JPH03247002A - 分配回路 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は無線通慣用の線状アレーアンテナの励振振幅・
位相を与える給電回路に関し、特に、使用周波数帯域で
の励振振幅の周波数変動を抑える装置に係る。

［従来の技術］ アレーアンテナ用の給電回路としては、第１Ｏ図に示す
ように２分配回路を多段接続したトーナメント型分配回
路がよく用いられる。

第１０図において５はアレーアンテナの放射素子であり
、これに図に示すような給電回路が付いている。同図の
給電回路において、１は入力端子、２．１　、２．２　
、２．３　、２．４は出力端子を表わしている。また、
３は同軸ケーブルまたはプリント線路から成る給電線路
であり、長さは図に示すようにり、（ｉ＝１．・・・・
・・、Ｎ）で与えられる。一般に給電線路としては特性
インピーダンス５０Ωまたは７５Ωの線路が用いられる
。４は分岐部であり、分岐点から出力端子方向をみた時
のインピーダンスを入力端子側の給電線路の特性インピ
ーダンスと整合することで、電磁波の反射を抑えている
。

整合線路としては　１７４波長整合器やテーバ線路がよ
く用いられる。整合線路の特性インピーダンスの比によ
り出力端子における電力分配比を所望の値に設定するこ
とができる。通常、使用周波数帯域内の中心周波数で所
望の励振振幅と励振位相が得られるように給電線路と整
合線路の線路幅と線路長が調整されている。

アレーアンテナで所望の放射指向性（例えばサイドロー
ブレベルが低い指向性など）となるように設計する場合
、放射素子＃１〜＃Ｎの励振振幅および位相を所定の値
に設定する必要がある。第１Ｏ図のトーナメント型回路
は破線で囲んだ４分配回路を基本として組み合わせたも
のと考えることができる。例えば出力端子＃１の位相を
＃２よりΔθ（単位ニラジアン）だけ遅らせるためには
給電線路長Ｌ５とＬ６の差がΔθとなるようにり、とＬ
６の長さを次式のように調整する。

△θ＝２π（Ｌ、−Ｌ６）／λ。　・・・・・・（１）
同様にＬｌとＬ２の長さも調整され、全体で＃１〜＃Ｎ
間の位相差を所定の値に設定する。

このように従来の分配回路においては、式（１）の位相
差の条件を満足することが必要であり、その上で給電回
路のレイアウト上部台の良いように各給電線路長Ｌ＋　
　（ｉ＝１〜６）を決とてい［発明が解決しようとする
課ａ］ 問題を単純化するため、第１０図破線内の４分配回路に
おいてＬ３＝Ｌ、＝Ｌ、＝Ｌ、、Ｌ＝Ｏ，Ｌ２　＝０．
１２５λ。としてＬｌとり、の間のみに位相差を与えた
場合を考える。この時の出力レベルの周波数特性を第１
１図に示す。第１１図において寅線、破線はそれぞれ第
１０図の＃１゜＃３の出力レベルである。点線は点Ａ、
Ｂにおける反射波のレベルであり、中心周波数ｆｏに対
して無反射となる。横軸に平行な一点鎖線は＃１．＃３
における出力レベルの目標値である。

今、反射波レベルが一２０ｄＢ以下となる周波数帯域を
ｆｏ−Δｆ−ｆｏ＋Δｆとする。アレーアンテナの指向
性を決定する要因のひとつとして各出力端子間の励振振
幅の比があり、これを目標値に合致させる必要がある。

しかるに、第１０図の４分配回路においては主として分
岐点Ａ。

Ｂでの不整合で生ずる反射波によって第１１図に示すよ
うに周波数帯域内において端子＃１と＃３の出力レベル
にリプルが生ずる。このリプルのピーク点のうち中心周
波数に近い点Ｐ、、Ｐ２の中心点Ｏが中心周波数からδ
ｆだけずれる。

これによって帯域端ｆ。＋Δｆにおいて＃１と＃３の出
力レベルが目標値から大きく離れ、矢印のように振幅比
の誤差が大きくなる。このように位相差の条件のみを考
慮して給電線路長を設定した場合、帯域内の振幅変化は
中心周波数に対して左右対称とならず、目標値と実際の
レベル止の偏差が大きくなる。このような分配回路を用
いてアンテナ素子に給電すると、周波数帯域内でサイド
ローブが上昇するなど特性が劣化する。

本発明はこのような従来の問題点に鑑み、出力レベルの
周波数変動の少ない広帯域なアレーアンテナを構成する
ことのできる分配回路を提供することを目的としている
。

［課題を解決するための手段］ 本発明においては、分配回路の２出力端子間の電波に位
相差Δθ（単位ニラジアン）を持たせるために、分岐部
から２出力端子への給電線路長をり、＝Ｌ＋ΔＬおよび
り、＝Ｌとして使用周波数帯域の中心周波数の波長λ。

に対してΔＬ＝（Δθ／２π）λ。に調整する際に、給
電線路長し、が、はぼ（ｍ＝−Δθ）λ。／（４π）（
ｍ＝１．２．３・・・・・・）となるように設定してい
る。

さらにこの分配回路を多段接続することで任意の数の出
力端子を有する分配回路を構成することができる。

［作　用］ 本発明で示す分配回路では第１１図における周波数帯域
内出力レベルのりプルが中心周波数を中心として軸対称
となるように給電線路長が調整されている。そのたｔリ
プルの両ピーク点が中心周波数に最も迫害る。分岐点Ａ
ｌ、Ａ２の・反射レベルは第１１図の点線に示すように
中心周波数に近いほど小さくなるので、ピーク点が中心
周波数寄りとなることでリプルのピークレベルが小さく
なる。従って、周波数帯域内における出力レベルの偏差
が抑えられ、所望の励振振幅比を得ることができる。

［実施例コ 第１図は本発明の第一の実施例を示す図であって、１は
入力端子、２は出力端子、３は給電線路、４は分岐部を
表わしている。同図において、給電線路長し、とり、は
特定の値に調整されている。第２図は第１図の分配回路
の出力端子２に２等分配器を接続した例である。第２図
を用いて多重反射波が出力レベルに与える影響とその改
善法のメカニズムを説明し、本発明による改善効果を示
す。

第２図においてＡ１−Ｂ１間とＡ２−Ｂ２間にそれぞれ
本発明の特徴となる条件となる長さり３．Ｌ２の給電線
路が挿入されており、ＬＬ２は中心周波数に対する位相
量で表わすとそれぞれθ＋八へ、θ（単位ニラジアン）
であるとする。端子Ｔ１に生ずる電磁波は直接出力端子
に到達する波（■）の他に、分岐点Ａ２で生ずる反射波
の漏れ込み（■）、オよび接点Ａ１と８１の間で生ずる
反射波（■）がある。分岐点Ａ１．Ａ２Ｍ！（Ｄ反射係
数をｒＡｌ＋　　ＦＡ２、整合ｓｔｅの接点Ｂｌ、Ｂ２
で（７）反射係数をｒＢｌ＋　　ｒ１２と定義する。こ
れらの反射係数は中心周波数ｆ。

近傍においてほぼ実数と考えられる。電力分配比は分岐
点Ｃでｒ＋：ｒ２、ＡＩでｒ＋＋：ｒ＋２、Ａ２でＴａ
ｒ：ｒ２２とする。この場合、Ｔ、での出力電力Ｐ、と
Ｔ。からの人力電力Ｐ。の比は■〜■の和となり次式で
表わされる。

式（２）〔〕内の第１項は■波、第２項は■波、第３項
は■波を表わす。第２図でｒ、：ｒ、＝１：１、ｒｌ＋
：　ｒ＋ｚ＝Ｌ　：　１、ｆｉｔ：ｒｉ２＝１：１とし
た場合ニハ、（Ｘ　”Ｑ　ｒ’　＠　１　＝ｒ　＠　２
、ｒＡＩ＝ｒＡ２となるので式（２）は次式のように簡
略化できる。

ｆｏにおいては反射係数ｒＡＩ＋　　ｒＩｌ＋が０とな
るので式（３）より出力レベルが目標値に一致すること
がわかる。

第３図は第２図の分配回路における出力レベルの周波数
特性を厳密に計算したものであり、図中の出力レベル変
動の特徴は式（３）を用いて説明できる。この図でθ＝
０の場合（破線）にはりプルのピーク点ｐ、、ｐ２の中
心点Ｑが中心周波数からδｆだけずれており、このリプ
ル中心のずれによりリプルのピーク位置が左右非対称と
なるため、矢印で示すように帯域端での出力レベル変動
が１ｄＢと大きい。一般にずれ量δｆとθの関係は式（
３）より δ　ｆ　／　ｆ　ｏ　　＝　　（ｍ　＋０．５）π／　
　（２θ＋△θ＋０．５　　π）−１・・・・・・（４
）（ｍ＝１．　２．　３・・・・・・） で与えられる。ｆｏからのずれ量δｆがＯとなるように
設定すればリプルが左右対称となり、特に帯域端での出
力レベルの偏差が抑えられる３式（４）よりδｆ＝０と
なるθをΔθの条件は次式で与えられる。

２θ＋△θ＝ｍπ　　　　　　　　・・・・・・（５）
（ｍ＝１．２．３・・・・・・） 式（５）の条件を満たす最小のｍを選択すれば、式（３
）におけるｃｏｓ（２θ＋△θ＋０．５π）の周期が大
きくなるのでリプル数が少なくなり、帯域内の変動を抑
えられる。式（５）の条件を用いてリプルを左右対称に
した場合の特性を第３図の実線に示す。Δθ＝ｏ、θ＝
　０．８７５πの場合で帯域内での最大偏差は０．５ｄ
Ｂ程度と半分以下に抑えられている。実際の回路におい
ては反射係数ｒＡ＋、　　ＦＡ２．　　Ｔ’Ｂ１．　　
ｒｍ２が複素数であるため式（２）、　（３）の値は若
干ずれるが、リプルが左右対称となる条件式〔５）はほ
ぼ満足する。

様々なΔθに対してθを式（５）の条件を満足するよう
に設定した場合のりプルの最大偏差を第４図に示す。θ
＝０の場合に比べて特に△θ＝０．５π、１．５πの近
傍での改善効果が大きいことがわかる。

以上ｒ＋：ｒ、＝ｌ：ｌの場合について特性を示した。

ｒ、：ｒ２≠１：ｌの場合には改善量は全体に小さくな
るが、△θに対してほぼ同じような傾向を示す。

第５図は前ε己第３図に示す出力レベル変動が最小とな
るθと△θとの関係を示したものであって、破線は本文
中の式（５）において、ｍ＝２としたときの理論値、黒
丸印はシミュレーションを行なった結果の値を示してい
る。同図より式（５）とシミユレーション値との差は最
大でｌＯ°平均７°以内であり、シミユレーション値は
、はぼ実測値と一致することがわかる。

第６図は本発明の第二の実施例を示す図であり、先の実
施例の分配回路を多段接続したものである。図中ｄは素
子間隔である。この図では放射パターンの主ビームをθ
、だけ傾けるためにアンテナの励振位相を＃４→＃１の
順に２πｄ−ｓ＋ｎ（０丁）／λ０ずつ遅らせて与えて
いる。具体的には図に示すように第１図の２分配回路を
２段接続し、出力側の２分配回路で△Ｌ＝ｄ−ｓｉｎ（
θア）、入力側の２分配回路で２△したけ給電路長に差
を与えている。さらに給電線路Ｌａ、Ｌｂを ２Ｌａ＋ΔＬ＝ｍ、　　λ、　／　２　　　　−・−・
・−（６）（ｍ、＝１．２．３川・・・） ２Ｌｂ＋２ΔＬ＝ｍ２λ、　／　２　　−・・−・−（
７）（ｍｚ　＝１．２．３・・・・・・） となる長さにすることで励振振幅の周波数変動を抑えて
いる。

第７図は上記第二の実施例の変形の例を示す図で、成形
ビームアレーアンテナのための分配回路を示している。

第８図に示すように、角度−９０°〜０°の範囲のサイ
ドローブを一２６ｄＢ以下に抑えた成形パターンを得る
ためにはアンテナ素子の励振振幅・位相を表１に示すよ
うに与える必要がある。そのたｔ、第７図（ａ）におい
て第７図（ｂ）に示すように＃１は＃２より、＃３は＃
４よりそれぞれ位相が４．９°だけ遅れるように△Ｌｄ
′＋調整し、＃２が＃４より位相が１０．１２゜だけ進
むようにΔＬｃを調整している。この回路で給電線路Ｌ
ｃ、Ｌｄを ２Ｌｃ＋ΔＬｃ＝λ、　／　２　　　　　・−・・−（
８）２Ｌｄ＋△Ｌｄ＝λ。／２・・・・・・（ｓ）とす
ることで、励振振幅の周波数変動を抑えている。なお、
ここでは調整すべき位相量が９０”以下と小さいために
、Ｌｃ、Ｌｄが最小の長さとなる条件（ｍ＝１）として
いる。

第９図は本発明の第三の実施例を示す図である。この分
配回路では所望の放射パターンを成形して主ビームをチ
ルトさせるために、この回路の点線部においてそれぞれ
の線路長差ΔＬｅ。

ΔＬｆを、第６図と第７図においてそれぞれ対応する給
電線路を足し合わせた位相差に相当する値としている。

さらに、この位相差に対して給電線路Ｌｅ、Ｌｆを ２Ｌｅ＋ΔＬｅ＝ｍ、λ。／２　　・・・・・・０口（
ｍ＋　＝１．２．３・・・・・・） ２Ｌｆ十ΔＬ　ｆ　＝ｍｘλ、／２　　−・・・・−Ｑ
ｌ）（ｍ２＝１．２．３・・・・・・） となる長さにして励振振幅の周波数変動を抑えている。

一般的には第６図と第７図のような給電回路をさらに多
段組合せた上で給電線路長を本発明に示す条件を満たす
ようにすることで、任意の成形パターンの主ビームをチ
ルトさせた場合でも励′振振幅の周波数変動を抑えるこ
とができる。

表　　１ ［発明の効果］ 本発明の分配回路は出力レベルの周波数変動が従来のも
のに比べてかなり小さくなるため広帯域なアレーアンテ
ナが実現できる。従って、ひとつのアンテナに収容でき
る回線数が増え、アンテナ設置スペースが節約できる。

さらに、給電回路は従来の構造と同じくプリント回路ま
たは同軸ケーブル）であるので、従来の製造ラインをそ
のまま使える粒点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例を示す図、第２１！ｌは
本発明の動作原理を示す図、第３図は本発明の分配回路
の改善効果を示す図、第４図は与えるべき位相差Δθと
第３図におけるリプルの最大偏差との関係を示す図、第
、５図は第３図に示す出力レベル変動が最小となるθと
Δθ、との関係を示す図、・第６図は本発明の第二の実
施例を示す図、第７図は本発明の第二の実施例の変形例
を示す図、第８！！ｌは第７図（ａ）の分配回路で得ら
れる放、射パターンを示す図、第９図は本発明の第三の
実施例を示す図、第１０図は従来の分配回路の構成図、
第１１図は第１０図に示す一般の４等分配回路の周波数
特性図である。 １・・・・・・入力端子、２．２．１　、２．２　、２
．３　、２．４・・・・・・出力端子、３・・・・・・
給電線路、４・・・・・・整合線路、５・・・・・・ア
ンテナ素子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　１つの入力端子からの電磁波を２つの出力端子に分岐
   し、各出力端子が同一の特性インピーダンスを有する給
   電線路により分岐部に接続されていて、該２出力端子間
   の電磁波に位相差Δθ（単位：ラジアン）を持たせるた
   めに、該分岐部から該２出力端子への給電線路長をＬ＿
   １＝Ｌ＋ΔＬおよびＬ＿２＝Ｌとして使用周波数帯域の
   中心周波数の波長λ＿０に対してΔＬ＝（Δθ／２π）
   λ＿０となるように設定された該分配回路において、該
   給電線路長Ｌ＿２を、ほぼ（ｍπ−Δθ）λ＿０／（４
   π）（ｍ＝１、２、３・・・・・・）に設定したことを
   特徴とする分配回路。