JPH07112125B2 - アンテナ - Google Patents

アンテナ

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JPH07112125B2
JPH07112125B2 JP62121020A JP12102087A JPH07112125B2 JP H07112125 B2 JPH07112125 B2 JP H07112125B2 JP 62121020 A JP62121020 A JP 62121020A JP 12102087 A JP12102087 A JP 12102087A JP H07112125 B2 JPH07112125 B2 JP H07112125B2
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helicopter
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俊哉 五十嵐
正雄 藤原
浩志 岡村
晃 石井
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、アンテナに係り、とくに可変ビーム幅機能を
有するアンテナに関するものである。より具体的に記述
すれば、第1の利用分野としては、例えばヘリスター中
継(ヘリコプターを利用した野外中継用段間中継)にお
いて、地上からヘリコプターへの送信用平面アンテナが
あり、またヘリコプター側の受信用アンテナとして使用
すれば、ヘリコプターの飛行姿勢の自由度が広がる。
第2の利用分野として、例えば放送衛星搭載用パラボラ
アンテナにおける一次輻射器があり、これを用いれば電
子的に放送衛星からの送信ビームパターンを可変とする
ことができるので、衛星放送の地域放送が可能となるな
どその機能は拡大する。
(従来の技術) 本発明の母体となる技術はアンテナ技術と可変電力分配
技術である。
従来平面アンテナはマイクロ・ストリップ・アンテナ
(Micro Strip Antenna:以下MSAと称す)基本素子を
複数個配列し同相給電となるように接続したアレーアン
テナである。このため利得、ビーム幅などは可変にはで
きない。
ここでMSAは例えば第4図に示したように薄いプリント
基板上に円形(a,b)、方形(c,d)などの開放型平面回
路による放射素子をエッチングなどにより構成するもの
であり、第4図ではまた給電点14を示している。
MSAの具体的一例としては例えば、電子通信学会誌、3
月/1986年(Vol.69,No.3)p.223に開示されているよう
に、衛星放送受信用平面アンテナがあり、これはSHF帯
域用の素子数1024で構成されたアンテナで35.5dB程度の
利得と5度程度の狭いビーム幅が得られている。
また、可変電力分配技術の一例としては例えば、テレビ
ジョン学会技術報告、昭和57年12月17日発表(RE82−3
5)p.73に開示されているように、無停波切替方式を採
用したテレビジョン放送機システムとその運用実績があ
る。従来技術では可変電力分配装置の電力分配特性のみ
を利用しており、2つの出力端子間の位相差が一定であ
ることは全く利用していない。
(発明が解決しようとする問題点) 緊急報道などに用いられるヘリスター中継システムは、
山岳地帯など地上におけるマイクロ波段間中継の困難な
地形に於いても、現状からの中継を容易にする優れたシ
ステムである。
従来、山岳地帯におけるヘリスター中継では、受信基地
を見通すためのヘリコプターの高度は約3000mにも達す
る場合があり、この場合には地上からヘリコプターまで
の伝播距離が長いので、アンテナ利得18dB、ビーム幅21
度の高利得で狭いビーム幅の電磁ホーンアンテナを用い
ている。
一方、現場上空からの低空の空撮の場合には、ヘリコプ
ターの高度約300mから1000mの上空を、半径約300mから5
00mで旋回するから、地上からヘリコプターの旋回範囲
を見た角度は広くなる。従ってヘリコプターに於いて必
要な受信電界強度を得るには、地上側でヘリコプターを
手動追尾しなければならない。その上電磁ホーンアンテ
ナは、形状が大きく重量も重いので現場地上班の負担は
かなり大きいものとなっていた。
そこで簡単に送信ビーム幅が可変にできる小型軽量の送
信用アンテナが必要とされている。小型、軽量化に適し
たアンテナ形式には、MSA基本素子を用いて、これらを
複数個配列し同相給電となるよう接続したアレーアンテ
ナが適切である。しかしこの際問題となるのは、簡単に
ビーム幅が可変できないことであり、それはビーム幅が
アンテナ設計時のMSA基本素子の接続方法によって一義
的に決定されてしまうからである。
また、現在の放送衛星に搭載されている衛星放送送出用
アンテナのビームパターンは一定なので、地上の特定地
域にしか放送できない。この衛星放送送出用アンテナの
ビーム幅を電子的に可変できるようにすれば、地上の放
送地域を可変することができその機能が拡大される。
従って本発明の目的は、前述の欠点を排除し、可変電力
分配器を用いて複数のアンテナ素子に加わる電力分配比
を変化させ、複数のアンテナ素子を同時に同相励振させ
ることにより、小型軽量で、しかも、アンテナ利得およ
びビーム幅を連続的に可変することができるアンテナを
提供せんとするものである。
(問題点を解決するための手段) この目的を達成するため、本発明アンテナは、第1の3d
Bハイブリッド回路の一方の入力端子および一方の出力
端子にそれぞれダミーロードおよび移相器の入力端子が
接続され、前記第1の3dBハイブリッド回路の他方の出
力端子および前記移相器の出力端子が第2の3dBハイブ
リッド回路の2つの入力端子にそれぞれ接続され、前記
第1の3dBハイブリッド回路の他方の入力端子に入力信
号を印加したとき、前記第2の3dBハイブリッド回路の
2つの出力端子のそれぞれから該2つの出力端子間の位
相差が一定である信号を出力する可変電力分配器と、該
可変電力分配器の出力をなす前記第2の3dBハイブリッ
ド回路の2つの出力端子に同相に励振されるよう接続さ
れた2組のアンテナ素子とから構成されることを特徴と
するものである。
(実施例) 以下添付図面を参照し実施例により本発明を詳細に説明
する。
第1図に、本発明に関わるアンテナ実施例構成の略ブロ
ック線図を示し、第2図に、その外観例を示す。
第1図を参照するに、本発明実施例に関わる平面アンテ
ナは入力端子1とこの入力端子1に同軸ケーブルなどに
よって接続したマイクロ波帯(μ波帯)送信機7と、こ
の入力端子1と接続された可変電力分配器2と、この可
変電力分配器2の2つの出力端子8,9にそれぞれ同相給
電となるよう接続された、複数のMSA(マイクロ・スト
リップ・アンテナ)基本素子6から構成される平面アレ
ーアンテナ10,11を含んでいる。
ここで、可変電力分配器2について述べる。3dBハイブ
リッド回路(Hybrid Circuit:以下3dB HYBと略す)4
(1)の入力端子の一方と、本発明による平面アンテナ
の入力端子1とは接続され、3dB HYB4(1)の他方の入
力端子は、ダミーロード3に接続されている。3dB HYB4
(1)の出力端子の一方は、3dB HYB4(2)の入力端子
の一方と接続され、3dB HYB4(1)の他方の出力端子
と、3dB HYB4(2)の他方の入力端子との間には、移相
器(φ)5が接続されている。ここで、移相器5による
移相量をφdegとする。また、3dB HYB4(2)の2つの
出力端子には、可変電力分配器2の出力端子8,9が接続
されている。
次に、可変電力分配技術について述べる。
可変電力分配器は、3dB HYB4、2組と、移相器5、1組
とから構成されている。
この原理を第6図を参照して説明する。
まず、入力信号Eを考える。3dB HYB4(1)の出力側に
は2分配されて出て来るが、移相器5の移相量が0度で
あれば、3dB HYB4(2)で出力2のみに合成出力され
る。しかし、移相量が180度の場合は逆に出力1のみに
合成出力される。
ここで、第7図を参照して3dB HYB4の性質を述べてお
く。入力信号Eは3dB HYBの出力側に2分配されるが、 端子Aの出力には、 端子Bの出力には、 が得られる。入力端子Fに関しても同様である。また、
入力信号E,Fを同時に加えると、出力は合成出力とな
る。
ここで、第6図(a)において移相器5の移相量をφと
し、π/2+φ=L,F=0とおくと、端子Aの出力電圧A0
は、 A0=E/2{1+exp(−j(π/2+L))} …(1) 端子Bの出力電圧B0は、 B0=E/2{exp(−j*π/2)+exp (−j*L)} …(2) となる。
ここでE=1、アンテナインピーダンス=1と正視化し
てアンテナ側に現われる電力を求める。端子Aの出力電
力PA0は、 PA0=1/2{1+sin〔Φ−π/2〕} …(3) 端子Bの出力電力PB0は、 PB0=1/2{1−sin〔Φ−π/2〕} …(4) となる。
以上のことから、移相器5の移相量Φによって、端子A
と端子Bの出力電力PA0,PB0を可変とすることが出来
る。そして、2つの端子間の出力電力の位相差は90度で
一定である。
次に第1図示平面アンテナの動作を第3図、第6図を参
照して説明する。第1図に於いて、マイクロ波帯送信機
7はマイクロ波帯の電波を発生し、信号aを可変電力分
配器2に入力する。可変電力分配器2の分配出力e,f
は、既に述べたように移相器5の移相量によって第6図
(b)の出力1、出力2のように変化する。可変電力分
配器2の出力端子8,9には、同相に励振されることを前
提として接続された、複数のMSA基本素子6で構成され
た平面アレーアンテナ10,11が接続されている。そこで
可変電力分配器2の分配出力比を変化させ、平面アレー
アンテナ10,11の励振電力比を変えることにより本発明
による可変ビーム幅平面アンテナのアンテナ指向特性パ
ターン12,13を第3図に示したように可変とすることが
出来る。
また、可変電力分配器を組み合わせて、分配出力を例え
ば3分配以上とし、それらの分配出力にアンテナ基本素
子を接続してもよい。また、可変電力分配器の分配出力
それぞれに接続するアンテナ基本素子の形式は自由に決
定できる。つまりアンテナ基本素子には、MSA基本素子
のみならず、他のアンテナ素子、例えばパラボラアンテ
ナ素子も利用出来る。同様にして、可変電力分配器の分
配出力それぞれに接続するアンテナ基本素子の個数は、
自由に決定でき、さらに微妙なビーム幅の可変が可能と
なると考えられる。
また、使用周波数帯はマイクロ波帯ならず例えば、UHF
帯等でも使用できる。また、本発明によるアンテナの原
理は送信のみならず、受信にも利用出来る。このように
することでヘリスター中継等に於けるヘリコプターの行
動範囲は、より一層広がるものと考えられる。また、衛
星放送に於ける地域サービスもより一層広がるものと考
えられる。
(発明の効果) 従来より、ヘリスター中継等に用いられる地上からヘリ
コプターへの送信用アンテナ装置には、第5図に示した
ように、伝播距離を考えて高利得(通常18dB)の電磁ホ
ーンアンテナを用いているが、形状が大きく、比較的重
く運搬するのに困難が伴う上に、ビーム幅が21度と狭く
固定の為、ヘリコプターを手動追尾することが必要不可
欠である。
また、衛星放送に於ては、従来の放送送出用アンテナで
は、任意に特定地域へのサービスを実施することは出来
ない。
そこで、小型、軽量なMSAを基本素子として同相に励振
されるよう接続された、2組の平面アレーアンテナを可
変電力分配器により、任意の電力比で励振すると、その
アンテナパターンは、第3図に示したアンテナパターン
12,13のようになる。
例えば、アンテナパターン12は、1組だけの平面アレー
アンテナを励振した場合に相当する。一方アンテナパタ
ーン13は、2組両方の平面アレーアンテナを励振した場
合に相当する。従って本発明によって、小型軽量でビー
ム幅が電子的に可変出来る、可搬性に優れた可変ビーム
幅平面アンテナ装置が実現する。
例えば、第1図を例にとりアナテナ性能の試算結果を示
す。MSA基本素子を16個用いて、そのうちMSA素子1素子
で第1図の平面アレーアンテナ10を構成し、残りのMSA
素子15素子で平面アレーアンテナ11を構成したとすると
計算によって得られるアンテナ利得、ビーム幅は次のよ
うになる。
可変電力分配器2の移相器5の移相量を調整して第1図
の分配出力をeのみとしたときは、本アンテナは、平面
アレーアンテナ10だけが励振されるだけなので、MSA1素
子の特性そのままとなる。この場合の本発明による装置
のアンテナ利得は約5dBビーム幅約90度となる。
次に、分配出力をe:f=1:15とすると、全MSA基本素子
は、それぞれ同相に等しい電力で励振されるので、本装
置は、平面アレーアンテナ10及び11で動作し、同相給電
されたMSA16素子のアンテナ特性となる。この場合の本
発明による装置のアンテナ利得は約17dBビーム幅約20度
となる。
以上のように、容易にビーム幅を可変出来ることから、
従来のヘリコプターの手動追尾に要する労力は、大幅に
低減すると考えられる。
同様にして、放送衛星搭載用パラボラアンテナに於ける
一次放射器に本アンテナ装置を用いれば、従来の固定的
な放送サービス地域を可変とすることができる。
【図面の簡単な説明】 第1図は、本発明アンテナ実施例の構成略ブロック線図
を示し、 第2図は、第1図示平面アンテナの外観例を示し、 第3図は、本発明アンテナのアンテナ指向特性パターン
例を示し、 第4図(a)〜(d)は、MSA基本素子のいくつかの例
を示し、 第5図はヘリスター中継の一例を示し、 第6図(a),(b)は可変電力分配器の原理を説明す
るための略回路線図(a)と出力分配比特性(b)とを
それぞれ示し、 第7図は、3dB HYBの原理を説明するための図である。 1……入力端子、2……可変電力分配器 3……ダミーロード、4……3dB HYB 5……移相器、6……MSA 7……μ波帯送信機、8,9……2の出力端子 10,11……平面アレーアンテナ 12,13……アンテナ指向特性パターン 14……給電点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 晃 東京都渋谷区神南2丁目2番1号 日本放 送協会放送センター内 (56)参考文献 特開 昭51−14241(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1の3dBハイブリッド回路の一方の入力
    端子および一方の出力端子にそれぞれダミーロードおよ
    び移相器の入力端子が接続され、前記第1の3dBハイブ
    リッド回路の他方の出力端子および前記移相器の出力端
    子が第2の3dBハイブリッド回路の2つの入力端子にそ
    れぞれ接続され、前記第1の3dBハイブリッド回路の他
    方の入力端子に入力信号を印加したとき、前記第2の3d
    Bハイブリッド回路の2つの出力端子のそれぞれから該
    2つの出力端子間の位相差が一定である信号を出力する
    可変電力分配器と、該可変電力分配器の出力をなす前記
    第2の3dBハイブリッド回路の2つの出力端子に同相に
    励振されるよう接続された2組のアンテナ素子とから構
    成されることを特徴とするアンテナ。
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