JPH03151701A - アレイアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 皮果上ｑ且朋公Ｕ 本発明は、マイクロ波等を用いた移動体通信。

衛星通信．衛星放送等に使用されるアレイアンテナに関
し、簡易な機構によりアンテナの主ビームを可変させ得
るアレイアンテナに関する。

従来■技歪 近年、情報化社会の発達とともに、準マイクロ波，マイ
クロ波を用いた衛星通信，衛星放送，移動体通信等が盛
んになっている。それらに使用するアンテナとしては、
高利得のペンシルビームアンテナ等がある。ところでペ
ンシルビームアンテナの主ビームを簡易な機構により変
化・させることができるならば、多《の衛星を１個のア
ンテナでとらえることができ、移動体通信に対してまで
も利用でき大きな効果が期待できる。

特に衛星放送を受信する場合に、一般家庭で用いられる
壁面に密着させて取り付けたアンテナにおいて、主ビー
ムを変化させ得る機構を備えて衛星からの電波を受信で
きるならば非常に便利である。

従来のこのような主ビームを変化させ得るアンテナとし
ては、アンテナ素子毎に電気的に変化できる移相器をと
りつけて、移相器の制御によりマイクロ波の合成位相を
変化させ、結果的にアンテナの主ビームを変化させるフ
ェイズドアレイが知られている。第３図にフェイズドア
レイアンテナの一例を示す。第３図中１７はアンテナ素
子、　１Ｂはアンテナ素子毎に設けられた移相器、１９
は移相器１８の出力を合成する合成器、２０は出力端子
を示す。

上記構造のアンテナにおいては、アンテナ列に対して直
角なＡの方向からくる電波では、アンテナ素子１７の受
信電波は同位相の関係にあるため、移相器１８の入出力
間の位相を全て同一にして、移相器１８の出力信号を電
力合成器１９によって同位相で合成すれば出力端子２０
には最大の受信信号が得られる。

＜”しようと　る１・ 一方垂直方向Ａとは異なるＢの方向から到来する電波に
対しては、複数のアンテナ素子１７間で伝搬経路がそれ
ぞれ長さｌだけ異なるため、アンテナ素子１７の受信電
波の位相は、自由空間の波数をに、素子間隔をｄ、アン
テナ列の法線と電波のなす角をθとすると、ｋｄｓｉｎ
　θだけ位相が変化する。このため互いに隣り合う移相
器１８の入出力間の信号の位相差をそれぞれｋｄｓｉｎ
　θだけずらし、それぞれの移相器１８の出力信号が同
位相になるようにして電力合成器１９で合成すれば出力
端子２０にて最大の受信信号が得られる。すなわち最大
の受信信号が得られる角度がＡの方向からＢの方向に変
化したことになり、主ビームが変化したことになる。

このように従来のフェイズドアレイでは、主ビームの変
化に対応するためには各アンテナ素子毎に高価な移相器
を必要とし、装置が高価なものとなりしかも大型で複雑
化する欠点があった。

量　を”′するための 本発明は上記欠点を改良するためになされたもので、ア
ンテナ素子を複数個配列してなるアレイアンテナにおい
て、アンテナ素子間の間隔を変化させる可動機構を設け
、前記可動機構の動作によりアンテナ素子間の間隔を変
化させ、前記アンテナ素子の受信（又は送信）信号の合
成位相を変化させることにより、アンテナ給電線は固定
したままで素子アンテナ間の間隔を変化させて、主ビー
ムを変化させ得るアレイアンテナを提供する。

作−■ 一本の給電線で直列給電を行う場合、素子アンテナ間の
間隔を変化させることによって素子アンテナ間で到来電
波の距離及び素子アンテナ間の給電線の長さが変化し、
素子アンテナ出力信号の合成位相を変化させることがで
きる。素子アンテナ出力信号の合成位相を変化させるこ
とにより、同相で合成させる電波の到来方向が変化する
ことになり、アンテナの主ビームが変化する。

犬ＪＬＪＩ 以下に本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図で、図中１は二
次元に配置された素子アンテナ、２は上記素子アンテナ
１間等を結合する給電線、３は給電線２に取り出された
電力を集める電力合成器。

４は素子アンテナの導体パターンを支持する主誘電体基
板、５は給電線２．電力合成器３等の導体パターンを支
持する従続電体基板、６は従続電体基板５の他方の面に
形成した導体板、７は従続電体基板５上で主誘電体基板
４を可動自在に支持するガイドレール、８はガイドレー
ル７と主誘電体基板４間に設けられた基板支持部品であ
る。上記主誘電体基板４上のアンテナ素子ｌの位置関係
を変化させる機構として、たとえば次の、ひんじを利用
した可動機構が設けられている。

即ち９は主誘電体基板４に移動力を作用させるための連
結棒、１０はスライド部品、　１１はスライド棒１０を
遊嵌させかつガイドレール７にほぼ平行に設けられたス
ライド棒、１２はスライド棒１１を受ける第２のガイド
レール、１３はネジ、　１４はネジ穴。

１５はネジ固定部品、１６はハンドルである。又第２図
は本実施例を横から見た図である。

衛星通信等に用いられるアレイアンテナは、素子アンテ
ナを数百偏平面状に配列したアレイアンテナが用いられ
ているが、本発明の効果は、アレイ数の多少にかかわら
ないことから簡単のため１６素子からなるアレイアンテ
ナを挙げて更に詳細に説明をする。

上記素子アンテナ１は主誘電体基板４に形成された導体
パターンからなり、従続電体基板５面上の地導体板６と
ともにマイクロストリップ共振回路を形成し、マイクロ
ストリップアンテナとして動作する。給電１ＩＡ２は、
地導体板６とともにマイクロストリップ線路を作る導体
パターンで、１本の給電線２で主誘導体基板４上の等価
な位置にある複数の素子アンテナ１に対して直列給電を
行う。

電力合成器３は同様に従続電体基板５上に形成された導
体パターンからなり、地導体板６とともにマイクロスト
リップ回路を形成する。給電線２から素子アンテナ１へ
の給電は、例えば特開昭６３−１３４０４にあるような
電磁結合を利用して給電を行う。

ガイドレール７は、給電線２とほぼ平行に配置される。

基板支持部品８は主誘電体基板４に取り付けられ、ガイ
ドレール７に沿って移動する。基板支持部品８はガイド
レール７との間にベアリング等摩擦を下げる手段を介在
させて形成することもできる。従って主誘電体基板４は
基板支持部品８の移動とともにガイドレール７上を移動
する。連結棒９は、一端が基板支持部品８又は主誘電体
基板４にピン等により回転自在に取り付けられ、他端が
スライド部品１０に回転自在に取り付けられ、隣接する
主誘電体基板４に結合された他の連結棒９とは交差する
が、これら交差する連結棒９同士は同様に回転自在に連
結されている。スライド部品１０はスライド棒１１に沿
って移動するように取り付けられる。スライド棒１１を
支持している第２のガイドレール１２はガイドレール７
に対して直角方向に従続電体基板５に取り付けられる。

スライド棒１１は第２のガイドレール１２に沿って移動
するように取り付けられている。又、スライド棒１１に
はネジ穴１４が設けられており、ネジ穴１４にネジ１３
が結合されている。ネジＩ３はネジ固定部品１５により
従続電体基板５に回転可能なように取り付けられている
。ハンドル１６はネジ１３と一体的に形成され、ハンド
ル１６を回転させることによりネジは回転する。複数の
主誘電体基板４の内の１つ、例えば第１の主誘電体基板
４５．及びそれに取り付けられる基板支持部品８は従続
電体基板５に固定される。

基準位置におけるアンテナ素子１のＸ軸方向（直列給電
される関係のあるアンテナ素子の配列方向）の素子間隔
は基板上の伝搬波長の整数倍に等しくなるように設計さ
れる。この時各素子アンテナの出力信号が同位相ならば
各素子アンテナＩの出力信号は給電線２により同位相で
合成され、最大の出力信号が得られ、各アンテナ列の出
力信号は電力合成器３で合成されアンテナ背面に設けら
れたコンバータ（図示せず）に導かれる。各素子アンテ
ナ１の出力信号が同位相となる電波の到来方向は第２図
中、Ａで示される方向すなわち各素子アンテナ列の方向
に対して直角なＺ軸方向である。この時アレイアンテナ
の主ビームはアンテナ列に対して直角のＺ軸方向に向い
ている。

次に基準位置からハンドル１６を左向きに回転させると
ネジ１３が回転し、スライド棒１１はネジ穴１４にかか
る力によって第１図中ｙ軸方向に沿ってＬの方向へ第２
のガイドレール１２に沿って移動する。

スライド棒１１の移動によってスライド部品１０もスラ
イド棒１１とともにＬの方向へ移動する。スライド部品
１０は、連結棒９に回転自在にとりつけられているため
スライド棒１１に沿って各々のスライド部品１０の間の
間隔が広がるように動く。連結棒９同士及び連結棒９と
主誘電体基板４はそれぞれ回転自在に取り付けられかつ
主誘電体基＃Ｆｉ４が固定されているため、リンク機構
により主誘電体基板４もスライド部品１０と同様にガイ
ドレール７に沿って各々の間隔が広がるように移動する
。

この時主誘電体基板４上の素子アンテナ１の素子間隔も
広がるが、素子間の変位量をΔｄとすると素子アンテナ
の出力信号の給電線上の合成位相は、同位相からｋ・Δ
ｄ（ｋ：基板上の波数）だけずれる。最大の出力信号が
得られる変化量は、給電線２上で隣接する素子アンテナ
ｌで受信する電波の位相差かにΔｄの時である。この条
件を満たす電波の到来方向は、電波の到来方向とＺ軸が
なす角をθとするとｓｉｎ　θ−（ｋ・Δｄ）／（ｋｏ
ｄ）　　（ｋａ：自由空間中の波数、ｄ＝ｎＡｇ十Δｄ
、０ ｎ：整数、λｇ二基板上の伝搬波長）を満たす方向であ
り、第２図中Ｂの方向から電波が到来する場合である。

即ち主ビームがＢの方向にθだけ変化する。

逆にハンドル１６を右向きに回転させると同様のリンク
機構により素子アンテナｌの素子間隔は狭くなり、第２
図中Ｃの方向から電波が到来する場合に、給電線２上の
素子アンテナｌの出力信号が同位相で合成される。すな
わちアンテナの主ビームはＣの方向に変化する。上記の
ようにハンドル１６の操作によりアンテナ本体を固定し
たまま直列給電した素子アンテナの間隔を変化させるこ
とによってアンテナの主ビームを変化させることができ
る。

本発明は前記実施例に限らず種々の応用が考えられる。

例えばアンテナ素子間隔を変化させる機構は他の可動機
構によって構成することができ、又ハンドル１６の代り
にモーター等によって自動制御してもよい。さらに周波
数チャンネル情報をアンテナ素子間隔可動機構に入力し
て連動させるご１ とにより、チャンネルごとに主ビームを微調することが
でき、直列給電アンテナの広帯域化が達成できる。また
アンテナ面を回転させる機構を設けることにより幅広い
方向への主ビームの変化にも対応し得るアンテナが達成
できる。尚素子アンテナ、給電線等は他の形態のもので
も良く、素子アンテナとして他の形状のマイクロストリ
ップパッチ、プリント化ダイポール、スロットアンテナ
等を使用してもよい。又、給電線としてトリプレート線
路、サスペンデッド線路、同軸線路、導波管線路等を使
用することも可能である。

光凱■勉果 本発明によれば、アンテナ本体を固定させた状態でアン
テナの主ビームを変化させることができ、従来のアンテ
ナに比べて極めて簡易、薄型、安価な機構でアンテナの
主ビームが変化することになってアンテナの機能を高め
ることができ、移動体通信、衛星放送受信等に際し利用
範囲の広いアンテナを得ることができ、極めて有用であ
る。

【図面の簡単な説明】

２ 第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、第２図は同実
施例の断面図、第３図は従来例のアンテナの動作を説明
する図である。 １−素子アンテナ、２−給電線。 ３・−・電力合成器、４−主誘電体基板。 ５・−・従続電体基板、６−・・地導体板。 ７−ガイドレール、８一基板支持部品。 ９−・一連結棒、　１０−スライド部品。 １１−　スライド棒、　１２−第２のガイドレール。 １３−　ネジ、　ｌｔ−ネジ穴、　１５−ネジ固定部品
。 １６−・ハンドル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）アンテナ素子を複数個配列してなるアレイアンテ
   ナにおいて、アンテナ素子間の間隔を変化させる可動機
   構を有し、前記可動機構の動作によりアンテナ素子間の
   間隔及びアンテナ素子間の給電線の長さを変化させ、前
   記アンテナ素子の受信（又は送信）信号の合成位相を変
   化させることにより主ビームを変化させることを特徴と
   するアレイアンテナ。（２）前記アンテナ素子は複数の
   主誘電体基板上にそれぞれ搭載され、複数の上記主誘電
   体基板は従誘電体基板上で前記可動機構により相互の間
   隔が可変自在に結合されてなることを特徴とする第１請
   求項に記載のアレイアンテナ。