、可変抵抗素子7を用いた電力反射装置6を示している。可変抵抗素子7の抵抗値を変化させることにより、ダイポールアンテナ素子1に反射される反射信号の振幅および位相を調整することができる。
図2(b)は、可変容量素子8を用いた電力反射装置6を示している。可変容量素子8の容量値を変化させることにより、ダイポールアンテナ素子1に反射される反射信号の主に位相を調整することができる。
図2(d)は、可変減衰器10と移相器11とを組み合わせた電力反射装置6を示している。可変減衰器10によりダイポールアンテナ素子1に反射される反射信号の振幅を調整し、移相器11により反射信号の位相を調整することができる。
なお、図2(a)〜(f)のものを任意に組み合わせて電力反射装置6を構成してもよい。
図3は、ダイポールアンテナ素子1および地導体2からの反射の様子を模式的に示している。一般的に、アンテナ装置のRCSは、地導体2の鉛直方向で最大となるので、ここでは、鉛直方向のRCSについて説明する。
図4は、ダイポールアンテナ素子1を12個並べたアレー状態のシミュレーションモデルを示している。図4において、ダイポールアンテナ素子1同士の間隔はλであり、地導体2は、ダイポールアンテナ素子1の外側にλ/2程はみ出す大きさに設定されている。また、上述したように、地導体2とダイポールアンテナ素子1との間隔は、概ねλ/4である。
図5(a)は、ダイポールアンテナ素子1が存在せず、地導体2のみが存在する場合の散乱界を示している。また、図5(b)は、12個のダイポールアンテナ素子1および地導体2を、図4に示したように配置し、ダイポールアンテナ素子1を65Ωで終端した場合の散乱界を示している。なお、65Ωは、ダイポールアンテナ素子1との共役整合が得られる負荷である。
図5(b)と(c)とを比較すると、+Z方向の散乱界のレベルが18dB程度低減されていることが分かる。そのため、+Z方向からこのアンテナ装置を見たときのRCSを、十分に低減させることができる。
これにより、地導体およびアンテナ素子自体で反射した外部からの電磁波が、反射信号に応じてアンテナ素子から放射された電磁波によって打ち消される。
そのため、地導体やアンテナ素子自体からの反射波の影響を考慮して、十分にRCSを低減させることができるアンテナ装置を得ることができる。
図6は、この発明の実施の形態2に係るアンテナ装置を示す構成図である。図6において、このアンテナ装置は、ダイポールアンテナ素子1、地導体2、増幅器4、受信回路5、サーキュレータ12、結合器19(結合回路)および振幅位相調整器20を備えている。ここで、サーキュレータ12、結合器19および振幅位相調整器20により、反射手段が形成されている。
ダイポールアンテナ素子1で受信された電磁波は、受信信号としてサーキュレータ12を介して増幅器4に入力される。増幅器4からの出力は、受信回路5に入力される。また、増幅器4からの出力の一部は、結合器19によって分岐され、振幅位相調整器20に入力される。
これに対して、実施の形態2によれば、スイッチ3の切り替え動作がないので、ダイポールアンテナ素子1を受信アンテナとして使用しながら、RCSを低減させることができる。
図7は、この発明の実施の形態3に係るアンテナ装置を示す構成図である。図7において、このアンテナ装置は、ダイポールアンテナ素子1、地導体2、増幅器4、受信回路5、電力反射装置6および分波器21を備えている。ここで、電力反射装置6および分波器21により、反射手段が形成されている。
ダイポールアンテナ素子1で受信された電磁波は、受信信号として分波器21に入力される。分波器21は、周波数f1(第1周波数)の受信信号を増幅器4に出力し、周波数f1以外の受信信号を電力反射装置6に出力する。増幅器4からの出力は、受信回路5に入力される。
図8は、この発明の実施の形態4に係るアンテナ装置を示す構成図である。図8において、このアンテナ装置は、ダイポールアンテナ素子1、地導体2、サーキュレータ12、結合器19、振幅位相調整器20および送信回路22を備えている。すなわち、このアンテナ装置は、図6に示した増幅器4および受信回路5に代えて、送信回路22を備えている。ここで、サーキュレータ12、結合器19および振幅位相調整器20により、反射手段が形成されている。
ダイポールアンテナ素子1で受信された電磁波は、受信信号としてサーキュレータ12を介して振幅位相調整器20に入力される。振幅位相調整器20は、地導体2およびダイポールアンテナ素子1自体で反射した外部からの電磁波(構造物反射波17および地導体反射波18)を打ち消すように、入力された受信信号の振幅および位相を調整し、反射信号として結合器19に出力する。
図9は、この発明の実施の形態5に係るアンテナ装置を示す構成図である。図9において、このアンテナ装置は、ダイポールアンテナ素子1、地導体2、電力反射装置6、分波器21および送信回路22を備えている。すなわち、このアンテナ装置は、図7に示した増幅器4および受信回路5に代えて、送信回路22を備えている。ここで、電力反射装置6および分波器21により、反射手段が形成されている。
ダイポールアンテナ素子1で受信された電磁波は、受信信号として分波器21に入力され、周波数f1以外の受信信号は、電力反射装置6に出力される。電力反射装置6は、地導体2およびダイポールアンテナ素子1自体で反射した外部からの電磁波(構造物反射波17および地導体反射波18)を打ち消すように、入力された受信信号の振幅および位相の少なくとも一方を調整し、反射信号として、分波器21を介してダイポールアンテナ素子1に反射させる。
図10は、この発明の実施の形態2に係るアンテナ装置を示す構成図である。図10において、このアンテナ装置は、ダイポールアンテナ素子1、地導体2、スイッチ3、増幅器4、受信回路5、サーキュレータ12、結合器19、振幅位相調整器20および送信回路22を備えている。すなわち、このアンテナ装置は、図6に示したアンテナ装置に加えて、スイッチ3および送信回路22を備えている。
ダイポールアンテナ素子1を送信アンテナとして使用するときには、スイッチ3が送信回路22側に切り替えられ、送信回路22で発生された送信信号がダイポールアンテナ素子1に出力される。一方、ダイポールアンテナ素子1を受信アンテナとして使用するときには、スイッチ3が受信回路5側に切り替えられ、ダイポールアンテナ素子1で受信された電磁波が受信信号として受信回路5に入力される。
図11は、この発明の実施の形態7に係るアンテナ装置を示す構成図である。図11において、このアンテナ装置は、ダイポールアンテナ素子1、地導体2、増幅器4、受信回路5、サーキュレータ12、結合器19、振幅位相調整器20および曲面形状の周波数選択表面23(Frequency Selective Surface、以下「FSS23」と称する)を備えている。
外部から到来する電磁波が周波数f1である場合には、上記実施の形態2に示したように、RCSを低減させることができる。また、外部から到来する電磁波が周波数f1以外である場合には、到来した電磁波がFSS23によって散乱されるので、電磁波の到来した方向への散乱界が低減され、f1以外の周波数におけるRCSを低減させることができる。
Claims (10)
- 地導体と、
前記地導体から所定の距離離して配置され、外部からの電磁波を受信信号として受信するとともに、入力された反射信号を電磁波として放射するアンテナ素子と、
前記アンテナ素子に接続され、前記地導体および前記アンテナ素子自体で反射した前記外部からの電磁波を打ち消すように、前記受信信号の振幅および位相の少なくとも一方を調整し、前記反射信号として前記アンテナ素子に反射させる反射手段と、
を備えたことを特徴とするアンテナ装置。 - 前記アンテナ素子と前記反射手段との間に設けられ、前記受信信号を分岐するスイッチと、
前記スイッチの分岐側の一端に接続され、前記受信信号に対して受信処理を行う受信回路と、をさらに備え、
前記反射手段は、前記スイッチの分岐側の他端に接続される
ことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。 - 前記アンテナ素子に接続され、前記受信信号に対して受信処理を行う受信回路をさらに備え、
前記反射手段は、
前記アンテナ素子と前記受信回路との間に設けられ、前記受信信号の一部を分岐する結合回路と、
前記結合回路に接続され、分岐された前記受信信号の振幅および位相を調整し、前記反射信号として出力する振幅位相調整回路と、
前記アンテナ素子と前記結合回路との間に設けられ、前記アンテナ素子からの前記受信信号を前記受信回路に出力するとともに、前記振幅位相調整回路からの前記反射信号を前記アンテナ素子に出力するサーキュレータと、を含む
ことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。 - 前記アンテナ素子に接続され、前記受信信号に対して受信処理を行う受信回路をさらに備え、
前記反射手段は、
入力された前記受信信号の振幅および位相の少なくとも一方を調整し、前記反射信号として出力する電力反射装置と、
第1周波数の前記受信信号を前記受信回路に出力するとともに、前記第1周波数以外の前記受信信号を前記電力反射装置に出力する分波器と、を含む
ことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。 - 前記アンテナ素子に接続され、前記アンテナ素子から電磁波として放射するための送信信号を発生する送信回路をさらに備え、
前記反射手段は、
入力された前記受信信号の振幅および位相を調整し、前記反射信号として出力する振幅位相調整回路と、
前記アンテナ素子と前記送信回路との間に設けられ、前記アンテナ素子からの前記受信信号を前記振幅位相調整回路に出力するとともに、前記送信回路からの前記送信信号を前記アンテナ素子に出力するサーキュレータと、
前記サーキュレータと前記送信回路との間に設けられ、前記送信信号と前記反射信号とを混合して出力する結合回路と、を含む
ことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。 - 前記アンテナ素子に接続され、前記アンテナ素子から電磁波として放射するための第1周波数の送信信号を発生する送信回路をさらに備え、
前記反射手段は、
入力された前記受信信号の振幅および位相の少なくとも一方を調整し、前記反射信号として出力する電力反射装置と、
前記送信回路からの前記第1周波数の前記送信信号を前記アンテナ素子に出力するとともに、前記第1周波数以外の前記受信信号を前記電力反射装置に出力する分波器と、を含む
ことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。 - 前記アンテナ素子から電磁波として放射するための送信信号を発生する送信回路と、
前記受信信号と前記送信信号とを分離する分離手段と、をさらに備えた
ことを特徴とする請求項2から請求項4までの何れか1項に記載のアンテナ装置。 - 前記アンテナ素子で受信された前記受信信号に対して受信処理を行う受信回路と、
前記受信信号と前記送信信号とを分離する分離手段と、をさらに備えた
ことを特徴とする請求項5または請求項6に記載のアンテナ装置。 - 前記アンテナ素子の放射方向に配置され、前記アンテナ素子の動作周波数とは異なる電磁波を反射または散乱させる構造物をさらに備えたことを特徴とする請求項1から請求項8までの何れか1項に記載のアンテナ装置。
- 前記アンテナ素子を複数並べて配置したことを特徴とする請求項1から請求項9までの何れか1項に記載のアンテナ装置。
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