JPH04296107A - Planar array antenna - Google Patents

Planar array antenna

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Publication number
JPH04296107A
JPH04296107A JP6173791A JP6173791A JPH04296107A JP H04296107 A JPH04296107 A JP H04296107A JP 6173791 A JP6173791 A JP 6173791A JP 6173791 A JP6173791 A JP 6173791A JP H04296107 A JPH04296107 A JP H04296107A
Authority
JP
Japan
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waveguide
planar array
array antenna
feeding
antenna
Prior art date
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Pending
Application number
JP6173791A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuhiro Fujii
康弘 藤井
Toshio Abiko
安彦 利夫
Hitoshi Sakakibara
仁 榊原
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Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Publication date
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  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

PURPOSE:To simplify the constitution of a feeder circuit and to easily form the feeder circuit even when an interval of radiation elements is narrow, in the planar array antenna in which the parallel feeder circuit employing a waveguide is adopted. CONSTITUTION:At least one feeder antenna element 6 and plural radiation elements 1 are arranged opposite to one aperture 2 of a feeding waveguide 3 in the planar array antenna in which the plural radiation elements 1 are arranged in a two-dimension array. Thus, since feed plural radiation elements are fed through one waveguide aperture by one waveguide aperture, the constitution of the waveguide feeder circuit is simplified and even when the interval between the radiation elements is narrow, the parallel waveguide feeder circuit is easily realized.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、衛星放送あるいは衛星
通信を地上にて受信するための平面アレイアンテナに関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flat array antenna for receiving satellite broadcasting or satellite communications on the ground.

【0002】0002

【従来の技術】近年、衛星放送等の受信に用いる平面ア
レイアンテナにおいては、2次元アレイ状に配置された
複数の放射素子の各々に対して、ストリップラインによ
り給電する構成が良く知られている。しかし、ストリッ
プラインの伝播損失は12GHz帯において一般的に1
.5乃至3dB程度あり、この損失は、アンテナの利得
の低下を招くと共にアンテナ雑音を増加させ、アンテナ
の受信性能(G/T)を低下させている。特に、平面ア
レイアンテナのサイズを大きくする場合、給電線が長く
なり、このストリップラインの損失は無視できない大き
な問題となる。
[Prior Art] In recent years, in planar array antennas used for receiving satellite broadcasting, etc., a configuration in which power is fed by strip lines to each of a plurality of radiating elements arranged in a two-dimensional array is well known. . However, the propagation loss of striplines is generally 1 in the 12 GHz band.
.. The loss is about 5 to 3 dB, and this loss causes a decrease in the gain of the antenna, increases antenna noise, and deteriorates the receiving performance (G/T) of the antenna. In particular, when increasing the size of a planar array antenna, the feed line becomes longer, and the loss of this strip line becomes a major problem that cannot be ignored.

【0003】一方、平面アレイアンテナにおける給電線
の損失を低減するために、ストリップラインに代えて導
波管により各放射素子に対して並列的に給電する構成が
提案されている(特願平01−134396号)。この
ような導波管を用いて各放射素子に並列的に給電する構
成の平面アレイアンテナでは、放射素子の数が多くなる
と、導波管による給電回路の構成が複雑になる。また、
主指向性の方向以外に不要な指向性(グレーティングロ
ーブ)を持たないようにするために、放射素子の間隔を
或る程度小さくする必要がある場合に、導波管は遮断周
波数の関係上、その径には下限があるので、各放射素子
にそれぞれ給電することが物理的に不可能になる場合が
ある。
On the other hand, in order to reduce the loss of the feed line in a planar array antenna, a configuration has been proposed in which power is fed in parallel to each radiating element using a waveguide instead of a strip line (Japanese Patent Application No. -134396). In a planar array antenna configured to feed power to each radiating element in parallel using such a waveguide, as the number of radiating elements increases, the configuration of the power feeding circuit using the waveguide becomes complicated. Also,
In order to avoid unnecessary directivity (grating lobes) other than the main directivity direction, when it is necessary to reduce the spacing between the radiating elements to a certain extent, the waveguide is used due to the cut-off frequency. Since there is a lower limit to the diameter, it may become physically impossible to feed power to each radiating element individually.

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述のよう
な導波管による並列給電回路を採用した平面アレイアン
テナにおいて、給電回路の構成を簡易化すると共に、放
射素子の間隔が狭い場合でも給電回路を容易に構成可能
とすることを目的とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention simplifies the configuration of the feeding circuit in a planar array antenna that employs a parallel feeding circuit using waveguides as described above, and also enables the antenna to be used even when the spacing between radiating elements is narrow. The purpose is to enable easy configuration of a power supply circuit.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明においては、上記
の課題を解決するために、図1に示すように、複数個の
放射素子1を2次元アレイ状に配置した平面アレイアン
テナにおいて、給電用の導波管3の1個の開口2に対向
して少なくとも1個の給電用アンテナ素子6を配置し、
前記給電用アンテナ素子6に対向し、導波管開口2と反
対側に複数個の放射素子1を配置したことを特徴とする
ものである。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, the present invention provides a planar array antenna in which a plurality of radiating elements 1 are arranged in a two-dimensional array as shown in FIG. At least one feeding antenna element 6 is arranged opposite to one opening 2 of the waveguide 3 for
It is characterized in that a plurality of radiating elements 1 are arranged opposite to the feeding antenna element 6 and on the opposite side to the waveguide opening 2.

【0006】[0006]

【作用】本発明の平面アレイアンテナを送信用として用
いる場合について、その動作を説明する。導波管3の給
電回路により伝送された電波は、導波管開口2より給電
用アンテナ素子6を励振し、さらに、この給電用アンテ
ナ素子6は、その上部にある複数の放射素子1を励振し
、空中へ電磁波が放射される。ここで、複数個の放射素
子1を1つの導波管開口2で励振するため、導波管開口
2の間隔は放射素子1の間隔よりも広く設定することが
できる。これは、受信用として用いる場合についても同
様である。
[Operation] The operation of the planar array antenna of the present invention when used for transmission will be explained. The radio waves transmitted by the feeding circuit of the waveguide 3 excite the feeding antenna element 6 from the waveguide opening 2, and this feeding antenna element 6 further excites the plurality of radiating elements 1 above it. and electromagnetic waves are emitted into the air. Here, since a plurality of radiating elements 1 are excited by one waveguide opening 2, the interval between the waveguide openings 2 can be set wider than the interval between the radiating elements 1. This also applies to the case where it is used for reception.

【0007】[0007]

【実施例】図1は本発明の一実施例の平面アレイアンテ
ナの正面図であり、図2は図1のX−X’線についての
断面図である。本実施例では、図1の破線で示す導波管
給電回路の一開口2にて、4素子の給電用アンテナ素子
6を励振し、さらに、この給電用アンテナ素子6にて合
計9個の放射素子1を励振している。この例では、直交
する2つの直線偏波を受信可能とするための正方形パッ
チよりなる放射素子1と、正方形の開口(アパーチャ)
よりなる給電用アンテナ素子6と、同じく直交する2つ
の直線偏波を給電可能とするための正方形の導波管給電
回路により、平面アレイアンテナを構成している。放射
素子1は誘電体フィルム上に印刷された金属箔で容易に
構成することができる。なお、図中、Vは垂直偏波、H
は水平偏波であり、各放射素子1では垂直偏波Vと水平
偏波Hが同時に受信され、導波管開口2とL型ベンド5
を経て正方形の導波管3内を2つの偏波が独立して伝搬
されるものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a front view of a planar array antenna according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along line XX' in FIG. In this embodiment, four feeding antenna elements 6 are excited at one opening 2 of the waveguide feeding circuit shown by the broken line in FIG. Element 1 is excited. In this example, a radiating element 1 consisting of a square patch for receiving two orthogonal linearly polarized waves and a square aperture are used.
A planar array antenna is constituted by a feeding antenna element 6 consisting of a square waveguide feeding circuit for feeding two linearly polarized waves that are also orthogonal to each other. The radiating element 1 can be easily constructed from a metal foil printed on a dielectric film. In addition, in the figure, V is vertical polarization, H
is a horizontally polarized wave, and each radiating element 1 receives a vertically polarized wave V and a horizontally polarized wave H at the same time, and the waveguide opening 2 and L-shaped bend 5
The two polarized waves are propagated independently within the square waveguide 3 through the square waveguide 3.

【0008】この図1及び図2に示す4素子の給電用ア
ンテナ素子と9素子の放射素子とからなるアンテナモジ
ュールを1単位とし、4単位のアンテナモジュールに導
波管回路にて並列的に給電して、36素子の平面アレイ
アンテナを構成した例を図3に示す。ここで用いる導波
管による並列給電回路の詳細な構成については特願平0
1−134396号に開示されている。この並列給電回
路は、図6に示すように、方形導波管により構成される
電力合成回路であって、一対の電磁波入力端(つまり、
導波管開口A,BあるいはC,D)の近傍に入力電磁波
の伝搬方向を同一平面内で相対向する方向に変換するL
型ベンドをそれぞれ備え、前記平面内を相対向する方向
に伝搬される前記一対の電磁波入力を前記平面内にて直
交する伝搬方向の電磁波に電力合成する第1のT型分岐
P(あるいはQ)を備え、各L型ベンドから前記第1の
T型分岐P(あるいはQ)までの距離は導波管内の半波
長分異なるように設定した導波管回路を一対備え、各導
波管回路における第1のT型分岐P,Qから出力される
電磁波が前記平面内で相対向する方向に伝搬されるよう
に各導波管回路を配置し、各導波管回路から出力される
電磁波を前記平面内にて直交する伝搬方向に電力合成す
る第2のT型分岐Rを備え、第2のT型分岐Rと各導波
管回路の第1のT型分岐P,Qとは等距離に配置されて
いる。このような給電回路においては、第1のT型分岐
PをL型ベンドの端面a,b間の中心よりλg/4(λ
gは管内波長)ずらして配置することにより、第1のT
型分岐Pと各L型ベンド間の距離をλg/2分異なるよ
うに設定する必要がある。仮に、1つの放射素子に対し
て、1つの導波管開口を対応させた構成では、このλg
/4をずらして配置するための物理的スペースを確保で
きない場合が有り得るが、本発明のように、9つの放射
素子と4つの給電用アンテナ素子に対して、1つの導波
管開口を対応させた構成では、物理的スペースを十分に
確保でき、導波管による並列給電回路を容易に実現する
ことができる。そして、このような並列給電回路を採用
することにより、直列給電回路を採用する場合に比べて
、平面アレイアンテナの周波数特性を広く確保すること
ができる。なお、9素子の放射素子と4素子の給電用ア
ンテナ素子を含む1単位のアンテナモジュールの端部に
、図2に示すような隔壁4を用いれば、各導波管開口間
の干渉を避けることができる。
An antenna module consisting of four power feeding antenna elements and nine radiating elements shown in FIGS. 1 and 2 is considered as one unit, and power is fed in parallel to the four antenna modules using a waveguide circuit. FIG. 3 shows an example in which a 36-element planar array antenna is constructed. For the detailed configuration of the parallel power supply circuit using waveguides used here, please refer to the patent application No.
No. 1-134396. As shown in FIG. 6, this parallel power supply circuit is a power combining circuit composed of a rectangular waveguide, and has a pair of electromagnetic wave input terminals (i.e.
L that converts the propagation direction of the input electromagnetic waves to directions facing each other within the same plane near the waveguide openings A, B or C, D)
a first T-shaped branch P (or Q), each having a type bend, and power-synthesizing the pair of electromagnetic wave inputs propagating in opposite directions in the plane into electromagnetic waves in orthogonal propagation directions in the plane; A pair of waveguide circuits are provided in which the distances from each L-shaped bend to the first T-shaped branch P (or Q) are set to differ by a half wavelength within the waveguide, and each waveguide circuit has a Each waveguide circuit is arranged so that the electromagnetic waves output from the first T-shaped branches P and Q are propagated in opposite directions within the plane, and the electromagnetic waves output from each waveguide circuit are propagated in opposite directions within the plane. It is equipped with a second T-shaped branch R that combines power in propagation directions perpendicular to each other in a plane, and the second T-shaped branch R and the first T-shaped branches P and Q of each waveguide circuit are equidistant. It is located. In such a power supply circuit, the first T-shaped branch P is separated from the center between the end faces a and b of the L-shaped bend by λg/4 (λ
g is the tube wavelength), the first T
It is necessary to set the distance between the type branch P and each L-type bend to be different by λg/2. If one waveguide aperture corresponds to one radiating element, this λg
Although there may be cases where it is not possible to secure the physical space for arranging the antennas in a staggered manner, it is possible to make one waveguide opening correspond to nine radiating elements and four feeding antenna elements, as in the present invention. With this configuration, sufficient physical space can be secured and a parallel power supply circuit using waveguides can be easily realized. By employing such a parallel feed circuit, it is possible to ensure a wider frequency characteristic of the planar array antenna than in the case of employing a series feed circuit. Note that if a partition wall 4 as shown in FIG. 2 is used at the end of one unit of antenna module including nine radiating elements and four feeding antenna elements, interference between the waveguide openings can be avoided. Can be done.

【0009】上記の実施例では、直交する2つの直線偏
波を同時に受信可能とする9つの放射素子と4つの給電
用アンテナ素子に対して1つの正方形導波管開口により
給電する構成について開示したが、1偏波のみの受信を
前提とした放射素子と給電用アンテナ素子を用いて、通
常の方形導波管で給電する構成でも良く、また、9素子
あるいは4素子に限らず、任意の複数個の放射素子ある
いは給電用アンテナ素子を給電することも可能なことは
明らかである。また、2偏波を同時に給電する導波管は
正方形導波管に限らず、円形導波管であっても良い。
[0009] In the above embodiment, a configuration is disclosed in which nine radiating elements and four feeding antenna elements, which are capable of simultaneously receiving two orthogonal linearly polarized waves, are fed by one square waveguide opening. However, it is also possible to use a configuration in which power is fed using a normal rectangular waveguide using a radiating element and a feeding antenna element that assume reception of only one polarized wave. It is clear that it is also possible to feed individual radiating elements or feeding antenna elements. Furthermore, the waveguide that feeds two polarized waves at the same time is not limited to a square waveguide, but may be a circular waveguide.

【0010】さらに、図示実施例では、図4(a)に示
すようなアパーチャ(開口)よりなる給電用素子と、図
4(e)に示すような方形パッチよりなる放射素子を用
いたが、給電用素子及び放射素子としては、図4(b)
に示すような矩形の環状スロット、図4(c)に示すよ
うな円形の環状スロット、図4(d)に示すようなクロ
ス・スロット、図4(f)に示すような円形パッチ等、
各種の素子を適応することができる。
Furthermore, in the illustrated embodiment, a feeding element consisting of an aperture (opening) as shown in FIG. 4(a) and a radiating element consisting of a rectangular patch as shown in FIG. 4(e) are used. As the feeding element and the radiating element, Fig. 4(b)
A rectangular annular slot as shown in FIG. 4(c), a circular annular slot as shown in FIG. 4(c), a cross slot as shown in FIG. 4(d), a circular patch as shown in FIG. 4(f), etc.
Various elements can be applied.

【0011】また、放射素子と給電用素子のうち少なく
とも一方の素子として、円偏波に対応した素子を用いる
ことにより円偏波を受信可能な平面アレイアンテナを実
現できる。ここで、円偏波素子としては、図5に示すよ
うに、直線偏波素子に切り欠きや突起等の摂動を付加す
れば良い。図5(a)では、矩形の環状スロットに摂動
を付加しており、図5(b)では矩形のパッチに摂動を
付加している。また、この円偏波素子と2偏波用の導波
管給電回路を組み合わせることにより、右左旋両偏波を
同時に受信可能な平面アレイアンテナを実現できる。な
お、図4及び図5において、斜線を施した部分は導電部
を表している。
Furthermore, by using an element compatible with circularly polarized waves as at least one of the radiating element and the feeding element, a planar array antenna capable of receiving circularly polarized waves can be realized. Here, as the circularly polarized wave element, as shown in FIG. 5, perturbations such as notches and protrusions may be added to the linearly polarized wave element. In FIG. 5(a), a perturbation is added to a rectangular annular slot, and in FIG. 5(b), a perturbation is added to a rectangular patch. Furthermore, by combining this circularly polarized wave element with a waveguide feeding circuit for dual polarized waves, a planar array antenna that can simultaneously receive both left and right polarized waves can be realized. Note that in FIGS. 4 and 5, the hatched portion represents a conductive portion.

【0012】0012

【発明の効果】本発明によれば、1個の導波管開口にて
給電用アンテナ素子を介して複数個の放射素子を給電す
るため、導波管給電回路の構成を簡易化することができ
、放射素子間の間隔が狭い場合でも並列の導波管給電回
路を容易に実現することができるという効果がある。
[Effects of the Invention] According to the present invention, since a plurality of radiating elements are fed through a single waveguide opening via a feeding antenna element, the configuration of a waveguide feeding circuit can be simplified. This has the effect that a parallel waveguide feeding circuit can be easily realized even when the spacing between the radiating elements is narrow.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明の平面アレイアンテナの一実施例の平面
図である。
FIG. 1 is a plan view of an embodiment of a planar array antenna of the present invention.

【図2】本発明の平面アレイアンテナの一実施例の断面
図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of one embodiment of the planar array antenna of the present invention.

【図3】本発明の平面アレイアンテナの他の実施例の平
面図である。
FIG. 3 is a plan view of another embodiment of the planar array antenna of the present invention.

【図4】本発明の平面アレイアンテナに用いる放射素子
の平面図である。
FIG. 4 is a plan view of a radiating element used in the planar array antenna of the present invention.

【図5】本発明の平面アレイアンテナに用いる円偏波放
射素子の平面図である。
FIG. 5 is a plan view of a circularly polarized wave radiating element used in the planar array antenna of the present invention.

【図6】本発明の平面アレイアンテナに用いる導波管回
路の斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view of a waveguide circuit used in the planar array antenna of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1      放射素子 2      導波管開口 3      導波管 4      隔壁 5      L型ベンド 6      給電用アンテナ素子 1 Radiating element 2 Waveguide opening 3 Waveguide 4 Bulkhead 5 L-shaped bend 6       Power feeding antenna element

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  複数個の放射素子を2次元アレイ状に
配置した平面アレイアンテナにおいて、給電用の導波管
の1個の開口に対向して少なくとも1個の給電用アンテ
ナ素子を配置し、前記給電用アンテナ素子に対向し、導
波管開口と反対側に複数個の放射素子を配置したことを
特徴とする平面アレイアンテナ。
1. In a planar array antenna in which a plurality of radiating elements are arranged in a two-dimensional array, at least one feeding antenna element is arranged opposite to one opening of a feeding waveguide, A planar array antenna characterized in that a plurality of radiating elements are arranged opposite to the power feeding antenna element and on the opposite side of the waveguide opening.
【請求項2】  請求項1記載の平面アレイアンテナを
複数個備え、前記各平面アレイアンテナに対して導波管
により並列給電したことを特徴とする平面アレイアンテ
ナ。
2. A planar array antenna comprising a plurality of planar array antennas according to claim 1, wherein power is fed in parallel to each of the planar array antennas through a waveguide.
【請求項3】  前記導波管は、直交する2偏波を同時
に伝播可能な正方形導波管又は円形導波管であることを
特徴とする請求項1又は請求項2記載の平面アレイアン
テナ。
3. The planar array antenna according to claim 1, wherein the waveguide is a square waveguide or a circular waveguide capable of simultaneously propagating two orthogonal polarized waves.
【請求項4】  1つの導波管開口で給電される放射素
子群と他の導波管開口で給電される放射素子群との間に
分離用の隔壁を設けたことを特徴とする請求項2記載の
平面アレイアンテナ。
4. A claim characterized in that a separation wall is provided between a group of radiating elements fed by one waveguide opening and a group of radiating elements fed by another waveguide opening. 2. The planar array antenna according to 2.
JP6173791A 1991-03-26 1991-03-26 Planar array antenna Pending JPH04296107A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011171873A (en) * 2010-02-17 2011-09-01 Mitsubishi Electric Corp Antenna radiation element and planar antenna with the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011171873A (en) * 2010-02-17 2011-09-01 Mitsubishi Electric Corp Antenna radiation element and planar antenna with the same

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