JPH0453322B2 - - Google Patents
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- JPH0453322B2 JPH0453322B2 JP60144417A JP14441785A JPH0453322B2 JP H0453322 B2 JPH0453322 B2 JP H0453322B2 JP 60144417 A JP60144417 A JP 60144417A JP 14441785 A JP14441785 A JP 14441785A JP H0453322 B2 JPH0453322 B2 JP H0453322B2
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- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/44—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element
- H01Q3/446—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element the radiating element being at the centre of one or more rings of auxiliary elements
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は通信装置用小型適応型アレイアンテナ
に関し、より詳しくはアンテナの散乱特性を変化
させるべく能動素子、複数の共軸無給電素子およ
び無給電素子を能動化させる装置を含む指向性ア
ンテナに関する。 〔発明の背景〕 地上通信装置の移動端局は方位において全方向
性放射パターンを持ち、単極幾何形状および配置
されている実効接地面の大きさに依存する仰角パ
タンとを備えたλ/4単極ホイツプアンテナを通
例用いる。このようなアンテナは利得が低いので
直接受信する信号と近くの物体またはまわりの地
形から反射される信号との間の相違が小さい。直
接の信号と反射された信号との干渉は信号レベル
に大きなゆらぎをもたらす。これは地上装置では
信号の強さにおける何らかの低減を補償するだけ
の適当な伝送電力を与えているので通例問題とは
ならない。衛星通信の出現によつて、衛星で得ら
れる伝送電力が限られるためシステム リンク
マージン(System link margins)がより重大と
なる。移動端局アンテナ利得およびマルチパスの
除去における進歩が装置全体の設計および性能に
主要な影響を及ぼし得る。 アレイアンテナは全指向型アンテナに比してよ
り高い利得と進歩したマルチパスの除去をもたら
すより高い指向性を備えることができる。 将来の移動通信用衛星装置は電離層によるフア
ラデー回転効果を克服すべく円偏波を用いるのが
適当である。これはアンテナの利得に実質的に
3dBの低減をもたらすだろう。しかしながら直線
偏波アレイアンテナはよりコンパクトであつてよ
り低いプロイールを有し、円偏波の装置より設計
が簡単である。アンテナ利得の損失はアンテナ指
向性の増大によりもたらされる全体の性能の進歩
による補償より大きい。直線偏波アンテナは右回
りと左回りの両方の円偏波と共に機能し得るとい
う利点をも有する。 アレイアンテナの1つの型が1974年11月5日に
公布されたGueGGuenによる米国特許第3846799
号に開示されている。この特許は共通の励振素子
を有し放射状に配置された幾つかの八木アンテナ
を含む電気的に回転可能なアンテナについて記述
している。より詳しくは、この米国特許のアレイ
アンテナにおいて共通の励振素子および全ての無
給電素子(反射器および導波器)は約λ/4の高
さを有する金属線である。 ここでλは励振素子に送られる信号の周波数に
対応する自由空間波長である。無給電素子が接地
面内の同心円周上に配置され、共通励振素子が中
心に配置される。λ/4に近いとはいつても、無
給電素子の高さは異なつており、同一円周上に配
素される線は全て同じ高さを有する。無給電素子
と接地面を接続するピン(PIM)ダイオードは
別個のRFチヨークインダクタンスを通じてピン
ダイオードに印加されるバイアス電圧によつて導
通状態にされまた不導通状態にされる。適当な無
給電素子(反射器および導波器)を作動させるこ
とにより、放射ビームを共通励振素子のまわりに
回転させることができる。 このアンテナはビームの方向に電子的に回転さ
せることができるとは言え、狭帯域、低利得、高
いサイドロープおよび288個の無給電素子を必要
とする非常に効率の悪い設計という欠点により損
なわれている。 〔発明の目的〕 本発明の1つの目的は効率が良く本質的にずつ
と広いい帯域とより低いサイドロープおよび少な
い素子を有する小型適応型通信アンテナを提供す
ることである。 本発明の今1つの目的はアンテナパタンが方位
角面と仰角面の両方において高速で変化の制御が
可能であるアンテナを提供することである。 本発明のさらに1つの目的は無給電素子の散乱
特性を制御することによりより高いRF電力を扱
えるアンテナを提供することである。 本発明のもう1つの目的はアンテナの全利得が
より高くより進歩したマルチパス除去能力を有す
るアンテナを提供することである。 本アンテナはコンパクトであつて低いプロフイ
ールを有し比較的安価に製作される。 〔発明の要約〕 本発明によれば、小型アレイアンテナが励振4
分の1波長(λ/4)単極と複数の直線共軸無給
電素子を含み、全てが、導電プレートにより形成
される接地面上に配置される。アンテナ技術にお
いて通例であるように、λは運用される信号の波
長である。励振素子と無給電素子は接地面に対し
て垂直に、しかしそれから絶縁されて配置され
る。 また無給電素子は接地面上にあらかじめ定めら
れた配列パタンによる相互関係および励振単極と
の関係をもつて配置され、また各々の無給電素子
との接地面と間に接続されたスイツチ手段を有す
る。ケーブルがRFエネルギーを励振単極に送り、
またスイツチ手段を導通状態または不導通状態の
いずれかにすべくバイアス給電装置も無給電素子
にスイツチング可能に接続される。 〔実施例〕 第1図を参照すると本発明の1つの実施例によ
り構成された小型適応型アレイアンテナが示され
ている。図で見られるように、励振単極1、およ
び複数の(本実施例では16個の)直線無給電素子
2が例えば真ちゆう、アルミニウム等の導電プレ
ートにより形成される接地面3上に配置される。
励振素子はλ/4(4分の1波長)単極である。 ちよつと第4a図、第4b図、および第4c図
を参照すると、直線無給電素子2が2つの同心円
周14と15のような特別な配列パタンで配置さ
れている。励振単極1はこれらの円周の中心に配
置される。本実施例では内側の円周14と外側の
円周15の各々において8個の無給電素子があ
り、それらの直径は各々約(2/3)λとλである。
別の実施例では円側の円周14と外側の円周15
の直径が各々約(1/2)λとλであつて、性能に
感知できるほどの違いはない。 直線無給電素子は全て同じものであつて、第2
図がそれらの1つを概略的な断面図で示してい
る。図で、例えば真ちゆうから成る外側の円筒形
導体4と、例えば真ちゆうから成る内側の円筒形
導体5が共軸線を形成し、これが一端において短
絡手段6により短絡される。例えばテフロン
(Teflon)〔登録商標〕から成る誘電体スペーサ
7が導体のスペーシングを維持する。接地面3に
設けられた貫通形コンデンサ8が無給電素子をそ
こに垂直にささえる。貫通形コンデンサ8の中心
導体9が一端において内側の導体5に接続され、
もう一方の端においてバイアス抵抗11と制御手
段12を通じてバイアス給電装置10に接続され
る。外側の導体4は1つまたはそれ以上のピンダ
イオード13または類似の固体装置によつて接地
面3に接続される。制御手段12は無給電素子を
能動化すべくバイアス給電装置によつてピンダイ
オードに印加されるバイアス電圧を制御する。ア
ンテナパタンを方位角と仰角において方向づける
ために任意の数の無給電素子を連帯させてまたは
個別に能動化させることができる。アンテナパタ
ンを回転させるために一群の無給電素子を制御す
べく単純な回転スイツチを制御手段12として用
いることができ、あるいはアンテナを受信信号の
強さが最大の方向に電子的に非常な高速度でで方
向づけるためにマイクロプロセツサにより制御さ
れる電子スイツチを設けてもよい。無給電素子の
高さは第2図に示されるように接地面から約
0.24λであり、また外側の導体の外表面の直径は
約0.04λである。 第3図はピンダイオードを導通状態または不導
通状態にバイアスすべく印加される正または負の
直流電位を示す無給電素子の概略的配線図であ
る。 ピンダイオードが不導通状態にバイアスされて
いる場合、無給電素子はその短絡された共軸設計
の故に高い誘導入力インピーダンスを有しそれが
素子の積分部品(integral part)としてのRFチ
ヨークの形成を可能にする。従つてこの積分
(integral)RFチヨークは0.04λは0.04λの直径
(外側の導体の直径)を有する。この設計はより
ずつと広い作動帯域をもたらす。共軸無給電素子
のこの高い誘電入力インピーダンスはピンダイオ
ードの接合キヤパシタンスと共振するように設計
され、それにより設計作動周波数において無給電
素子の外側の導体が接地面から有効に分離され
る。この条件のもとで無給電素子は小型双極素子
としてふるまうが、それは入射する放射場をわず
かに妨害するのみである。ピンダイオードが導通
状態でバイアスさされる場合には、無給電素子の
外側の導体が接地面に短絡されて共振単極として
ふるまい、入射する放射場を強く妨害しまた反射
する。 適当なバイアスを適当な無給電素子に印加する
ことにより、様々な指向性と方向性を持つ多数の
異なる放射パタンを生成することができる。 少数の代表的な放射パタンとバイアスされる無
給電素子の配置が添付図面に示されている。 第4a図と第4b図はカナダのような緯度の高
い国に適した低仰角アンテナビームのためのバイ
アスされた無給電素子の配置を示し、そのアンテ
ナでは10゜ないし35゜の仰角の間で利得が最適化さ
れる。仰角の上限と下限は北極圏と米国−カナダ
国境にある端末から見た衛星の仰角に各々対応す
る。第4a図では外側の円周15上にある5個の
無給電素子と内側の円周14上にある1つの無給
電素子が各々のピンダイオードを導通状態にすべ
くスイツチングすることによつて能動化される。
他のピンダイオードは全て不導通状態である。放
射の最大方位角方向は図に示されるように真南で
ある。図に見られるように、配列の対称性により
バイアス配置を単純に回転させることによつて方
位角を45゜の増分によつて段階的に進めることが
できる。第4b図に示されるように無給電素子を
付加的にバイアスすることによつて仰角に何ら感
知し得る影響を及ぼすことなく方位角を第4a図
に示される位位置から22.5゜だけ回転させること
もできる。第4b図では各々の円周状で付加的に
1つの無給電素子がピンダイオードを導通状態に
することによつて能動化される。今度はビームが
第4a図に示されている南の方向から22.5゜だけ
西方に向かう。従つて第4a図と第4b図に示さ
れる配置を順番に交互に用いることにより放射ビ
ームを方位角における22.5゜の増分で段階的に回
転させることができる。 第4c図は米国のような中緯度の国々に適する
バイアスされた無給電素子の配置を示し、そこで
はアンテナ利得が30゜ないし60゜の仰角の間で最適
化されている。この図では外側の円周15上の6
個の無給電素子がピンダイオードを導通状態にす
することによつて能動化される。当然ながらバイ
アス配置を回転させることによつてアンテナビー
ムを方位角において45゜の増分により回転させる
ことができる。 第6図と第7図は上に論じたた様々な配置の代
表的なアンテナパタンを示している。詳しくは、
第6図がダウンリンクアンテナ方位角パタンを示
しており、図で実線が一定の仰角30゜において測
定されたロービームに関するパタンを示し、また
破線が一定の仰角45゜において測定されたハイビ
ームに関するパタンを示している。第7図はアン
テナ仰角パタンであつて図で実線がロービームに
関し、また破線がハイビームに関している。 0゜と180゜の間の線が地平線を示し、また天頂は
90゜にある。表1は測定される代表的なアンテナ
の直線偏波利得対仰角を全ての配置についていか
なる方位角についても与えるものである。この表
はハイビームモードが地平線付近でロービームよ
りずつと鋭いしや断を有することによつて低角度
マルチパス信号の退化作用を低減することを示し
ている。 低仰角ビームと高仰角ビームは各々カナダと米
国のカバレージのために最適化されてはいるが、
両方のビームを利用すると北極圏から熱帯地方ま
での連続的なカバレージが与えられる。 所望の特性に適合させるべく数を変えることの
できる無給電素子による異なる配列パタンを用い
ることも可能である。 考えられる全ての作動モードについて2:1の
電圧定在波比(VSWR)を帯域の12%にわたつ
て達成することができる。本アンテナは装置マー
ジユがクリテイカルである衛星かから地上端末へ
のダウンリンク周波数における性能を最適化すべ
く設計される。本アンテナ帯域内の他のいかなる
周波数においてもアンテナ利得のわずかな退北お
よびパタン形とサイドローブレベルの変化があ
る。ダウンリンク設計周波数より6%低い(アツ
プリンク)周波数でのロービームとハイビームの
方位角パタンが第8図に示されており、第6図の
方位角パタンと比較することができる。第6図に
おけるように、実線が一定仰角30゜で測定された
ロービームの方位角パタンを示しし、また破線が
一定仰角45゜で測定されたハイビームの方位角パ
タンをを示している。周波数の変化に伴う仰角パ
タンの大きな変化はない。
に関し、より詳しくはアンテナの散乱特性を変化
させるべく能動素子、複数の共軸無給電素子およ
び無給電素子を能動化させる装置を含む指向性ア
ンテナに関する。 〔発明の背景〕 地上通信装置の移動端局は方位において全方向
性放射パターンを持ち、単極幾何形状および配置
されている実効接地面の大きさに依存する仰角パ
タンとを備えたλ/4単極ホイツプアンテナを通
例用いる。このようなアンテナは利得が低いので
直接受信する信号と近くの物体またはまわりの地
形から反射される信号との間の相違が小さい。直
接の信号と反射された信号との干渉は信号レベル
に大きなゆらぎをもたらす。これは地上装置では
信号の強さにおける何らかの低減を補償するだけ
の適当な伝送電力を与えているので通例問題とは
ならない。衛星通信の出現によつて、衛星で得ら
れる伝送電力が限られるためシステム リンク
マージン(System link margins)がより重大と
なる。移動端局アンテナ利得およびマルチパスの
除去における進歩が装置全体の設計および性能に
主要な影響を及ぼし得る。 アレイアンテナは全指向型アンテナに比してよ
り高い利得と進歩したマルチパスの除去をもたら
すより高い指向性を備えることができる。 将来の移動通信用衛星装置は電離層によるフア
ラデー回転効果を克服すべく円偏波を用いるのが
適当である。これはアンテナの利得に実質的に
3dBの低減をもたらすだろう。しかしながら直線
偏波アレイアンテナはよりコンパクトであつてよ
り低いプロイールを有し、円偏波の装置より設計
が簡単である。アンテナ利得の損失はアンテナ指
向性の増大によりもたらされる全体の性能の進歩
による補償より大きい。直線偏波アンテナは右回
りと左回りの両方の円偏波と共に機能し得るとい
う利点をも有する。 アレイアンテナの1つの型が1974年11月5日に
公布されたGueGGuenによる米国特許第3846799
号に開示されている。この特許は共通の励振素子
を有し放射状に配置された幾つかの八木アンテナ
を含む電気的に回転可能なアンテナについて記述
している。より詳しくは、この米国特許のアレイ
アンテナにおいて共通の励振素子および全ての無
給電素子(反射器および導波器)は約λ/4の高
さを有する金属線である。 ここでλは励振素子に送られる信号の周波数に
対応する自由空間波長である。無給電素子が接地
面内の同心円周上に配置され、共通励振素子が中
心に配置される。λ/4に近いとはいつても、無
給電素子の高さは異なつており、同一円周上に配
素される線は全て同じ高さを有する。無給電素子
と接地面を接続するピン(PIM)ダイオードは
別個のRFチヨークインダクタンスを通じてピン
ダイオードに印加されるバイアス電圧によつて導
通状態にされまた不導通状態にされる。適当な無
給電素子(反射器および導波器)を作動させるこ
とにより、放射ビームを共通励振素子のまわりに
回転させることができる。 このアンテナはビームの方向に電子的に回転さ
せることができるとは言え、狭帯域、低利得、高
いサイドロープおよび288個の無給電素子を必要
とする非常に効率の悪い設計という欠点により損
なわれている。 〔発明の目的〕 本発明の1つの目的は効率が良く本質的にずつ
と広いい帯域とより低いサイドロープおよび少な
い素子を有する小型適応型通信アンテナを提供す
ることである。 本発明の今1つの目的はアンテナパタンが方位
角面と仰角面の両方において高速で変化の制御が
可能であるアンテナを提供することである。 本発明のさらに1つの目的は無給電素子の散乱
特性を制御することによりより高いRF電力を扱
えるアンテナを提供することである。 本発明のもう1つの目的はアンテナの全利得が
より高くより進歩したマルチパス除去能力を有す
るアンテナを提供することである。 本アンテナはコンパクトであつて低いプロフイ
ールを有し比較的安価に製作される。 〔発明の要約〕 本発明によれば、小型アレイアンテナが励振4
分の1波長(λ/4)単極と複数の直線共軸無給
電素子を含み、全てが、導電プレートにより形成
される接地面上に配置される。アンテナ技術にお
いて通例であるように、λは運用される信号の波
長である。励振素子と無給電素子は接地面に対し
て垂直に、しかしそれから絶縁されて配置され
る。 また無給電素子は接地面上にあらかじめ定めら
れた配列パタンによる相互関係および励振単極と
の関係をもつて配置され、また各々の無給電素子
との接地面と間に接続されたスイツチ手段を有す
る。ケーブルがRFエネルギーを励振単極に送り、
またスイツチ手段を導通状態または不導通状態の
いずれかにすべくバイアス給電装置も無給電素子
にスイツチング可能に接続される。 〔実施例〕 第1図を参照すると本発明の1つの実施例によ
り構成された小型適応型アレイアンテナが示され
ている。図で見られるように、励振単極1、およ
び複数の(本実施例では16個の)直線無給電素子
2が例えば真ちゆう、アルミニウム等の導電プレ
ートにより形成される接地面3上に配置される。
励振素子はλ/4(4分の1波長)単極である。 ちよつと第4a図、第4b図、および第4c図
を参照すると、直線無給電素子2が2つの同心円
周14と15のような特別な配列パタンで配置さ
れている。励振単極1はこれらの円周の中心に配
置される。本実施例では内側の円周14と外側の
円周15の各々において8個の無給電素子があ
り、それらの直径は各々約(2/3)λとλである。
別の実施例では円側の円周14と外側の円周15
の直径が各々約(1/2)λとλであつて、性能に
感知できるほどの違いはない。 直線無給電素子は全て同じものであつて、第2
図がそれらの1つを概略的な断面図で示してい
る。図で、例えば真ちゆうから成る外側の円筒形
導体4と、例えば真ちゆうから成る内側の円筒形
導体5が共軸線を形成し、これが一端において短
絡手段6により短絡される。例えばテフロン
(Teflon)〔登録商標〕から成る誘電体スペーサ
7が導体のスペーシングを維持する。接地面3に
設けられた貫通形コンデンサ8が無給電素子をそ
こに垂直にささえる。貫通形コンデンサ8の中心
導体9が一端において内側の導体5に接続され、
もう一方の端においてバイアス抵抗11と制御手
段12を通じてバイアス給電装置10に接続され
る。外側の導体4は1つまたはそれ以上のピンダ
イオード13または類似の固体装置によつて接地
面3に接続される。制御手段12は無給電素子を
能動化すべくバイアス給電装置によつてピンダイ
オードに印加されるバイアス電圧を制御する。ア
ンテナパタンを方位角と仰角において方向づける
ために任意の数の無給電素子を連帯させてまたは
個別に能動化させることができる。アンテナパタ
ンを回転させるために一群の無給電素子を制御す
べく単純な回転スイツチを制御手段12として用
いることができ、あるいはアンテナを受信信号の
強さが最大の方向に電子的に非常な高速度でで方
向づけるためにマイクロプロセツサにより制御さ
れる電子スイツチを設けてもよい。無給電素子の
高さは第2図に示されるように接地面から約
0.24λであり、また外側の導体の外表面の直径は
約0.04λである。 第3図はピンダイオードを導通状態または不導
通状態にバイアスすべく印加される正または負の
直流電位を示す無給電素子の概略的配線図であ
る。 ピンダイオードが不導通状態にバイアスされて
いる場合、無給電素子はその短絡された共軸設計
の故に高い誘導入力インピーダンスを有しそれが
素子の積分部品(integral part)としてのRFチ
ヨークの形成を可能にする。従つてこの積分
(integral)RFチヨークは0.04λは0.04λの直径
(外側の導体の直径)を有する。この設計はより
ずつと広い作動帯域をもたらす。共軸無給電素子
のこの高い誘電入力インピーダンスはピンダイオ
ードの接合キヤパシタンスと共振するように設計
され、それにより設計作動周波数において無給電
素子の外側の導体が接地面から有効に分離され
る。この条件のもとで無給電素子は小型双極素子
としてふるまうが、それは入射する放射場をわず
かに妨害するのみである。ピンダイオードが導通
状態でバイアスさされる場合には、無給電素子の
外側の導体が接地面に短絡されて共振単極として
ふるまい、入射する放射場を強く妨害しまた反射
する。 適当なバイアスを適当な無給電素子に印加する
ことにより、様々な指向性と方向性を持つ多数の
異なる放射パタンを生成することができる。 少数の代表的な放射パタンとバイアスされる無
給電素子の配置が添付図面に示されている。 第4a図と第4b図はカナダのような緯度の高
い国に適した低仰角アンテナビームのためのバイ
アスされた無給電素子の配置を示し、そのアンテ
ナでは10゜ないし35゜の仰角の間で利得が最適化さ
れる。仰角の上限と下限は北極圏と米国−カナダ
国境にある端末から見た衛星の仰角に各々対応す
る。第4a図では外側の円周15上にある5個の
無給電素子と内側の円周14上にある1つの無給
電素子が各々のピンダイオードを導通状態にすべ
くスイツチングすることによつて能動化される。
他のピンダイオードは全て不導通状態である。放
射の最大方位角方向は図に示されるように真南で
ある。図に見られるように、配列の対称性により
バイアス配置を単純に回転させることによつて方
位角を45゜の増分によつて段階的に進めることが
できる。第4b図に示されるように無給電素子を
付加的にバイアスすることによつて仰角に何ら感
知し得る影響を及ぼすことなく方位角を第4a図
に示される位位置から22.5゜だけ回転させること
もできる。第4b図では各々の円周状で付加的に
1つの無給電素子がピンダイオードを導通状態に
することによつて能動化される。今度はビームが
第4a図に示されている南の方向から22.5゜だけ
西方に向かう。従つて第4a図と第4b図に示さ
れる配置を順番に交互に用いることにより放射ビ
ームを方位角における22.5゜の増分で段階的に回
転させることができる。 第4c図は米国のような中緯度の国々に適する
バイアスされた無給電素子の配置を示し、そこで
はアンテナ利得が30゜ないし60゜の仰角の間で最適
化されている。この図では外側の円周15上の6
個の無給電素子がピンダイオードを導通状態にす
することによつて能動化される。当然ながらバイ
アス配置を回転させることによつてアンテナビー
ムを方位角において45゜の増分により回転させる
ことができる。 第6図と第7図は上に論じたた様々な配置の代
表的なアンテナパタンを示している。詳しくは、
第6図がダウンリンクアンテナ方位角パタンを示
しており、図で実線が一定の仰角30゜において測
定されたロービームに関するパタンを示し、また
破線が一定の仰角45゜において測定されたハイビ
ームに関するパタンを示している。第7図はアン
テナ仰角パタンであつて図で実線がロービームに
関し、また破線がハイビームに関している。 0゜と180゜の間の線が地平線を示し、また天頂は
90゜にある。表1は測定される代表的なアンテナ
の直線偏波利得対仰角を全ての配置についていか
なる方位角についても与えるものである。この表
はハイビームモードが地平線付近でロービームよ
りずつと鋭いしや断を有することによつて低角度
マルチパス信号の退化作用を低減することを示し
ている。 低仰角ビームと高仰角ビームは各々カナダと米
国のカバレージのために最適化されてはいるが、
両方のビームを利用すると北極圏から熱帯地方ま
での連続的なカバレージが与えられる。 所望の特性に適合させるべく数を変えることの
できる無給電素子による異なる配列パタンを用い
ることも可能である。 考えられる全ての作動モードについて2:1の
電圧定在波比(VSWR)を帯域の12%にわたつ
て達成することができる。本アンテナは装置マー
ジユがクリテイカルである衛星かから地上端末へ
のダウンリンク周波数における性能を最適化すべ
く設計される。本アンテナ帯域内の他のいかなる
周波数においてもアンテナ利得のわずかな退北お
よびパタン形とサイドローブレベルの変化があ
る。ダウンリンク設計周波数より6%低い(アツ
プリンク)周波数でのロービームとハイビームの
方位角パタンが第8図に示されており、第6図の
方位角パタンと比較することができる。第6図に
おけるように、実線が一定仰角30゜で測定された
ロービームの方位角パタンを示しし、また破線が
一定仰角45゜で測定されたハイビームの方位角パ
タンをを示している。周波数の変化に伴う仰角パ
タンの大きな変化はない。
【表】
さて第9図を参照すると本発明のもう1つの実
施例が示されている。この実施例では16個の付加
的な実質的に同一の無給電素子31が設けられて
いる。それらは他の2つの円周と同心であつて約
(3/2)λの直径を有する第3の円周上に等距離に
(22.5゜の間隔をおいて)配置されている。16個の
無給電素子31のうち、1つおきの素子が2つの
内側の円周上にある素子と径方向が一致してい
る。 第10a図と第10b図はロービームに関する
2つのバイアス配置を示しており、一方第10c
図と第10d図はハイビームに関する2つのバイ
アス配置を示している。2つのバイアス配置の間
で交互にスイツチングすることによりハイビーム
とービームを方位角面内で22.5゜の増分をもつて
回転させることができる。第10c図と第10d
図において32で示される無給電素子は上向きの
ビームを屈折させるべく能動され、ハイビーム配
置の利得を高める。 第11a図と第11b図は上に論じた様々な配
置により生成される代表的なアンテナパタンを示
している。第11a図はダウンリンク周波数での
アンテナ仰角パタンを示しており、図で実線34
がロービームに関しまた破線36がハイビームに
関する。第11b図はダウンリンク周波数での方
位角パタンに関し、実線38は30゜の一定仰角に
おいて測定されたロービームに関し、また破線4
0は55゜の一定仰角において測定されたハイビー
ムに関する。第12a図と第12b図は上に論じ
た配置に関する同様な仰角パタンと方位角パタン
であるが、作動周波数がアツプリンク周波数であ
つてそれは特定の適用においてはダウンリンク周
波数より6%低い。条件は前出の図面と同じであ
つて実線がロービームに関しまた破線がハイビー
ムに関する。 この実施例もシステムマージンがクリテイカル
である衛星から地上末端へのダウンリンク周波数
において性能を最適化するように設計されてい
る。帯域の12%にわたたつてアンテナ利得、パタ
ン形およびサイドローブレベルに何ら重大な劣化
が起こらず、また帯域の20%にわたつて2.5:1
より小さいVSWRを達成することができる。し
かしながらより狭い帯域にわたつて四分の一波長
励振単極でのスタブ整合によりもつと低い
VSWRを達成することができる。表2はこの実
施例によるアンテナで測定された直線偏波利得を
論及した全ての配置について様々な仰角において
いかなる方位角にも与えるものである。
施例が示されている。この実施例では16個の付加
的な実質的に同一の無給電素子31が設けられて
いる。それらは他の2つの円周と同心であつて約
(3/2)λの直径を有する第3の円周上に等距離に
(22.5゜の間隔をおいて)配置されている。16個の
無給電素子31のうち、1つおきの素子が2つの
内側の円周上にある素子と径方向が一致してい
る。 第10a図と第10b図はロービームに関する
2つのバイアス配置を示しており、一方第10c
図と第10d図はハイビームに関する2つのバイ
アス配置を示している。2つのバイアス配置の間
で交互にスイツチングすることによりハイビーム
とービームを方位角面内で22.5゜の増分をもつて
回転させることができる。第10c図と第10d
図において32で示される無給電素子は上向きの
ビームを屈折させるべく能動され、ハイビーム配
置の利得を高める。 第11a図と第11b図は上に論じた様々な配
置により生成される代表的なアンテナパタンを示
している。第11a図はダウンリンク周波数での
アンテナ仰角パタンを示しており、図で実線34
がロービームに関しまた破線36がハイビームに
関する。第11b図はダウンリンク周波数での方
位角パタンに関し、実線38は30゜の一定仰角に
おいて測定されたロービームに関し、また破線4
0は55゜の一定仰角において測定されたハイビー
ムに関する。第12a図と第12b図は上に論じ
た配置に関する同様な仰角パタンと方位角パタン
であるが、作動周波数がアツプリンク周波数であ
つてそれは特定の適用においてはダウンリンク周
波数より6%低い。条件は前出の図面と同じであ
つて実線がロービームに関しまた破線がハイビー
ムに関する。 この実施例もシステムマージンがクリテイカル
である衛星から地上末端へのダウンリンク周波数
において性能を最適化するように設計されてい
る。帯域の12%にわたたつてアンテナ利得、パタ
ン形およびサイドローブレベルに何ら重大な劣化
が起こらず、また帯域の20%にわたつて2.5:1
より小さいVSWRを達成することができる。し
かしながらより狭い帯域にわたつて四分の一波長
励振単極でのスタブ整合によりもつと低い
VSWRを達成することができる。表2はこの実
施例によるアンテナで測定された直線偏波利得を
論及した全ての配置について様々な仰角において
いかなる方位角にも与えるものである。
【表】
【表】
本配列アンテナの電力処理能力はピンダイオー
ドの最大許容電力に依存する。比較的低コストの
ピンダイオードを用いれば、本配列は数百ワツト
のRF電力を処理することができる。 第5図は本発明による1つの実用的な実施例を
示している。アンテナ素子1と2が保護レードー
ム16内に囲まれており、その直径は2円周配置
では公称1.2λであり3円周配置では1.7λであつ
て、高さは0.3λでプラスチツク、フアイバーグラ
ス等の低RF損材料から成る。車両の金属ボデイ
18に基板17がボルトで締め合わせられて有効
な接地面を与える。無給電素子のための制御ケー
ブルが19において示され、ケーブル20は励振
λ/4単極に接続される。表1と表2に表示され
ている利得値を実現するためには2円周配置では
大きさが2.5λより大きくまた3円周置では大きさ
が3λより大きい有効接地面が要求される。しか
しながらそれぞれ1.5λと2λの小さい接地面を用い
て有用なアンテナ利得と放射パタンを実現するこ
とができる。基板は印刷回路板構造を用いており
またバイアス網を含んでいて配列素子および車両
構造との機械的インタフエースおよび電気的イン
ターフエースの両方を与える。
ドの最大許容電力に依存する。比較的低コストの
ピンダイオードを用いれば、本配列は数百ワツト
のRF電力を処理することができる。 第5図は本発明による1つの実用的な実施例を
示している。アンテナ素子1と2が保護レードー
ム16内に囲まれており、その直径は2円周配置
では公称1.2λであり3円周配置では1.7λであつ
て、高さは0.3λでプラスチツク、フアイバーグラ
ス等の低RF損材料から成る。車両の金属ボデイ
18に基板17がボルトで締め合わせられて有効
な接地面を与える。無給電素子のための制御ケー
ブルが19において示され、ケーブル20は励振
λ/4単極に接続される。表1と表2に表示され
ている利得値を実現するためには2円周配置では
大きさが2.5λより大きくまた3円周置では大きさ
が3λより大きい有効接地面が要求される。しか
しながらそれぞれ1.5λと2λの小さい接地面を用い
て有用なアンテナ利得と放射パタンを実現するこ
とができる。基板は印刷回路板構造を用いており
またバイアス網を含んでいて配列素子および車両
構造との機械的インタフエースおよび電気的イン
ターフエースの両方を与える。
第1図は本発明の1つの実施例により構成され
る適応型アンテナを示す遠近図、第2図は第1図
に示される無給電素子の1つに関する概略的な断
面図、第3図は第2図に示される無給電素子に関
する概略的なダイヤグラム、第4a図、第4b
図、第4c図は第1図に示されるアンテナの平面
図であつて無給電素子と励振素子とを示しまた能
動化され無給電素子を図内で指摘する図であつ
て、より詳しくは第4a図は放射の最大方位角が
真南である低仰角ビームのための無給電素子のバ
イアス配置図、第4b図もまたその方向が第4a
図に示される方向から22.5゜西方へ向けられた低
仰角ビームのためのバイアス配置図、第4c図は
南に向けられた高仰角ビームのための無給電素子
のバイアス配置図であり、第5図は本発明のさら
に1つの実施例による、車両上に取り付けたアン
テナアツセンブリに関しレードーム内に含まれる
アンテナ素子の配置を示すべく部分的に切除した
遠近図、第6図はダウンリンクアンテナ方位角パ
タン図、第7図はアンテナ仰角パタン図、第8図
はアツプリンクアンテナ方位角パタン図、第9図
は本発明によるさらにもう1つの実施例を示す遠
近図、第10a図、第10b図、第10c図、第
10d図はロービームとハイビームに対する様々
なバイアス配置を示す平面図、第11a図はダウ
ンリンク仰角パタン図、第11b図は方位角パタ
ン図、第12a図はアツプリンク仰角パタン図、
第12b図はアツプリンク方位角パタン図であ
る。 符号の説明、1……励振単極、2……直接無給
電素子、3……接地面、4……外側の円筒形導
体、5……内側の円筒形導体、6……短絡手段、
7……誘電体スペーサ、8……貫通形コンデン
サ、9……中心導体、10……バイアス無給電素
子、11……バイアス抵抗、12……バイアス制
御手段、13………ピンダイオード、14,15
……配列パタン。
る適応型アンテナを示す遠近図、第2図は第1図
に示される無給電素子の1つに関する概略的な断
面図、第3図は第2図に示される無給電素子に関
する概略的なダイヤグラム、第4a図、第4b
図、第4c図は第1図に示されるアンテナの平面
図であつて無給電素子と励振素子とを示しまた能
動化され無給電素子を図内で指摘する図であつ
て、より詳しくは第4a図は放射の最大方位角が
真南である低仰角ビームのための無給電素子のバ
イアス配置図、第4b図もまたその方向が第4a
図に示される方向から22.5゜西方へ向けられた低
仰角ビームのためのバイアス配置図、第4c図は
南に向けられた高仰角ビームのための無給電素子
のバイアス配置図であり、第5図は本発明のさら
に1つの実施例による、車両上に取り付けたアン
テナアツセンブリに関しレードーム内に含まれる
アンテナ素子の配置を示すべく部分的に切除した
遠近図、第6図はダウンリンクアンテナ方位角パ
タン図、第7図はアンテナ仰角パタン図、第8図
はアツプリンクアンテナ方位角パタン図、第9図
は本発明によるさらにもう1つの実施例を示す遠
近図、第10a図、第10b図、第10c図、第
10d図はロービームとハイビームに対する様々
なバイアス配置を示す平面図、第11a図はダウ
ンリンク仰角パタン図、第11b図は方位角パタ
ン図、第12a図はアツプリンク仰角パタン図、
第12b図はアツプリンク方位角パタン図であ
る。 符号の説明、1……励振単極、2……直接無給
電素子、3……接地面、4……外側の円筒形導
体、5……内側の円筒形導体、6……短絡手段、
7……誘電体スペーサ、8……貫通形コンデン
サ、9……中心導体、10……バイアス無給電素
子、11……バイアス抵抗、12……バイアス制
御手段、13………ピンダイオード、14,15
……配列パタン。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 導電プレートにより形成される接地面と、 該接地面に実質的に直交して配置される4分の
1(λ/4)波長励振単極素子と、 前記接地面と実質的に直交し、しかもそれから
絶縁されて配置される複数の同軸無給電素子であ
つて、前記接地面の上に前記無給電素子同士なら
びに前記励振単極素子に対して所定の配列パター
ンで配置される前記無給電素子とを有し、 前記無給電素子の各々は、二つの先端部を有
し、 第1の該先端部は第2の該先端部に比べてより
前記接地面に近く配置され、前記無給電素子の
各々は、内部導電体と、外部円筒状導体とを有
し、 該内部導電体は、前記外部円筒状導電体とは同
軸状に離間しして配置され、前記内部および外部
両導電体は、前記第2の先端部において電気的に
短絡されており、 さらに、前記各同軸無給電素子の前記外部円筒
状導電体をその前記第1の先端部と前記接地面間
において接続する複数のスイツチング手段と、 前記励振単極素子に高周波エネルギーを供給す
るためのケーブルと、 前記各々の同軸無給電素子の前記内部導電体の
前記第1の先端部において接続されバイアスを与
える手段と、 前記バイアスを与える手段とバイアス電源とに
接続され、一つあるいはそれ以上の前記スイツチ
ング手段を電気的導通状態と不導通状態のいずれ
かにしてアンテナパターンを変更するアンテナ制
御部 とを有することを特徴とする小形アレイアンテ
ナ。 2 前記スイツチング手段の各々は、一つあるい
はそれ以上のPINダダイオードを含むことを特徴
とする請求項1記載の小形アレイアンテナ。 3 前記バイアスする手段は、前記接地面に配置
され前記同軸無給電素子の前記内部導電体に接続
された貫通コンデンサと、前記貫通コンデンサに
接続されたバイアス抵抗器とを含むことを特徴と
する請求項2記載の小形アレイアンテナ。 4 前記アンテナ制御部は、マイクロプロセツサ
で制御される電子スイツチを含むことを特徴とす
る請求項3記載の小形アレイアンテナ。 5 八つの前記無給電素子の各々が、約0.24波長
(λ)分の長さを有し、前記接地面上の前記励振
単極素子を中心として約2/3波長と1波長の直径
の二つの同軸円の各々に等間隔で配置され、前記
同軸円の一方の上の前記無給電素子は前記同軸円
の他方の上の前記無給電素子と該円の径方向にそ
つて並んで配置されることを特徴とする請求項1
記載の小形アレイアンテナ。 6 八つの前記無給電素子の各々が、約0.24波長
(λ)分の長さを有し、前記接地面上の前記励振
単極素子を中心として約2/3波長と1波長の直径
の二つの同軸円の各々に等間隔で配置され、前記
同軸円の一方の上の前記無給電素子は前記同軸円
の他方の上の前記無給電素子と該円の径方向にそ
つて並んで配置されることを特徴とする請求項2
記載の小形アレイアンテナ。 7 八つの前記無給電素子の各々が、約0.24波長
(λ)分の長さを有し、前記接地面上の前記励振
単極素子を中心として約2/3波長と1波長の直径
の二つの同軸円の各々に等間隔で配置され、前記
同軸円の一方の上の前記無給電素子は前記同軸円
の他方の上の前記無給電素子と該円の径方向にそ
つて並んで配置されることを特徴とする請求項3
記載の小形アレイアンテナ。 8 八つの前記無給電素子の各々が、約0.24波長
(λ)分の長さを有し、前記接地面上の前記励振
単極素子を中心として約2/3波長と1波長の直径
の二つの同軸円の各々に等間隔で配置され、前記
同軸円の一方の上の前記無給電素子は前記同軸円
の他方の上の前記無給電素子と該円の径方向にそ
つて並んで配置されることを特徴とする請求項4
記載の小形アレイアンテナ。 9 さらに16個の前記無給電素子が、前記接地面
上の前記励振単極素子を中心とする約3/2波長の
直径の第3の同軸円上に等間隔で配置されること
を特徴とする請求項5記載の小形アレイアンテ
ナ。 10 さらに16個の前記無給電素子が、前記接地
面上の前記励振単極素子を中心とする約3/2波長
の直径の第3の同軸円上に等間隔で配置されるこ
とを特徴とする請求項6記載の小形アレイアンテ
ナ。 11 さらに16個の前記油無給電素子が、前記接
地面上の前記励振単極素子を中心とする約3/2波
長の直径の第3の同軸円上に等間隔で配置され、
前記16個の無給電素子は、他の同軸円上の前記無
給電素子と該円の径方向にそつて並んで配置され
ることを特徴とする請求項7記載の小形アレイア
ンテナ。 12 さらに16個の前記無給電素子が、前記接地
面上の前記励振単極素子を中心とする約3/2波長
の直径の第3の同軸円上に等間隔で配置され、前
記16個の無給電素子は、他の同軸円上の前記無給
電素子と該円の径方向にそつて並んで配置される
ことを特徴とする請求項8記載の小形アレイアン
テナ。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US62734184A | 1984-07-02 | 1984-07-02 | |
US627341 | 1984-07-02 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6125304A JPS6125304A (ja) | 1986-02-04 |
JPH0453322B2 true JPH0453322B2 (ja) | 1992-08-26 |
Family
ID=24514259
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14441785A Granted JPS6125304A (ja) | 1984-07-02 | 1985-07-01 | 小型適応型アレイアンテナ |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4700197A (ja) |
EP (1) | EP0172626B1 (ja) |
JP (1) | JPS6125304A (ja) |
CA (1) | CA1239223A (ja) |
DE (1) | DE3579650D1 (ja) |
Families Citing this family (132)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JPH04268443A (ja) * | 1991-02-22 | 1992-09-24 | Jasco Corp | 流体試料濃度測定装置 |
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CA2071715A1 (en) * | 1991-07-15 | 1993-01-16 | Gary George Sanford | Directional scanning circular phased array antenna |
CA2071714A1 (en) * | 1991-07-15 | 1993-01-16 | Gary George Sanford | Electronically reconfigurable antenna |
US5132698A (en) * | 1991-08-26 | 1992-07-21 | Trw Inc. | Choke-slot ground plane and antenna system |
JP2605197B2 (ja) * | 1991-12-09 | 1997-04-30 | 三菱電機株式会社 | 無線基地局用アンテナ |
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DE69838926T2 (de) * | 1997-05-09 | 2009-01-02 | Nippon Telegraph And Telephone Corp. | Antenne und Verfahren zu ihrer Herstellung |
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