JP7846472B2 - Phased array antenna, mobile communication system, and program - Google Patents
Phased array antenna, mobile communication system, and programInfo
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Description
本発明は、フェーズドアレーアンテナ、移動体搭載型通信システム、および、プログラムに関する。
This invention relates to a phased array antenna, a mobile communication system, and a program.
一般に、フェーズドアレーアンテナ等の多素子の配列には、図１に示されるような正方配列や、図２に示されるような三角配列が用いられることが多い。
図１の４段の正方配列では、縦方向に４段、横方向に４つの素子で、計１６個の素子が用いられる。図２の４段の三角配列では、縦方向に４段、横方向に３または４つの素子で、計１４素子が用いられる。
なお、以下の説明では、縦方向を「段」として表現することがある。
特許文献１および特許文献２には、放射パターンのアレーアンテナが記載されている。また、特許文献３および特許文献４には、サイドローブやグレーティングローブを抑制するためのアンテナ装置が記載されている。
Generally, for multi-element arrays such as phased array antennas, square arrays like the one shown in Figure 1 or triangular arrays like the one shown in Figure 2 are often used.
In the four-row square arrangement shown in Figure 1, a total of 16 elements are used, with four rows vertically and four elements horizontally. In the four-row triangular arrangement shown in Figure 2, a total of 14 elements are used, with four rows vertically and three or four elements horizontally.
In the following explanation, the vertical direction may be referred to as "steps."
Patent documents 1 and 2 describe array antennas for radiation patterns. Patent documents 3 and 4 describe antenna devices for suppressing side lobes and grating lobes.
素子間隔を狭くすれば、同じ面積でも広角にビーム走査が可能となるが、素子間隔を狭くすると、素子数が増加しコスト高につながる。
図２に示される一般的な三角配列では、横方向にλ／４間隔で素子が存在する。このため、横方向については正方配列に比べてより広角にビーム走査が可能となる。他方、縦方向については、素子間隔がλ/２であるため正方配列と同等である。
このように、三角配列では、指向性が改善されない面が存在する。
また、特許文献１および特許文献２に記載の技術では、同心円構造となり、配列が複雑となる。
特許文献３および特許文献４は、本質的には三角配列と同様であり、やはり指向性が改善されない面が存在する。
そこで、本発明は、縦方向・横方向にもλ／４などの間隔で、素子が存在する配列により、２つの方向において広角にビーム走査が可能なフェーズドアレーアンテナ、それを用いた移動体搭載型通信システム、および、プログラムを提供することを目的とする。
また、正方配列や三角配列より素子数を減らし、広角にビーム走査が可能なフェーズドアレーアンテナ、それを用いた移動体搭載型通信システム、および、プログラムを提供することを目的とする。
さらに、以上の構成を、同心円状など複雑な構成ではなく、半素子単位の正方格子上の所定の位置に素子を配置するだけの、製造が容易な構造で実現する、フェーズドアレーアンテナ、それを用いた移動体搭載型通信システム、および、プログラムを提供することを目的とする。
Narrowing the spacing between elements allows for wider beam scanning over the same area, but this increases the number of elements and leads to higher costs.
In the typical triangular array shown in Figure 2, elements are spaced at λ/4 intervals in the horizontal direction. Therefore, a wider beam scanning angle is possible in the horizontal direction compared to a square array. On the other hand, in the vertical direction, the element spacing is λ/2, making it equivalent to a square array.
Thus, there are aspects of the triangular arrangement where the directivity is not improved.
Furthermore, the technologies described in Patent Documents 1 and 2 result in a concentric circle structure and a complex arrangement.
Patent documents 3 and 4 are essentially the same as triangular arrangements, and there are still aspects where the directivity is not improved.
Therefore, the present invention aims to provide a phased array antenna capable of wide-angle beam scanning in two directions by an arrangement in which elements are present at intervals of λ/4 in both the vertical and horizontal directions, a mobile communication system using the same, and a program.
Furthermore, the aim is to provide a phased array antenna that reduces the number of elements compared to square or triangular arrays and enables wide-angle beam scanning, as well as a mobile communication system and program using it.
Furthermore, the objective is to provide a phased array antenna, a mobile communication system using the same, and a program that realizes the above configuration with an easy-to-manufacture structure, where elements are simply placed at predetermined positions on a square grid of half-element units, rather than a complex configuration such as concentric circles.
上述の課題を解決するため、本発明の請求項１に係るフェーズドアレーアンテナは、
アンテナ面を有するフェーズドアレーアンテナであって、
アンテナ面に複数の素子列を有し、
互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向について、Ｘ軸方向を横方向、Ｙ軸方向を縦方向、Ｚ軸方向を高さ方向として、
素子列は１以上の素子ユニットを有し、１以上の素子ユニットは縦方向に並んでおり、
素子ユニットは、
横方向に素子間隔ａで隣接する左素子および右素子と、
横方向に隣接する左素子および右素子の中央から縦方向に素子間隔ｂの位置に配置される２つの上素子および下素子を基本とし、
１以上の完全素子ユニットを有し、
１以上の完全素子ユニットがアンテナ面の略中心に配置され、
完全素子ユニットは、左素子、右素子、上素子、および、下素子を有し、
隣接する素子列は、横方向に１．５a、縦方向に１．５ｂずれて配置されることにより、縦方向に素子ユニットを構成する素子が横方向にも素子ユニットを構成することを特徴とする、フェーズドアレーアンテナである。
本発明の請求項２に係るフェーズドアレーアンテナは、
縦方向の素子間隔と、横方向の素子間隔について、ａとｂが等しいことを特徴とする、請求項１に記載のフェーズドアレーアンテナである。
本発明の請求項３に係るフェーズドアレーアンテナは、
３列の素子列から構成され、
中央の素子列は、中心に配置される１の完全素子ユニットを有し、
左右の素子列はそれぞれ２つの半素子ユニットを有し、半素子ユニットは完全素子ユニットのうち中心側の２素子のみを有し、
４段１２素子を有することを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載のフェーズドアレーアンテナである。
本発明の請求項４に係るフェーズドアレーアンテナは、
３列の素子列から構成され、
中央の素子列は、中心に配置される１の完全素子ユニット、および、中心に配置される１の素子ユニットに対して縦方向に上および下に隣接する２つの部分素子ユニットを有し、
部分素子ユニットは、完全素子ユニットの上素子、下素子、左素子、および、右素子のうち中心側の１素子のみを有し、
左右の素子列は、４つの不完全素子ユニットを有し、
不完全素子ユニットは、完全素子ユニットの上素子、下素子、左素子、および、右素子のうち中心側の３素子のみを有し、
５段１８素子を有することを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載のフェーズドアレーアンテナである。
本発明の請求項５に係るフェーズドアレーアンテナは、
３列の素子列から構成され、
中央の素子列は、中心に配置される１の完全素子ユニット、および、中心に配置される１の素子ユニットに対して縦方向に上および下に隣接する２つの部分素子ユニットを有し、
部分素子ユニットは、完全素子ユニットの上素子、下素子、左素子、および、右素子のうち中心側の１素子のみを有し、
左右の素子列は、４つの完全素子ユニットを有し、
６段２４素子を有することを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載のフェーズドアレーアンテナである。
本発明の請求項６に係るフェーズドアレーアンテナは、
アンテナ面が、一辺が他方の辺より長い略長方形であることを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載のフェーズドアレーアンテナである。
本発明の請求項７に係るフェーズドアレーアンテナは、
素子がダイポールアンテナであることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれかに記載のフェーズドアレーアンテナである。
本発明の請求項８に係るフェーズドアレーアンテナは、
素子が偏波共用アンテナであることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれかに記載のフェーズドアレーアンテナである。
本発明の請求項９に係るフェーズドアレーアンテナは、
素子ユニットが一体に形成されていることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれかに記載のフェーズドアレーアンテナである。
本発明の請求項１０に係るフェーズドアレーアンテナは、
素子ユニットは誘電体基板または金属で形成されていることを特徴とする、請求項１ないし９のいずれかに記載のフェーズドアレーアンテナである。
本発明の請求項１１に係るフェーズドアレーアンテナは、
電波送信方向制御部を備え、時分割で複数の方向に電波を送信することを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれかに記載のフェーズドアレーアンテナである。
本発明の請求項１２に係るフェーズドアレーアンテナは、
電波送信方向制御部を備え、周波数分割で複数の方向に電波を送信することを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれかに記載のフェーズドアレーアンテナである。
本発明の請求項１３に係るフェーズドアレーアンテナは、
受信した電波の方向を検知する電波受信方向検知部を備えることを特徴とする、請求項１ないし１２のいずれかに記載のフェーズドアレーアンテナである。
本発明の請求項１４に係るフェーズドアレーアンテナは、
電波受信方向検知部が周波数分割部を備え、受信した電波の方向を、周波数ごとに検知することを特徴とする、請求項１３に記載のフェーズドアレーアンテナである。
本発明の請求項１５に係るフェーズドアレーアンテナは、
通信部を備え、通信用の電波を送信または受信することを特徴とする、請求項１ないし１４のいずれかに記載のフェーズドアレーアンテナである。
本発明の請求項１６に係る移動体搭載型通信システムは、
請求項１５に記載のフェーズドアレーアンテナを搭載することを特徴とする、移動体通信システムである。
本発明の請求項１７に係るプログラムは、
アンテナ面を有するフェーズドアレーアンテナを制御するプログラムであって、
フェーズドアレーアンテナは、
電波送信方向制御部、および、
アンテナ面に配置された複数の素子列を有し、
互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向について、Ｘ軸方向を横方向、Ｙ軸方向を縦方向、Ｚ軸方向を高さ方向として、
素子列は１以上の素子ユニットを有し、１以上の素子ユニットは縦方向に並んでおり、
素子ユニットは、複数の素子を有し、
最も近接する素子の間隔は横方向ａ、縦方向ｂであり、
フェーズドアレーアンテナは、
横方向に１．５aずれて配置されている素子ユニットを有することにより、横方向にa／２だけずれて配置された素子を有し、かつ、
縦方向に１．５ｂずれて配置されている素子ユニットを有することにより、縦方向にｂ／２だけずれて配置された素子を有し、
プログラムは、
電波送信方向制御部に入力される信号を受け付ける信号受信ステップ、
信号受信ステップの後に実行され、横方向にａ／２ずつずれた、それぞれの素子の位置に応じた位相と振幅を有する入力信号を生成する、横方向入力信号生成ステップ、
信号受信ステップの後に実行され、縦向にｂ／２ずつずれた、それぞれの素子の位置に応じた位相と振幅を有する入力信号を生成する、縦方向入力信号生成ステップ、
電波送信方向制御部から、横方向入力信号生成ステップ、および、縦方向入力信号生成ステップで生成された、それぞれの素子に対応した入力信号を出力する入力信号出力ステップを実行することを特徴とする、プログラムである。
本発明は、以上の構成を備えることにより、従来の配列方法と比較して、アンテナサイズを大きくすることなく広角にビーム走査が可能となる。
また、素子数を減らしても同等以上の性能が見込めると同時に、素子数削減により、低コストとなる。
さらに、従来の配列方法と比較して、素子数の削減と性能向上を同時に実現できる。
To solve the above-mentioned problems, the phased array antenna according to claim 1 of the present invention is:
A phased array antenna having an antenna surface,
The antenna surface has multiple arrays of elements,
Regarding the mutually orthogonal X, Y, and Z axis directions, the X axis is defined as the horizontal direction, the Y axis as the vertical direction, and the Z axis as the height direction.
The element array has one or more element units, and the one or more element units are arranged vertically.
The element unit is,
The left and right elements are adjacent to each other in the lateral direction with a spacing a,
Based on two upper and lower elements positioned vertically at an element spacing b from the center of the horizontally adjacent left and right elements,
Having one or more complete element units,
One or more complete element units are arranged approximately at the center of the antenna surface.
A complete element unit has a left element, a right element, an upper element, and a lower element.
This phased array antenna is characterized in that adjacent element rows are offset by 1.5a in the horizontal direction and 1.5b in the vertical direction, so that elements that constitute an element unit in the vertical direction also constitute an element unit in the horizontal direction.
The phased array antenna according to claim 2 of the present invention is
The phased array antenna according to claim 1, characterized in that a and b are equal in the vertical and horizontal element spacing.
The phased array antenna according to claim 3 of the present invention is
It consists of three rows of elements,
The central element array has one complete element unit positioned at the center.
Each of the left and right element rows has two half-element units, and each half-element unit has only the two central elements of the complete element unit.
A phased array antenna according to claim 1 or 2, characterized by having 4 stages and 12 elements.
The phased array antenna according to claim 4 of the present invention is
It consists of three rows of elements,
The central element array has one complete element unit positioned at the center, and two partial element units adjacent vertically above and below the central element unit.
A partial element unit has only one element from the upper, lower, left, and right elements of a complete element unit, which is the central element.
The left and right element rows each have four incomplete element units.
An incomplete element unit has only the three central elements among the upper, lower, left, and right elements of a complete element unit.
A phased array antenna according to claim 1 or 2, characterized by having 5 stages and 18 elements.
The phased array antenna according to claim 5 of the present invention is
It consists of three rows of elements,
The central element array has one complete element unit positioned at the center, and two partial element units adjacent vertically above and below the central element unit.
A partial element unit has only one element from the upper, lower, left, and right elements of a complete element unit, which is the central element.
The left and right element rows each have four complete element units.
A phased array antenna according to claim 1 or 2, characterized by having 6 stages and 24 elements.
The phased array antenna according to claim 6 of the present invention is
A phased array antenna according to claim 1 or 2, characterized in that the antenna surface is a substantially rectangular shape in which one side is longer than the other side.
The phased array antenna according to claim 7 of the present invention is
A phased array antenna according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the elements are dipole antennas.
The phased array antenna according to claim 8 of the present invention is
A phased array antenna according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the elements are polarization-sharing antennas.
The phased array antenna according to claim 9 of the present invention is
A phased array antenna according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the element units are formed integrally.
The phased array antenna according to claim 10 of the present invention is
The phased array antenna according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the element unit is formed of a dielectric substrate or metal.
The phased array antenna according to claim 11 of the present invention is
A phased array antenna according to any one of claims 1 to 10, characterized by comprising a radio wave transmission direction control unit and transmitting radio waves in multiple directions in a time-division manner.
The phased array antenna according to claim 12 of the present invention is
A phased array antenna according to any one of claims 1 to 10, characterized by comprising a radio wave transmission direction control unit and transmitting radio waves in multiple directions by frequency division.
The phased array antenna according to claim 13 of the present invention is
A phased array antenna according to any one of claims 1 to 12, characterized by comprising a radio wave reception direction detection unit for detecting the direction of received radio waves.
The phased array antenna according to claim 14 of the present invention is
The phased array antenna according to claim 13, characterized in that the radio wave reception direction detection unit includes a frequency division unit and detects the direction of the received radio waves for each frequency.
The phased array antenna according to claim 15 of the present invention is
A phased array antenna according to any one of claims 1 to 14, characterized by having a communication unit that transmits or receives radio waves for communication.
The mobile communication system according to claim 16 of the present invention is
A mobile communication system characterized by being equipped with the phased array antenna described in claim 15.
The program according to claim 17 of the present invention is
A program for controlling a phased array antenna having an antenna surface,
Phased array antennas are
Radio wave transmission direction control unit, and
It has multiple arrays of elements arranged on the antenna surface,
Regarding the mutually orthogonal X, Y, and Z axis directions, the X axis is defined as the horizontal direction, the Y axis as the vertical direction, and the Z axis as the height direction.
The element array has one or more element units, and the one or more element units are arranged vertically.
The element unit has multiple elements,
The distance between the closest elements is a in the horizontal direction and b in the vertical direction.
Phased array antennas are
Having element units that are offset by 1.5a in the lateral direction, and having elements that are offset by a/2 in the lateral direction,
Having element units that are offset by 1.5b in the vertical direction, and having elements that are offset by b/2 in the vertical direction,
The program is
A signal reception step in which a signal is received by the radio wave transmission direction control unit,
A lateral input signal generation step is performed after the signal reception step, generating an input signal having phase and amplitude corresponding to the position of each element, shifted by a/2 in the lateral direction.
A vertical input signal generation step is performed after the signal reception step, generating an input signal having phase and amplitude corresponding to the position of each element, shifted vertically by b/2 units.
This program is characterized by executing an input signal output step, which outputs input signals corresponding to each element generated in the lateral input signal generation step and the vertical input signal generation step, from the radio wave transmission direction control unit.
By having the above configuration, the present invention enables wide-angle beam scanning without increasing the antenna size compared to conventional arrangement methods.
Furthermore, it is possible to achieve equivalent or better performance even with a reduced number of elements, while simultaneously reducing costs due to the reduction in the number of elements.
Furthermore, compared to conventional arrangement methods, it is possible to simultaneously reduce the number of elements and improve performance.
図３および図４は、本発明の一実施例におけるフェーズドアレーアンテナ１００の構成例を示す。
フェーズドアレーアンテナ１００はアンテナ面１１０を有し、アンテナ面１１０に複数の素子列１０１を有する。
図３および図４に示されるように、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向について、Ｘ軸方向を横方向、Ｙ軸方向を縦方向、Ｚ軸方向を高さ方向とする。
Figures 3 and 4 show an example configuration of a phased array antenna 100 in one embodiment of the present invention.
The phased array antenna 100 has an antenna surface 110, and the antenna surface 110 has a plurality of element rows 101.
As shown in Figures 3 and 4, the X-axis direction is defined as the horizontal direction, the Y-axis direction as the vertical direction, and the Z-axis direction as the height direction, with respect to the mutually orthogonal X-axis, Y-axis, and Z-axis directions.
素子列１０１は１以上の素子ユニット１０を有する。そして、１以上の素子ユニット１０は縦方向に並んでいる。
ここで、図における素子列１０１は、理解を容易にするための模式的なものであり、実際には後述の図４以降に示されるように、素子列１０１は、互いに入り組んだ、網目のような構造をしていることに注意が必要である。
The element array 101 has one or more element units 10. The one or more element units 10 are arranged in the vertical direction.
Here, the element array 101 in the diagram is a schematic representation for ease of understanding, and it should be noted that in reality, as shown in Figure 4 and later, the element array 101 has an intricate, mesh-like structure.
素子ユニット１０は、上素子、左素子、右素子、および、下素子を基本とする。例えば、素子１では、上素子１Ａ、左素子１Ｂ、右素子１Ｃ、および、下素子１Ｄである。左素子および右素子は、横方向に素子間隔aで隣接して配置されている。上素子および下素子は、横方向に隣接する左素子および右素子の中央から縦方向に素子間隔ｂの位置に配置されている。
なお、上素子、左素子、右素子、下素子の呼称は、理解を容易にするためのものであり、実際には、傾いていても、上下や左右が逆でもよい。例えば、上素子および下素子が水平方向に、左素子および右素子が上下方向に並ぶ構成でもよい。
The element unit 10 is based on an upper element, a left element, a right element, and a lower element. For example, in element 1, there is an upper element 1A, a left element 1B, a right element 1C, and a lower element 1D. The left and right elements are arranged adjacent to each other in the horizontal direction with an element spacing a. The upper and lower elements are positioned vertically at an element spacing b from the center of the horizontally adjacent left and right elements.
The terms "upper element,""leftelement,""rightelement," and "lower element" are used for ease of understanding, and in reality, they may be tilted or their orientation (up/down or left/right) may be reversed. For example, the upper and lower elements may be arranged horizontally, while the left and right elements are arranged vertically.
フェーズドアレーアンテナ１００は１以上の完全素子ユニット１１を有する。そして、１の完全素子ユニット１１がアンテナ面１１０の略中心に配置されている。
完全素子ユニット１１は、左素子、右素子、上素子、および、下素子を有する。本実施例では、素子１Ａ、素子１Ｂ、素子１Ｃ、素子１Ｄが、それぞれ、上素子、左素子、右素子、下素子として、完全素子ユニット１１を構成している。なお、図中の実線および破線は構成および素子間隔の把握を容易とするためのものであり、実際の構成とは異なり得ることに注意されたい。
隣接する素子列１０１は、横方向に１．５a、縦方向に１．５ｂずれて配置されることにより、縦方向に素子ユニット１０を構成する素子が、図４の破線に示されるように横方向にも素子ユニット１０を構成する。
The phased array antenna 100 has one or more complete element units 11. One complete element unit 11 is positioned approximately at the center of the antenna surface 110.
The complete element unit 11 has a left element, a right element, an upper element, and a lower element. In this embodiment, elements 1A, 1B, 1C, and 1D constitute the upper element, left element, right element, and lower element, respectively, forming the complete element unit 11. Note that the solid and dashed lines in the figure are for the purpose of easily understanding the configuration and element spacing, and may differ from the actual configuration.
The adjacent element rows 101 are arranged with a 1.5a offset in the horizontal direction and a 1.5b offset in the vertical direction. As a result, the elements that constitute the element unit 10 in the vertical direction also constitute the element unit 10 in the horizontal direction, as shown by the dashed lines in Figure 4.
縦方向と横方向について、ａとｂは同じ距離である必要はなく、フェーズドアレーアンテナ１００のビームについて、ビーム走査を優先する方向と優先しない方向がある場合には、ａ＜ｂなど、縦方向の素子間隔と横方向の素子間隔を異なるものとすることもできる。
この場合には、縦方向には長い素子ユニット１０が、横方向には短い素子ユニット１０が構成される。
Regarding the vertical and horizontal directions, a and b do not need to be the same distance. If there are directions in which beam scanning is prioritized and directions in which it is not prioritized for the beam of the phased array antenna 100, the element spacing in the vertical direction and the element spacing in the horizontal direction can be different, such as a < b.
In this case, a long element unit 10 is configured in the vertical direction, and a short element unit 10 is configured in the horizontal direction.
また、縦方向と横方向について、ａ＝ｂ、つまり、同じ距離としてもよい。
図５は本発明の一実施例におけるフェーズドアレーアンテナ１００を示す。
本実施例では、縦方向の素子間隔と、横方向の素子間隔について、ａとｂが等しい。具体的には、ａ＝ｂであり、縦方向にも横方向にも、同じ長さの素子ユニット１０が構成される。
本構成では、フェーズドアレーアンテナ１００の設置に際して、縦と横のいずれの設置方向でも性能が同様となり、設置時の自由度が増す。
Furthermore, we may assume that a = b, that is, that the distances are the same in both the vertical and horizontal directions.
Figure 5 shows a phased array antenna 100 in one embodiment of the present invention.
In this embodiment, the vertical and horizontal spacing of elements are equal to a and b. Specifically, a = b, and element units 10 of the same length are configured in both the vertical and horizontal directions.
In this configuration, the phased array antenna 100 performs similarly regardless of whether it is installed vertically or horizontally, increasing the flexibility of installation.
当業者に容易に理解されるように、実際のアンテナ素子は、正方形、長方形、円形などでもよく、後述のダイポールアンテナなどでもよい。
素子間隔ａは素子長以上であり、その範囲は、アンテナの波長λに対して、（λ／２）＜ａ＜２×λ、（λ／２）＜ｂ＜２×λである。ただし、通常、素子長は誘電体を有する基板等の影響でλ／２より短くなる。
本構成により、素子間隔aを狭くすることで広角にビーム走査が可能である。また、素子間隔aを広げても、正方配列と同等の性能が得られ、素子数を大幅に削減することが可能となる。
As will be easily understood by those skilled in the art, the actual antenna element may be square, rectangular, circular, or other shapes, or it may be a dipole antenna as described later.
The element spacing a is greater than or equal to the element length, and its range is (λ/2) < a < 2 × λ and (λ/2) < b < 2 × λ, where λ is the wavelength of the antenna. However, the element length is usually shorter than λ/2 due to the influence of a dielectric substrate, etc.
This configuration allows for wide-angle beam scanning by narrowing the element spacing a. Furthermore, even when the element spacing a is widened, performance equivalent to that of a square array can be obtained, making it possible to significantly reduce the number of elements.
一実施例において、フェーズドアレーアンテナ１００は、図５に示されるように、３列の素子列１０１から構成される。
中央の素子列１０２は、中心に配置される１の完全素子ユニット１１を有する。完全素子ユニット１１は、素子１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄから構成される。
左右の素子列１０１および１０３は４つの半素子ユニット１２を有し、半素子ユニット１２は完全素子ユニット１１のうち中心側の２素子のみを有する。具体的には、それぞれ、素子２Ｂおよび素子２Ｄ、素子３Ａおよび素子３Ｂ、素子４Ａおよび素子４Ｃ、素子５Ｃおよび素子５Ｄを有する。
そして、全体として、４段１２素子を有する。
このように、４段の正方配列１６素子の７５％の素子で構成することができる。
In one embodiment, the phased array antenna 100 is composed of three arrays of elements 101, as shown in Figure 5.
The central element array 102 has one complete element unit 11 positioned at its center. The complete element unit 11 is composed of elements 1A, 1B, 1C, and 1D.
The left and right element rows 101 and 103 each have four half-element units 12, and each half-element unit 12 has only the two central elements of the complete element unit 11. Specifically, each has elements 2B and 2D, 3A and 3B, 4A and 4C, and 5C and 5D, respectively.
And, overall, it has 4 stages and 12 elements.
In this way, it can be constructed using 75% of the elements of a 16-element square array arranged in four stages.
本構成により、Ｘ軸方向、つまり、横方向について、素子１Ａ、素子１Ｂ、素子１Ｃ、および、素子１Ｄで構成される完全素子ユニット１１があり、他の素子も含めると、横方向に素子間隔ａで素子が配置されている。
他方、Ｙ軸方向、つまり、縦方向についても、素子１Ｂ、素子４Ａ、および、素子５Ｄなどが後述の非完全素子を形成し、他の素子も含めると、縦方向に素子間隔ｂで素子が配置されている。
これにより、広角なビーム走査が可能となる。
In this configuration, there is a complete element unit 11 consisting of elements 1A, 1B, 1C, and 1D in the X-axis direction, i.e., the lateral direction. Including the other elements, the elements are arranged in the lateral direction with an element spacing a.
On the other hand, in the Y-axis direction, that is, in the vertical direction, elements 1B, 4A, and 5D, among others, form the incomplete elements described later, and when other elements are included, the elements are arranged in the vertical direction with an element spacing b.
This enables wide-angle beam scanning.
一実施例において、フェーズドアレーアンテナ１００は、図６に示されるように、 ３列の素子列１０１から構成される。
中央の素子列１０２は、中心に配置される１の完全素子ユニット１１、および、中心に配置される１の素子ユニット１０に対して縦方向に上および下に隣接する２つの部分素子ユニット１４を有する。
部分素子ユニット１４は、完全素子ユニット１１の上素子、下素子、左素子、および、右素子のうち、中心側の１素子のみを有する。具体的には、素子６Aおよび素子７Dをそれぞれ有する。
左右の素子列１０１および１０３は、４つの不完全素子ユニット１３を有する。
不完全素子ユニット１３は、完全素子ユニット１１のうち、上素子、左素子、右素子、および、下素子のうち、中心側の３素子のみを有する。具体的には、それぞれ、素子２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ、素子３Ａ，３Ｂ，３Ｃ、素子４Ａ，４Ｂ，４Ｃ、素子５Ｂ，５Ｃ，５Ｄの３素子ずつを有する。
そして、全体として、５段１８素子を有する。
このように、５段の正方配列２５素子の７２％で構成することができる。
In one embodiment, the phased array antenna 100 is composed of three arrays of elements 101, as shown in Figure 6.
The central element array 102 has one complete element unit 11 positioned in the center, and two partial element units 14 that are vertically adjacent to the central element unit 10, above and below it.
The partial element unit 14 has only one element from the upper, lower, left, and right elements of the complete element unit 11, specifically element 6A and element 7D.
The left and right element rows 101 and 103 each have four incomplete element units 13.
The incomplete element unit 13 has only the three central elements from the upper, left, right, and lower elements of the complete element unit 11. Specifically, it has three elements each of elements 2B, 2C, 2D, 3A, 3B, 3C, 4A, 4B, 4C, and 5B, 5C, 5D.
In total, it has 5 stages and 18 elements.
Thus, it can be constructed using 72% of a 5-stage square array of 25 elements.
一実施例において、フェーズドアレーアンテナ１００は、図７に示されるように、３列の素子列１０１から構成される。
中央の素子列１０２は、中心に配置される１の完全素子ユニット１１、および、中心に配置される１の素子ユニット１０に対して縦方向に上および下に隣接する２つの部分素子ユニット１４を有する。
部分素子ユニット１４は、完全素子ユニット１１のうち、上素子、下素子、左素子、および、右素子のうち中心側の１素子のみを有する。具体的には、素子７Ｄ、素子８C、素子９B、および、素子６Ａをそれぞれ有する。
左右の素子列１０１および１０３は、４つの完全素子ユニット１１を有する。
そして、全体として、６段２４素子を有する。
In one embodiment, the phased array antenna 100 is composed of three arrays of elements 101, as shown in Figure 7.
The central element array 102 has one complete element unit 11 positioned in the center, and two partial element units 14 that are vertically adjacent to the central element unit 10, above and below it.
The partial element unit 14 has only one central element from the upper element, lower element, left element, and right element of the complete element unit 11. Specifically, it has elements 7D, 8C, 9B, and 6A.
The left and right element rows 101 and 103 each have four complete element units 11.
And, overall, it has 6 stages and 24 elements.
このように、６段の正方配列３６素子の６７％で構成することができ、正方配列より約２割程度の素子削減が期待できる。
本構成により、Ｘ軸方向、つまり、横方向について、素子１Ａ、素子１Ｂ、素子１Ｃ、および、素子１Ｄで構成される完全素子ユニット１１があり、他の素子も含めると、横方向に素子間隔ａで素子が配置されている。
他方、Ｙ軸方向、つまり、縦方向についても、例えば、素子１Ａ、素子２Ｂ、素子５Ｃ、および、素子７Ｄなどが完全素子を形成し、他の素子も含めると、縦方向に素子間隔ｂで素子が配置されている。
これにより、広角なビーム走査が可能となる。
In this way, it can be constructed with 67% of the 36 elements in a 6-stage square array, and a reduction of about 20% in the number of elements compared to a square array can be expected.
In this configuration, there is a complete element unit 11 consisting of elements 1A, 1B, 1C, and 1D in the X-axis direction, i.e., the lateral direction. Including the other elements, the elements are arranged in the lateral direction with an element spacing a.
On the other hand, in the Y-axis direction, that is, in the vertical direction, for example, elements 1A, 2B, 5C, and 7D form a complete element, and including the other elements, the elements are arranged in the vertical direction with an element spacing b.
This enables wide-angle beam scanning.
同様に、７段相当で４０素子となり、７段の正方配列４９素子の８２％、８段相当で５０素子となり、８段の正方配列６４素子の７８％で構成することができ、正方配列より約２割程度の素子削減が期待できる。
本構成により、Ｘ軸方向、つまり、横方向について、素子１Ａ、素子１Ｂ、素子１Ｃ、および、素子１Ｄで構成される完全素子ユニット１１があり、他の素子も含めると、横方向に素子間隔ａで素子が配置されている。
他方、Ｙ軸方向、つまり、縦方向についても、実質的に完全素子が形成され、他の素子も含めると、縦方向に素子間隔ｂで素子が配置されている。
これにより、広角なビーム走査が可能となる。
Similarly, a 7-stage equivalent configuration uses 40 elements, which is 82% of the 49 elements in a 7-stage square array, and an 8-stage equivalent configuration uses 50 elements, which is 78% of the 64 elements in an 8-stage square array. This allows for an expected reduction of approximately 20% in the number of elements compared to a square array.
In this configuration, there is a complete element unit 11 consisting of elements 1A, 1B, 1C, and 1D in the X-axis direction, i.e., the lateral direction. Including the other elements, the elements are arranged in the lateral direction with an element spacing a.
On the other hand, in the Y-axis direction, that is, in the vertical direction, a virtually complete element is formed, and including other elements, elements are arranged in the vertical direction with an element spacing b.
This enables wide-angle beam scanning.
以上の実施例のように、正方配列と同面積比較で、素子数の削減と広角ビーム走査を同時に可能としている。
素子数が減るため利得は低下するが、実機では入力電力を増すことで補うことができる。
As demonstrated in the above examples, it is possible to simultaneously reduce the number of elements and enable wide-angle beam scanning while maintaining the same area as a square array.
Although the gain decreases due to the reduction in the number of elements, this can be compensated for in actual devices by increasing the input power.
図８に示されるように、一実施例において、フェーズドアレーアンテナ１００の一辺が他方の辺より長い略長方形とすることができる。
広角なビーム走査が求められる方向が１方向に限られている場合に、略長方形のアンテナ面１１０の、他方の辺より長い一辺の向きを、求められる方向に合わせることにより、特に有効である。
また、広角なビーム走査が求められる方向が複数の場合にも、略長方形のアンテナ面１１０を複数配置することにより対応することが可能となる。
As shown in Figure 8, in one embodiment, the phased array antenna 100 can be a roughly rectangular shape in which one side is longer than the other side.
This method is particularly effective when wide-angle beam scanning is required in only one direction, by aligning the orientation of one side of the roughly rectangular antenna surface 110, which is longer than the other side, with the required direction.
Furthermore, when wide-angle beam scanning is required in multiple directions, this can be accommodated by arranging multiple roughly rectangular antenna surfaces 110.
一実施例において、上述のフェーズドアレーアンテナ１００の有する素子ユニット１０が一体に形成されている。
本構成により、素子ユニット１０内での素子間の配置が固定され、製造が容易となる。
In one embodiment, the element units 10 of the phased array antenna 100 described above are integrally formed.
This configuration fixes the arrangement of elements within the element unit 10, making manufacturing easier.
図９は６段３６素子での正方配列を、図１０は６段３３素子での三角配列による比較例を、それぞれ示し、図１１は本発明の一実施例におけるフェーズドアレーアンテナ１００の構成例を示す。
図１２および図１３は正方配列での相対電力を示す。図１２の実線は電波の主ビーム方向が縦方向で０度、破線は縦方向で６０度での結果である。また、図１３の実線は電波の主ビーム方向が横方向で０度、破線は横方向で６０度での結果である。ここで、主ビームとは、フェーズドアレーアンテナ１００が送信または受信する電波の方向を示す。
縦方向６０度では、反対側の６３度付近に大きなサイドローブが見られる。同様に、横方向６０度では、反対側の９０度付近に大きなサイドローブが見られる。
Figure 9 shows a square array with 6 stages and 36 elements, Figure 10 shows a comparative example with a triangular array with 6 stages and 33 elements, and Figure 11 shows an example configuration of a phased array antenna 100 in one embodiment of the present invention.
Figures 12 and 13 show the relative power in a square array. In Figure 12, the solid line represents the result when the main beam direction of the radio waves is 0 degrees in the vertical direction, and the dashed line represents the result when the main beam direction of the radio waves is 60 degrees in the vertical direction. Similarly, in Figure 13, the solid line represents the result when the main beam direction of the radio waves is 0 degrees in the horizontal direction, and the dashed line represents the result when the main beam direction of the radio waves is 60 degrees in the horizontal direction. Here, the main beam refers to the direction of the radio waves transmitted or received by the phased array antenna 100.
At a vertical angle of 60 degrees, a large side lobe can be seen around 63 degrees on the opposite side. Similarly, at a horizontal angle of 60 degrees, a large side lobe can be seen around 90 degrees on the opposite side.
図１４および図１５は三角配列での相対電力を示す。図１４の実線は電波の主ビーム方向が縦方向で０度、破線は縦方向で６０度での結果である。また、図１５の実線は電波の主ビーム方向が横方向で０度、破線は横方向で６０度での結果である。
縦方向６０度では、反対側の６３度付近に大きなサイドローブが見られる。他方、横方向６０度では、サイドローブが抑制されている。
Figures 14 and 15 show the relative power in a triangular arrangement. In Figure 14, the solid line represents the result when the main beam direction of the radio waves is 0 degrees vertically, and the dashed line represents the result when the main beam direction of the radio waves is 60 degrees vertically. Similarly, in Figure 15, the solid line represents the result when the main beam direction of the radio waves is 0 degrees horizontally, and the dashed line represents the result when the horizontal direction is 60 degrees.
At a vertical angle of 60 degrees, a large side lobe is visible around 63 degrees on the opposite side. On the other hand, at a horizontal angle of 60 degrees, the side lobe is suppressed.
図１６および図１７は本実施例での相対電力を示す。図１６の実線は電波の主ビーム方向が縦方向で０度、破線は縦方向で６０度での結果である。また、図１７の実線は電波の主ビーム方向が横方向で０度、破線は横方向で６０度での結果である。
縦方向６０度、横方向６０度のいずれにおいても、サイドローブが抑制されている。
Figures 16 and 17 show the relative power in this embodiment. In Figure 16, the solid line represents the result when the main beam direction of the radio waves is 0 degrees in the vertical direction, and the dashed line represents the result when the main beam direction of the radio waves is 60 degrees in the vertical direction. Similarly, in Figure 17, the solid line represents the result when the main beam direction of the radio waves is 0 degrees in the horizontal direction, and the dashed line represents the result when the horizontal direction is 60 degrees.
Side lobes are suppressed in both the vertical and horizontal 60-degree angles.
図１８および図１９は正方配列、三角配列、および、本実施例での電波の主ビーム方向を、それぞれ、縦方向で６０度、および、横方向で６０度の場合について、比較したものである。図の実線は正方配列、図の破線は三角配列、図の点線は本実施例の結果を、それぞれ示す。
上述のように、正方配列では、縦方向、横方向のいずれにおいても大きなサイドローブが生じ、三角配列では、縦方向に大きなサイドローブが生じる。
しかし、本実施例では、縦方向６０度、横方向６０度のいずれにおいても、サイドローブが抑制されていることが分かる。
Figures 18 and 19 compare the results for a square array, a triangular array, and the case where the main beam direction of the radio waves in this embodiment is 60 degrees vertically and 60 degrees horizontally, respectively. The solid lines in the figures represent the square array, the dashed lines represent the triangular array, and the dotted lines represent the results of this embodiment.
As mentioned above, in a square arrangement, large side lobes are generated in both the vertical and horizontal directions, while in a triangular arrangement, large side lobes are generated in the vertical direction.
However, in this embodiment, it can be seen that side lobes are suppressed in both the vertical and horizontal directions (60 degrees).
図２０は本発明の一実施例におけるフェーズドアレーアンテナ１００の素子の構成例を示す。
本実施例において、素子１は２偏波共用アンテナである。具体的には、クロスダイポールアンテナとなっている。
本構成により、２つの偏波に対応することができる。
例えば通信に用いた場合、回線数を２倍にできる。また、受信に用いた場合も、受信信号についても２偏波に対応できる。
Figure 20 shows an example of the element configuration of a phased array antenna 100 in one embodiment of the present invention.
In this embodiment, element 1 is a dual-polarization shared antenna. Specifically, it is a cross dipole antenna.
This configuration allows for support of two polarizations.
For example, when used for communication, it can double the number of lines. Also, when used for reception, it can support two polarizations for received signals.
図２１は本発明の一実施例におけるフェーズドアレーアンテナ１００の構成例を示す。
本実施例において、素子ユニット１０は誘電体基板または金属で形成されている。「素子ユニット１０は誘電体基板または金属で形成されている」とは、素子ユニット１０の部材の主要部、具体的には体積においては半分以上が、誘電体基板または金属を含んで構成されることを意味し、誘電体基板や金属以外の部材も有する場合も含む。また、アンテナ面１１０はフレキシブル基板上に配置されている。
本構成により、アンテナ面１１０が配置される部位が平面でない場合にも、対応することが可能となる。
Figure 21 shows an example configuration of a phased array antenna 100 in one embodiment of the present invention.
In this embodiment, the element unit 10 is formed of a dielectric substrate or metal. "The element unit 10 is formed of a dielectric substrate or metal" means that the main components of the element unit 10, specifically more than half of its volume, consist of a dielectric substrate or metal, and also include cases where it contains components other than a dielectric substrate or metal. Furthermore, the antenna surface 110 is arranged on a flexible substrate.
This configuration makes it possible to accommodate situations where the area where the antenna surface 110 is placed is not flat.
図２２は本発明の一実施例におけるフェーズドアレーアンテナ１００の構成例を示す。
本実施例において、フェーズドアレーアンテナ１００は、電波送信方向制御部１２０を備え、時分割で複数の方向に電波を送信する。
本構成により、携帯電話の基地局などにおいて、効率的な通信電波の送受信が可能となる。
Figure 22 shows an example configuration of a phased array antenna 100 in one embodiment of the present invention.
In this embodiment, the phased array antenna 100 includes a radio wave transmission direction control unit 120, which transmits radio waves in multiple directions in a time-division manner.
This configuration enables efficient transmission and reception of communication radio waves at mobile phone base stations and other locations.
図は本発明の一実施例におけるフェーズドアレーアンテナ１００の構成例を示す。
本実施例において、フェーズドアレーアンテナ１００は、電波送信方向制御部１２０を備え、周波数分割で複数の方向に電波を送信する。
本構成により、携帯電話の基地局などにおいて、効率的な通信電波の送受信が可能となる。
The figure shows an example configuration of a phased array antenna 100 in one embodiment of the present invention.
In this embodiment, the phased array antenna 100 includes a radio wave transmission direction control unit 120, and transmits radio waves in multiple directions using frequency division.
This configuration enables efficient transmission and reception of communication radio waves at mobile phone base stations and other locations.
図２３は本発明の一実施例におけるフェーズドアレーアンテナ１００の構成例を示す。
本実施例において、フェーズドアレーアンテナ１００は、受信した電波の方向を検知する電波受信方向検知部１３０を備える。
本構成により、例えば電波送信方向制御部１２０と共に携帯端末との通信に用いた場合、携帯端末の方向に応じた方向制御が可能となる。
Figure 23 shows an example configuration of a phased array antenna 100 in one embodiment of the present invention.
In this embodiment, the phased array antenna 100 includes a radio wave reception direction detection unit 130 that detects the direction of the received radio waves.
With this configuration, for example, when used in conjunction with the radio wave transmission direction control unit 120 for communication with a mobile terminal, direction control according to the direction of the mobile terminal becomes possible.
図２４は本発明の一実施例におけるフェーズドアレーアンテナ１００の構成例を示す。
本実施例では、電波受信方向検知部１３０が周波数分割部１３１を備え、受信した電波の到来方向を周波数ごとに検知する。
本構成により、例えば電波送信方向制御部１２０と共に携帯端末との通信に用いた場合、周波数ごとに複数の携帯端末の方向に応じた方向制御が可能となる。
Figure 24 shows an example configuration of a phased array antenna 100 in one embodiment of the present invention.
In this embodiment, the radio wave reception direction detection unit 130 includes a frequency division unit 131 that detects the direction of arrival of the received radio waves for each frequency.
With this configuration, for example, when used in conjunction with the radio wave transmission direction control unit 120 for communication with a mobile terminal, it becomes possible to control the direction according to the direction of multiple mobile terminals for each frequency.
図２５は本発明の一実施例におけるフェーズドアレーアンテナ１００の構成例を示す。
本実施例において、フェーズドアレーアンテナ１００は、通信部１４０を備え、通信用の電波を送信または受信する。
Figure 25 shows an example configuration of a phased array antenna 100 in one embodiment of the present invention.
In this embodiment, the phased array antenna 100 includes a communication unit 140 that transmits or receives radio waves for communication.
図２６は本発明の一実施例における移動体２００通信システムの構成例を示す。
本実施例において、移動体搭載型通信システム２１０は、前述の通信部１４０を備えたフェーズドアレーアンテナ１００を搭載する。
例えばドローンなどの移動体２００では重量がその性能に大きく影響するが、本構成によるフェーズドアレーアンテナ１００は、少ない素子数と少ない回路部品数で軽量化され、かつ、広角にビーム走査が可能であるため、移動体２００通信システムとして非常に有利になる。
航空機や、電気自動車などの自動車など、他の移動体２００にも適用できる。
Figure 26 shows an example of the configuration of a mobile communication system 200 in one embodiment of the present invention.
In this embodiment, the mobile communication system 210 is equipped with a phased array antenna 100 that includes the aforementioned communication unit 140.
For example, in mobile devices such as drones 200, weight greatly affects performance. However, the phased array antenna 100 with this configuration is lightweight due to the small number of elements and circuit components, and is also capable of wide-angle beam scanning, making it very advantageous as a communication system for mobile devices 200.
It can also be applied to other mobile vehicles 200, such as aircraft and electric vehicles.
図２７および図２８は本発明の一実施例におけるフェーズドアレーアンテナ１００の構成例、および、プログラムの構成例を示す。
図２７に示されるように、電波送信方向制御部１２０は、演算部１２１としてのＣＰＵ、不揮発性メモリ１２２であるＲＯＭ、および、揮発性メモリ１２３であるＲＡＭを備える。ＣＰＵとＲＯＭおよびＲＡＭは互いに接続されている。
プログラムは、ＲＯＭに格納されており、電波送信方向制御部１２０の電源がＯＮになると、ＣＰＵの制御の下で、ＲＯＭに格納されたプログラムがＲＡＭ上に展開され、実行される。
Figures 27 and 28 show an example configuration of a phased array antenna 100 and an example configuration of a program in one embodiment of the present invention.
As shown in Figure 27, the radio wave transmission direction control unit 120 includes a CPU as the calculation unit 121, a ROM as the non-volatile memory 122, and RAM as the volatile memory 123. The CPU, ROM, and RAM are connected to each other.
The program is stored in ROM, and when the power to the radio wave transmission direction control unit 120 is turned on, the program stored in ROM is loaded onto RAM and executed under the control of the CPU.
図２８に示されるように、プログラムは、アンテナ面１１０を有するフェーズドアレーアンテナ１００を制御するプログラムである。
フェーズドアレーアンテナ１００は、前述の図のように、電波送信方向制御部１２０、および、アンテナ面１１０に配置された複数の素子列１０１、１０２、１０３等を有する。
互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向について、Ｘ軸方向を横方向、Ｙ軸方向を縦方向、Ｚ軸方向を高さ方向とする。
As shown in Figure 28, the program controls a phased array antenna 100 having an antenna surface 110.
As shown in the figure above, the phased array antenna 100 has a radio wave transmission direction control unit 120 and a plurality of element arrays 101, 102, 103, etc. arranged on the antenna surface 110.
For the mutually orthogonal X, Y, and Z axis directions, the X axis direction is defined as the horizontal direction, the Y axis direction as the vertical direction, and the Z axis direction as the height direction.
素子列１０１、１０２、１０３等は１以上の素子ユニット１０を有し、１以上の素子ユニット１０は縦方向に並んでいる。
素子ユニット１０は、複数の素子を有し、最も近接する素子の間隔は、横方向a、縦方向bである。
フェーズドアレーアンテナ１００は、横方向に１．５aずれて配置されている素子ユニット１０を有する。これにより、結果として、横方向にa／２だけずれて配置された素子を有する。また、縦方向にも、１．５ｂずれて配置されている素子ユニット１０を有する。これにより、結果として、縦方向にｂ／２だけずれて配置された素子を有する。
Each element array 101, 102, 103, etc., has one or more element units 10, and these one or more element units 10 are arranged in the vertical direction.
The element unit 10 has multiple elements, and the distance between the closest elements is a in the horizontal direction and b in the vertical direction.
The phased array antenna 100 has element units 10 that are offset by 1.5a in the lateral direction. As a result, it has elements that are offset by a/2 in the lateral direction. It also has element units 10 that are offset by 1.5b in the vertical direction. As a result, it has elements that are offset by b/2 in the vertical direction.
プログラムは、信号受信ステップＳ０２、縦方向入力信号生成ステップＳ１０、横方向入力信号生成ステップＳ２０、および、入力信号出力ステップＳ３０を有する。
信号受信ステップＳ０２では、電波送信方向制御部１２０に入力される信号を受け付ける。本実施例では、通信部１４０において、電波送信方向制御部１２０は制御部接続端子１４１を備える。そして、制御部接続端子１４１を介して、電波送信方向制御部１２０に信号が入力される。
The program includes a signal reception step S02, a vertical input signal generation step S10, a horizontal input signal generation step S20, and an input signal output step S30.
In the signal reception step S02, the signal input to the radio wave transmission direction control unit 120 is received. In this embodiment, the radio wave transmission direction control unit 120 in the communication unit 140 is provided with a control unit connection terminal 141. The signal is then input to the radio wave transmission direction control unit 120 via the control unit connection terminal 141.
縦方向入力信号生成ステップＳ１０は、信号受信ステップＳ０２の後に実行され、縦方向にｂ／２ずつずれた、それぞれの素子の位置に応じた位相と振幅を有する入力信号を生成する。
横方向入力信号生成ステップＳ２０もまた、信号受信ステップＳ０２の後に実行され、横方向にａ／２ずつずれた、それぞれの素子の位置に応じた位相と振幅を有する入力信号を生成する。
入力信号出力ステップＳ３０では、電波送信方向制御部１２０から、縦方向入力信号生成ステップＳ１０、および、横方向入力信号生成ステップＳ２０で生成された、それぞれの素子に対応した入力信号を出力する。
The vertical input signal generation step S10 is performed after the signal reception step S02 and generates an input signal having phase and amplitude corresponding to the position of each element, shifted by b/2 in the vertical direction.
The lateral input signal generation step S20 is also performed after the signal reception step S02, and generates an input signal having phase and amplitude corresponding to the position of each element, shifted by a/2 in the lateral direction.
In the input signal output step S30, the radio wave transmission direction control unit 120 outputs the input signals corresponding to each element that were generated in the vertical input signal generation step S10 and the horizontal input signal generation step S20.
以下、ステップごとに説明する。
入力信号の生成が開始されると、まず、制御部接続端子１４１を介して信号が入力されるのを待つ、待機ステップＳ０１に進む。
待機ステップＳ０１で入力が確認されると、信号受信ステップＳ０２に進み、電波送信方向制御部１２０に入力される信号を受け付ける。
The following explains each step.
When the generation of the input signal begins, the process first proceeds to a waiting step S01, where it waits for the signal to be input via the control unit connection terminal 141.
If the input is confirmed in the standby step S01, the process proceeds to the signal reception step S02, where the signal input to the radio wave transmission direction control unit 120 is received.
続いて、縦方向入力信号生成ステップＳ１０に進む。信号受信ステップＳ０２では、それぞれの素子の縦方向の位置に応じた位相と振幅を有する入力信号を生成する。
次いで、横方向入力信号生成ステップＳ２０に進み、それぞれの素子の横方向の位置に応じた位相と振幅を有する入力信号を生成し、先に生成された縦方向入力信号と合成される。
Next, the process proceeds to the vertical input signal generation step S10. In the signal reception step S02, an input signal having phase and amplitude corresponding to the vertical position of each element is generated.
Next, the process proceeds to the lateral input signal generation step S20, where an input signal having phase and amplitude corresponding to the lateral position of each element is generated and combined with the previously generated vertical input signal.
この２つのステップは、逆順に実行されてもよく、あるいは、ＣＰＵとメモリが２ステップ分確保できれば、同時に実行されてもよい。同時に実行される場合には、別途、縦方向入力信号と横方向入力信号を合成する合成ステップを設けてもよい。
続いて、入力信号出力ステップＳ３０に進み、それぞれの素子に対応した入力信号を出力する。
本構成により、縦方向および横方向の両方向において、素子間隔ａ，ｂだけずれて配置された素子を制御することが可能となり、少ない素子および部品数で、サイドローブの少ない電波を合成することができる。
These two steps may be executed in reverse order, or they may be executed simultaneously if the CPU and memory can accommodate two steps. If executed simultaneously, a separate synthesis step may be provided to combine the vertical input signal and the horizontal input signal.
Next, the process proceeds to the input signal output step S30, where the input signal corresponding to each element is output.
This configuration makes it possible to control elements that are offset by element spacings a and b in both the vertical and horizontal directions, enabling the synthesis of radio waves with fewer side lobes using fewer elements and components.
本発明は以上の実施例に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で様々な実施例を含むことは言うでもない。
例えば、移動体搭載型通信システムは、人が装着するものであってもよい。
The present invention is not limited to the embodiments described above, and it goes without saying that it includes various embodiments without departing from the spirit of the invention.
For example, a mobile communication system may be one that is worn by a person.
１ 素子
１Ａ、３Ａ、４Ａ, ６Ａ 上素子
１Ｂ、２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ、５Ｂ、９Ｂ 左素子
１Ｃ、２Ｃ、３Ｃ、４Ｃ、５Ｃ、８Ｃ 右素子
１Ｄ、２Ｄ、５Ｄ、７Ｄ 下素子
１０ 素子ユニット
１１ 完全素子ユニット
１２ 半素子ユニット
１３ 不完全素子ユニット
１４ 部分素子ユニット
１００ フェーズドアレーアンテナ
１１０ アンテナ面
１０１、１０２、１０３ 素子列
１２０ 電波送信方向制御部
１２１ 演算部
１２２ 不揮発性メモリ
１２３ 揮発性メモリ
１３０ 電波受信方向検知部
１３１ 周波数分割部
１４０ 通信部
１４１ 制御部接続端子
１４２ 検知部接続端子
２００ 移動体
２１０ 移動体搭載型通信システム
1. Elements 1A, 3A, 4A, 6A. Upper elements 1B, 2B, 3B, 4B, 5B, 9B. Left elements 1C, 2C, 3C, 4C, 5C, 8C. Right elements 1D, 2D, 5D, 7D. Lower element 10. Element unit 11. Complete element unit 12. Half element unit 13. Incomplete element unit 14. Partial element unit 100. Phased array antenna 110. Antenna surfaces 101, 102, 103. Element array 120. Radio wave transmission direction control unit 121. Calculation unit 122. Non-volatile memory 123. Volatile memory 130. Radio wave reception direction detection unit 131. Frequency division unit 140. Communication unit 141. Control unit connection terminal 142. Detection unit connection terminal 200. Mobile unit 210. Mobile unit mounted communication system.
Claims (17)
前記アンテナ面に複数の素子列を有し、
互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向について、Ｘ軸方向を横方向、Ｙ軸方向を縦方向、Ｚ軸方向を高さ方向として、
前記素子列は１以上の素子ユニットを有し、前記１以上の素子ユニットは縦方向に並んでおり、
前記素子ユニットは、
横方向に素子間隔ａで隣接する左素子および右素子と、横方向に隣接する左素子および右素子の中央から縦方向に素子間隔ｂの位置に配置される上素子および下素子の、全てまたは一部を有し、
フェーズドアレーアンテナはさらに、
１以上の完全素子ユニットを有し、
１以上の前記完全素子ユニットがアンテナ面の中心に配置され、
前記完全素子ユニットは、前記左素子、前記右素子、前記上素子、および、前記下素子を有し、
隣接する前記素子列は、互いに横方向に１．５a、縦方向に１．５ｂずれて配置されることにより、縦方向に前記素子ユニットを構成する前記左素子、前記右素子、前記上素子、および、前記下素子の少なくとも一部が横方向にも前記素子ユニットを構成することを特徴とする、
フェーズドアレーアンテナ。
A phased array antenna having an antenna surface,
The antenna surface has multiple element rows,
Regarding the mutually orthogonal X, Y, and Z axis directions, the X axis is defined as the horizontal direction, the Y axis as the vertical direction, and the Z axis as the height direction.
The element array has one or more element units, and the one or more element units are arranged in the vertical direction.
The aforementioned element unit is
It comprises all or part of a left element and a right element adjacent to each other horizontally with an element spacing a, and an upper element and a lower element positioned vertically at an element spacing b from the center of the horizontally adjacent left element and right element,
Phased array antennas also
Having one or more complete element units,
One or more of the complete element units are arranged at the center of the antenna surface.
The complete element unit comprises the left element, the right element, the upper element, and the lower element.
The adjacent arrays of elements are arranged with a lateral offset of 1.5a and a vertical offset of 1.5b from each other , so that at least a portion of the left element, right element, upper element, and lower element that constitute the element unit in the vertical direction also constitute the element unit in the horizontal direction.
Phased array antenna.
The phased array antenna according to claim 1, characterized in that a and b are equal in the vertical and horizontal directions of element spacing.
前記アンテナ面の左右方向における中央の前記素子列は、前記アンテナ面の上下左右の中心に配置される１の前記完全素子ユニットを有する構成であり、
左右の前記素子列はそれぞれ２つの半素子ユニットを有する構成であり、前記半素子ユニットは前記完全素子ユニットのうち中心側の２素子のみを有する構成であり、
１２素子を有することを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載のフェーズドアレーアンテナ。
It consists of three rows of the aforementioned element array,
The central element row in the left-right direction of the antenna surface has a configuration in which one complete element unit is arranged at the center of the top, bottom , left, and right of the antenna surface .
The left and right element rows each have a configuration that includes two half-element units, and each half-element unit has a configuration that includes only the two central elements of the complete element unit.
A phased array antenna according to claim 1 or 2, characterized by having 12 elements.
前記アンテナ面の左右方向における中央の前記素子列は、前記アンテナ面の上下左右の中心に配置される１の前記完全素子ユニット、および、前記アンテナ面の上下左右の中心に配置される１の前記完全素子ユニットに対して縦方向に上および下に隣接する２つの部分素子ユニットを有する構成であり、
前記部分素子ユニットは、前記完全素子ユニットの前記上素子、前記下素子、前記左素子、および、前記右素子のうち上下左右の中心側の１素子のみを有する構成であり、
左右の前記素子列は、４つの不完全素子ユニットを有する構成であり、
前記不完全素子ユニットは、前記完全素子ユニットの前記上素子、前記下素子、前記左素子、および、前記右素子のうち中心側の３素子のみを有する構成であり、
１８素子を有することを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載のフェーズドアレーアンテナ。
It consists of three rows of the aforementioned element array,
The central element row in the left-right direction of the antenna surface has a configuration comprising one complete element unit positioned at the center of the antenna surface in the vertical, left-right, and right directions, and two partial element units adjacent vertically above and below the one complete element unit positioned at the center of the antenna surface in the vertical, left-right, and right directions.
The partial element unit has a configuration in which it comprises only one element from the upper element, lower element, left element, and right element of the complete element unit, which is located on the central side in the vertical, horizontal, and vertical directions.
The left and right element rows are configured to have four incomplete element units.
The incomplete element unit has a configuration in which it comprises only the three elements on the central side of the upper element, lower element, left element, and right element of the complete element unit.
A phased array antenna according to claim 1 or 2, characterized by having 18 elements.
前記アンテナ面の左右方向における中央の前記素子列は、前記アンテナ面の上下左右の中心に配置される１の前記完全素子ユニット、前記アンテナ面の上下左右の中心に配置される１の前記完全素子ユニットに対して縦方向に上および下に隣接する２つの部分素子ユニット、および、左右方向であって左右の前記素子列の外側に２つの部分素子ユニットを有する構成であり、
前記部分素子ユニットは、前記完全素子ユニットの前記上素子、前記下素子、前記左素子、および、前記右素子のうち上下左右の中心側の１素子のみを有する構成であり、
左右の前記素子列は、４つの前記完全素子ユニットを有する構成であり、
２４素子を有することを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載のフェーズドアレーアンテナ。
It consists of three rows of the aforementioned element array,
The element row in the center of the antenna surface in the left-right direction has a configuration comprising one complete element unit positioned at the center of the antenna surface in the vertical, left-right, and right directions, two partial element units adjacent vertically above and below the one complete element unit positioned at the center of the antenna surface in the vertical, left-right, and right directions, and two partial element units outside the left and right element rows in the left-right direction.
The partial element unit has a configuration in which it comprises only one element from the upper element, lower element, left element, and right element of the complete element unit, which is located on the central side in the vertical, horizontal, and vertical directions.
The left and right element rows are configured to have four complete element units.
A phased array antenna according to claim 1 or 2, characterized by having 24 elements.
The phased array antenna according to claim 1 or 2, characterized in that the antenna surface is a rectangle in which one side is longer than the other side.
A phased array antenna according to any one of claims 1 to 6, characterized in that at least a portion of the left element, the right element, the upper element, and the lower element are dipole antennas.
A phased array antenna according to any one of claims 1 to 7, characterized in that at least a portion of the left element, the right element, the upper element, and the lower element are polarization-sharing antennas.
The phased array antenna according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the element unit is integrally formed.
The phased array antenna according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the element unit is formed of a dielectric substrate or metal.
A phased array antenna according to any one of claims 1 to 10, characterized by comprising a radio wave transmission direction control unit and transmitting radio waves in multiple directions in a time-division manner.
A phased array antenna according to any one of claims 1 to 10, characterized by comprising a radio wave transmission direction control unit and transmitting radio waves in multiple directions by frequency division.
A phased array antenna according to any one of claims 1 to 12, characterized by comprising a radio wave reception direction detection unit for detecting the direction of received radio waves.
The phased array antenna according to claim 13, characterized in that the radio wave reception direction detection unit includes a frequency division unit and detects the direction of the received radio waves for each frequency.
A phased array antenna according to any one of claims 1 to 14, characterized by comprising a communication unit and transmitting or receiving radio waves for communication.
A mobile communication system characterized by being equipped with the phased array antenna described in claim 15.
前記フェーズドアレーアンテナは、
電波送信方向制御部、および、
前記アンテナ面に配置された複数の素子列を有し、
互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向について、Ｘ軸方向を横方向、Ｙ軸方向を縦方向、Ｚ軸方向を高さ方向として、
前記素子列は１以上の素子ユニットを有し、前記１以上の素子ユニットは縦方向に並んでおり、
前記素子ユニットは、複数の素子を有し、
同一の素子ユニット内において最も近接する素子の間隔は、横方向a、縦方向bであり、
前記フェーズドアレーアンテナは、
隣接する前記素子ユニットに対して横方向に１．５a、縦方向に１．５ｂだけ、ずれて配置されている前記素子ユニットを有することにより、横方向にa／２だけずれて配置された前記素子、および、縦方向にｂ／２だけずれて配置された前記素子を有し、
前記プログラムは、
前記電波送信方向制御部に入力される信号を受け付ける信号受信ステップ、
前記信号受信ステップの後に実行され、横方向にａ／２ずつずれた、それぞれの前記素子の位置に応じた位相と振幅を有する入力信号を生成する、横方向入力信号生成ステップ、
前記信号受信ステップの後に実行され、縦方向にｂ／２ずつずれた、それぞれの前記素子の位置に応じた位相と振幅を有する入力信号を生成する、縦方向入力信号生成ステップ、
前記電波送信方向制御部から、前記縦方向入力信号生成ステップ、および、前記横方向入力信号生成ステップで生成された、それぞれの前記素子に対応した入力信号を出力する入力信号出力ステップを実行することを特徴とする、プログラム。 A program for controlling a phased array antenna having an antenna surface,
The aforementioned phased array antenna is
Radio wave transmission direction control unit, and
The antenna surface has a plurality of element rows arranged therein,
Regarding the mutually orthogonal X, Y, and Z axis directions, the X axis is defined as the horizontal direction, the Y axis as the vertical direction, and the Z axis as the height direction.
The element array has one or more element units, and the one or more element units are arranged in the vertical direction.
The element unit has a plurality of elements,
Within the same element unit, the distance between the closest elements is a in the horizontal direction and b in the vertical direction.
The aforementioned phased array antenna is
Having an element unit that is offset by 1.5a in the lateral direction and 1.5b in the vertical direction relative to an adjacent element unit, having an element that is offset by a/2 in the lateral direction and an element that is offset by b/2 in the vertical direction,
The aforementioned program,
A signal reception step that receives a signal input to the radio wave transmission direction control unit,
A lateral input signal generation step is performed after the signal reception step, which generates an input signal having a phase and amplitude corresponding to the position of each of the elements, shifted by a/2 in the lateral direction.
A vertical input signal generation step is performed after the signal reception step, which generates input signals having phase and amplitude corresponding to the position of each element, shifted by b/2 in the vertical direction.
A program characterized in that the radio wave transmission direction control unit executes an input signal output step which outputs an input signal corresponding to each of the elements generated in the vertical input signal generation step and the horizontal input signal generation step.
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