JP6602515B1 - アレーアンテナ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、実施の形態1に係るアレーアンテナ装置の構成を示すブロック図である。図1に示すアレーアンテナ装置は、空間を伝搬してきた電磁波をアレーアンテナ1によって受信する。アレーアンテナ1には、複数の素子アンテナ2が一定の間隔で配列されている。複数の素子アンテナ2のそれぞれは、第1の放射構造体3a、第2の放射構造体3b、第1の給電構造部4a、第2の給電構造部4bおよびスイッチ5を備える。
図2は、実施の形態1に係るアレーアンテナ装置の動作を示すフローチャートである。
まず、複数の素子アンテナ2のそれぞれが有する第1の放射構造体3aおよび第2の放射構造体3bが、空間から到来した高周波信号を受信する(ステップST1)。
図3は、実施の形態2に係るアレーアンテナ装置の構成を示すブロック図である。図3に示すアレーアンテナ装置は、空間を伝搬してきた電磁波をアレーアンテナ1Aによって受信する。アレーアンテナ1Aには、複数の素子アンテナ2Aが一定の間隔で配列されている。複数の素子アンテナ2Aのそれぞれは、放射構造体15、第1の給電構造部16a、第2の給電構造部16bおよびスイッチ17を備えている。なお、図3において、図1と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
スイッチ17は、第1の給電構造部16aに切り替えることにより、放射構造体15を、第1の給電構造部16aを有した放射構造体として機能させ、第2の給電構造部16bに切り替えることにより、放射構造体15を、第2の給電構造部16bを有した放射構造体として機能させる。すなわち、スイッチ17は、第1の給電構造部16aを有した放射構造体と、第2の給電構造部16bを有した放射構造体とを切り替えるスイッチである。
このように、スイッチ17によって第1の給電構造部16aを有する放射構造体と第2の給電構造部16bを有する放射構造体が切り替えられると、素子アンテナ2Aから出力される受信信号は、二位相変調された信号となる。すなわち、低損失なスイッチ17を用いて受信信号に対して二位相変調を施すことができるので、素子アンテナ2Aごとに増幅器7を設けなくても、受信信号電力の低下が抑えられる。これにより、信号対雑音比の劣化を抑制しながら増幅器の数を削減でき、低消費電力化を実現することができる。
図7は、実施の形態3に係るアレーアンテナ装置の構成を示すブロック図である。図7において、図1と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。図8は、図7の導波管30を図7のB−B線で切った断面を示す断面矢示図である。図7に示したアレーアンテナ装置は、アレーアンテナ1B、増幅器7、周波数変換器8、局部発振器9、A/D変換器10、シーケンス生成部22、スイッチ制御回路23、デコーダ部24およびビーム形成部25を備える。また、図7に示したアレーアンテナ装置は、図1および図3に示した合成回路として機能する導波管30を備える。
図10Aは、実施の形態3における導波管30の変形例を示す斜視図である。図10Bは、実施の形態3における導波管30の変形例を図10AのC−C線で切った断面を示す断面矢示図である。図10Cは、実施の形態3における導波管30の変形例を図10AのD−D線で切った断面を示す断面矢示図である。図10A、図10Bおよび図10Cに示すように、導波管30は、第1の広壁面31aの代わりに誘電体基板40を有している。
このように、第1のスイッチ36および第2のスイッチ37によって第1のスロット34の動作状態と第2のスロット35の動作状態とを切り替えることで、素子アンテナ38から出力される受信信号は、二位相変調された信号となる。信号位相が互いに180度異なる2つのスイッチとスロットを用いて受信信号に対して二位相変調を施すことができるので、素子アンテナ38ごとに増幅器7を設けなくても、受信信号電力の低下が抑えられる。これにより、信号対雑音比の劣化を抑制しながら増幅器の数を削減でき、低消費電力化を実現することができる。また、実施の形態3に係るアレーアンテナ装置は、低損失な導波管30を用いることにより、高効率なアレーアンテナ装置を実現することができる。
実施の形態1から3では、空間から到来した高周波信号を受信するアレーアンテナ装置を示したが、実施の形態4は、空間へ高周波信号を送信するアレーアンテナ装置について説明する。
図12は、実施の形態4に係るアレーアンテナ装置の動作を示すフローチャートである。まず、送信ビーム形成部58が、各素子アンテナ2Bに対応した素子信号を形成する(ステップST1a)。送信ビーム形成部58によって素子アンテナ2Bごとに形成された素子信号は、エンコーダ部57に出力される。
次に、スイッチ制御回路56は、シーケンス生成部55によって生成されたシーケンス情報に基づいて、素子アンテナ2Bごとのスイッチ5Aを制御して、複数の素子アンテナ2Bのそれぞれが有する第1の放射構造体3aと第2の放射構造体3bとを順次切り替える(ステップST6a)。
例えば、素子アンテナ2Bが、第1の給電構造部4aを有した第1の放射構造体3aと、第2の給電構造部4bを有した第2の放射構造体3bとの代わりに、実施の形態2で示した放射構造体15、第1の給電構造部16aおよび第2の給電構造部16bを備えてもよい。放射構造体15は、図4Aおよび図4Bに示したパッチアンテナおよびその変形例であってもよいし、図5Aおよび図5Bに示した導波管開口アンテナおよびその変形例であってもよいし、図6Aおよび図6Bに示したホーンアンテナおよびその変形例であってもよい。
Claims (20)
- 放射電界位相が互いに異なる複数の放射構造体、前記放射構造体を切り替えるスイッチを有する素子アンテナが配列されたアレーアンテナと、
前記放射構造体の切り替えシーケンスを示すシーケンス情報を、前記素子アンテナごとに生成するシーケンス生成部と、
前記シーケンス生成部によって生成されたシーケンス情報に基づいて、前記スイッチによる前記放射構造体の切り替えを制御するスイッチ制御回路と、
複数の前記素子アンテナからのそれぞれの信号を合成する合成回路と、
前記合成回路によって合成された信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器によって増幅された信号を周波数変換する周波数変換器と、
前記周波数変換器によって周波数変換された信号をデジタル信号に変換する変換器と、
を備えたことを特徴とするアレーアンテナ装置。 - 前記シーケンス生成部によって生成されたシーケンス情報に基づいて、前記変換器から入力したデジタル信号から、複数の前記素子アンテナのそれぞれで受信された信号を分離するデコーダ部と、
前記デコーダ部によって分離された前記素子アンテナごとの信号を用いて、ビーム信号を形成するビーム形成部と、
を備えたことを特徴とする請求項1記載のアレーアンテナ装置。 - 放射電界位相が互いに異なる複数の放射構造体、前記放射構造体を切り替えるスイッチを有する素子アンテナが配列されたアレーアンテナと、
前記放射構造体の切り替えシーケンスを示すシーケンス情報を、前記素子アンテナごとに生成するシーケンス生成部と、
前記シーケンス生成部によって生成されたシーケンス情報に基づいて、前記スイッチによる前記放射構造体の切り替えを制御するスイッチ制御回路と、
送信信号をアナログ信号に変換する変換器と、
前記変換器によってアナログ信号に変換された送信信号を周波数変換する周波数変換器と、
前記周波数変換器によって周波数変換された送信信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器によって増幅された送信信号を、複数の前記素子アンテナのそれぞれに分配する分配回路と、
を備えたことを特徴とするアレーアンテナ装置。 - 複数の前記素子アンテナのそれぞれに対応した複数の素子信号を形成する送信ビーム形成部と、
前記シーケンス生成部によって生成されたシーケンス情報および前記送信ビーム形成部によって形成された複数の素子信号を用いて送信信号を生成し、生成した送信信号を前記変換器に出力するエンコーダ部と、
を備えたことを特徴とする請求項3記載のアレーアンテナ装置。 - 前記シーケンス生成部によって生成されるシーケンス情報は、直交符号、M系列およびGold系列のうちのいずれかの符号列で表され、
前記放射構造体の切り替え間隔は、受信信号の情報パルスの継続時間よりも短いこと
を特徴とする請求項1または請求項2記載のアレーアンテナ装置。 - 前記シーケンス生成部によって生成されるシーケンス情報は、直交符号、M系列およびGold系列のうちのいずれかの符号列で表され、
前記放射構造体の切り替え間隔は、送信信号の情報パルスの継続時間よりも短いこと
を特徴とする請求項3または請求項4記載のアレーアンテナ装置。 - 複数の前記放射構造体は、2つの前記放射構造体であり、
2つの前記放射構造体の放射電界位相の差は、180度であること
を特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項記載のアレーアンテナ装置。 - 複数の前記放射構造体は、複数のアンテナであり、
複数の前記アンテナのそれぞれは、放射電界位相が互いに異なる給電構造部を1つずつ有すること
を特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項記載のアレーアンテナ装置。 - 複数の前記放射構造体は、単一のアンテナで構成され、
単一の前記アンテナは、放射電界位相が互いに異なる複数の給電構造部をそれぞれ異なる位置に有すること
を特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項記載のアレーアンテナ装置。 - 複数の前記放射構造体は、放射電界位相が互いに異なる複数のアンテナであり、
複数の前記アンテナのうち、前記スイッチによって切り替えられた前記アンテナが動作状態となり、前記スイッチによって切り替えられなかった前記アンテナは非動作状態となること
を特徴とする請求項1、請求項2または請求項5のいずれか1項記載のアレーアンテナ装置。 - 複数の前記放射構造体は、放射電界位相が互いに異なる複数のアンテナであり、
複数の前記アンテナのうち、前記スイッチによって切り替えられた前記アンテナが動作状態となり、前記スイッチによって切り替えられなかった前記アンテナは非動作状態となること
を特徴とする請求項3、請求項4または請求項6のいずれか1項記載のアレーアンテナ装置。 - 前記合成回路として機能する、互いに対向した一対の広壁面と、前記広壁面の長手方向の両側に隣接した一対の狭壁面と、一対の前記広壁面および一対の前記狭壁面の両方に隣接した一対の端面とを有した導波管を備え、
複数の前記アンテナは、一対の前記広壁面のうちの一方に設けられ、前記導波管の管軸方向に長くかつ平行な複数のスロットであり、
複数の前記スロットは、前記広壁面における、前記管軸方向に平行な中心線を境とした一方の側の位置と他方の側の位置とに設けられ、
前記スイッチは、前記スロットの長手方向の中央部に配置されていること
を特徴とする請求項10記載のアレーアンテナ装置。 - 前記分配回路として機能する、互いに対向した一対の広壁面と、前記広壁面の長手方向の両側に隣接した一対の狭壁面と、一対の前記広壁面および一対の前記狭壁面の両方に隣接した一対の端面とを有した導波管を備え、
複数の前記アンテナは、一対の前記広壁面のうちの一方に設けられ、前記導波管の管軸方向に長くかつ平行な複数のスロットであり、
複数の前記スロットは、前記広壁面における、前記管軸方向に平行な中心線を境とした一方の側の位置と他方の側の位置とに設けられ、
前記スイッチは、前記スロットの長手方向の中央部に配置されていること
を特徴とする請求項11記載のアレーアンテナ装置。 - 複数の前記スロットは、前記広壁面における、前記管軸方向に平行な中心線に関して、互いに対称な位置に配置されていること
を特徴とする請求項12または請求項13記載のアレーアンテナ装置。 - 前記導波管は、前記端面が短絡されており、
前記スロットは、前記導波管の動作周波数における管内波長の2分の1の間隔で、前記広壁面に配列され、
前記広壁面において前記端面に最も近い前記スロットは、当該スロットの中心から当該端面までの距離が前記管内波長の4分の1である位置に配置されていること
を特徴とする請求項12または請求項13記載のアレーアンテナ装置。 - 前記スロットを設ける前記広壁面は、表と裏に導体面を有した誘電体基板で構成され、
前記スロットは、前記誘電体基板を貫通して、表と裏の導体面を電気的に接続するビアであること
を特徴とする請求項12または請求項13記載のアレーアンテナ装置。 - 前記導波管は、一対の前記広壁面の両方またはいずれか一方における前記管軸方向に平行な中心線を通る金属壁を有したリッジ導波管であること
を特徴とする請求項12または請求項13記載のアレーアンテナ装置。 - 前記導波管は、一対の前記広壁面の両方またはいずれか一方における、前記管軸方向に平行な中心線を通る金属壁を有したリッジ導波管であり、
複数の前記スロットは、前記広壁面における、前記管軸方向に平行な中心線に関して、互いに対称な位置に配置され、
前記リッジ導波管は、前記端面が短絡されており、
前記スロットは、前記導波管の動作周波数における管内波長の2分の1の間隔で、前記広壁面に配列され、
前記広壁面において前記端面に最も近い前記スロットは、当該スロットの中心から当該端面までの距離が前記管内波長の4分の1である位置に配置されており、
前記スロットを設ける前記広壁面は、表と裏に導体面を有した誘電体基板で構成され、
前記スロットは、前記誘電体基板を貫通して、表と裏の導体面を電気的に接続するビアであること
を特徴とする請求項12または請求項13記載のアレーアンテナ装置。 - 単一の前記アンテナは、円形または方形のパッチアンテナであり、
複数の前記給電構造部のそれぞれは、前記パッチアンテナの中心に対して互いに点対称な位置に配置されていること
を特徴とする請求項9記載のアレーアンテナ装置。 - 単一の前記アンテナは、導波管開口アンテナまたはホーンアンテナであり、
複数の前記給電構造部のそれぞれは、前記導波管開口アンテナまたは前記ホーンアンテナの中心軸に対して点対称な位置に配置されていること
を特徴とする請求項9記載のアレーアンテナ装置。
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