JPH08181528A - Phased array antenna - Google Patents
Phased array antennaInfo
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- JPH08181528A JPH08181528A JP32037894A JP32037894A JPH08181528A JP H08181528 A JPH08181528 A JP H08181528A JP 32037894 A JP32037894 A JP 32037894A JP 32037894 A JP32037894 A JP 32037894A JP H08181528 A JPH08181528 A JP H08181528A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、フェーズドアレーアン
テナに係り、とくにマイクロ波帯の電波を発信するフェ
ーズドアレーアンテナに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a phased array antenna and, more particularly, to a phased array antenna for transmitting microwave band radio waves.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般のフェーズドアレーアンテナは、
「1991年電子情報通信学会 講演論文集Ｂ−40」或いは
「特開平2-224505号公報」に開示されているように、複
数のサブアンテナならびに移送器，分岐回路，および制
御部から構成される。図８に従来例を示す。この図８に
示す従来例は説明のため、構成を簡略化してサブアンテ
ナを２個の場合を示す。2. Description of the Related Art A general phased array antenna is
It is composed of a plurality of sub-antennas, a transfer unit, a branch circuit, and a control unit, as disclosed in "Transactions of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, 1991, B-40" or "JP-A-2-224505". . FIG. 8 shows a conventional example. For the sake of explanation, the conventional example shown in FIG. 8 shows a case where the configuration is simplified and two sub-antennas are used.
【０００３】この図８に示す従来例においては、アンテ
ナ端子５５から入力された電力は、分岐回路６２により
分配され、各々移相器５１Ａ，５１Ｂを通過して各サブ
アンテナ５１1 ，５１2 へ給電される。[0003] In the conventional example shown in FIG. 8, the power input from the antenna terminal 55 is distributed by the branch circuit 62, respectively phase shifter 51A, through the 51B to each sub-antenna 51 1, 51 2 Powered.
【０００４】ここで、移相器５１Ａ，５１Ｂは制御部５
６からの信号に基づき移相量（通過位相）を変化させる
ことができる。いま、移相器５１Ａ，５１Ｂの移相量の
差を２φ、サブアンテナ５１1 ，５１2 相互間の距離を
２ｄとすると、フェーズドアレーアンテナ全体のビーム
方向θは、次式となる。 θ＝sin -1φ／ｋ0 ｄ （但し、ｋ0 ：自由空間での伝搬定数）…… となる。従って、この図８において、制御部５６は直接
的には移相器５１Ａ，５１Ｂの移相量の差２φを制御
し、間接的にフェーズドアレーアンテナ全体のビーム方
向θを制御している。Here, the phase shifters 51A and 51B are connected to the control unit 5
6, the phase shift amount (passing phase) can be changed. Now, the phase shifter 51A, a difference in the amount of phase shift of 51B 2 [phi, when the distance between sub-antennas 51 1, 51 2 mutually and 2d, the beam direction θ of the entire phased array antenna, the following equation. θ = sin −1 φ / k 0 d (where k 0 is a propagation constant in free space). Therefore, in FIG. 8, the control unit 56 directly controls the difference 2φ between the phase shift amounts of the phase shifters 51A and 51B, and indirectly controls the beam direction θ of the entire phased array antenna.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】フェーズドアレーアン
テナにおいては、移相器５１Ａ，５１Ｂとしては、図９
（装荷線路形）または図１０（線路切替形）に示すＰＩ
Ｎダイオード６３を利用したものが、従来より広く用い
られている。In the phased array antenna, the phase shifters 51A and 51B shown in FIG.
(Loaded track type) or PI shown in Fig. 10 (Track switching type)
The one using the N diode 63 has been widely used from the past.
【０００６】しかしながら、ＰＩＮダイオード６３は、
非線形特性，つまり電圧と電流の関係が線形でない特性
をもっているため、高電力に対しては高調波が発生す
る。そして、高電力を印加した場合、ＰＩＮダイオード
６３は破壊されるという不都合がある。このため、図９
又は図１０に示す移相器は高電力の送信アンテナには適
していない。However, the PIN diode 63 is
Since it has non-linear characteristics, that is, characteristics in which the relationship between voltage and current is not linear, harmonics are generated for high power. When high power is applied, there is a disadvantage that the PIN diode 63 is broken. Therefore, in FIG.
Alternatively, the phase shifter shown in FIG. 10 is not suitable for a high power transmission antenna.
【０００７】また、図９又は図１０の移相器は、通常、
マイクロストリップ回路を用いて構成されているため、
挿入損失が大きいという欠点もある。例えば、衛星通信
等で広く用いられているｋｕ帯（１１〜１４GHz 帯）に
おいては、マイクロストリップ移相器の挿入損失は約１
〔ｄＢ〕〜４〔ｄＢ〕である。The phase shifter shown in FIG. 9 or FIG.
Because it is configured using a microstrip circuit,
There is also a disadvantage that insertion loss is large. For example, in the ku band (11 to 14 GHz band) widely used in satellite communication and the like, the insertion loss of the microstrip phase shifter is about 1 unit.
[DB] to 4 [dB].
【０００８】[0008]
【発明の目的】本発明は、かかる従来例の有する不都合
を改善し、とくに低挿入損失でしかも素子破壊或いは高
調波発生のおそれはなく、高電力の送信アンテナに好適
なフェーズドアレーアンテナを提供することを、その目
的とする。An object of the present invention is to provide a phased array antenna suitable for a high-power transmitting antenna, which solves the disadvantages of the prior art and has a low insertion loss and no risk of element destruction or harmonic generation. That is its purpose.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、複数のサブアンテナと、導波管を介して送り込まれ
る高周波電力を各サブアンテナに向けて分岐するハイブ
リット結合器を備えた給電回路部とを有し、各サブアン
テナへの給電位相を各々変化させることによりアレーア
ンテナ全体のビーム方向を制御するビーム方向制御部を
装備してなるフェーズドアレーアンテナにおいて、給電
回路部が、前述したハイブリット結合器の入力側に直線
偏波の偏波角を回転させる偏波回転器と偏分波器とを装
備する、という構成を採っている。これによって前述し
た目的を達成しようとするものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a feeder circuit including a plurality of sub-antennas and a hybrid coupler for branching high-frequency power sent through a waveguide toward each sub-antenna. And a beam direction control unit for controlling the beam direction of the entire array antenna by changing the feeding phase to each sub-antenna. The input side of the coupler is equipped with a polarization rotator that rotates the polarization angle of the linearly polarized wave and a polarization splitter. This aims to achieve the above-mentioned object.
【００１０】請求項２記載の発明では、偏波回転器とし
て、π位相差板を使用する、という構成を採っている。According to the second aspect of the invention, a π retardation plate is used as the polarization rotator.
【００１１】請求項３記載の発明では、偏波回転器とし
て、ファラデー回転形偏波回転器を使用する、という構
成を採っている。According to the third aspect of the invention, a Faraday rotation type polarization rotator is used as the polarization rotator.
【００１２】[0012]
【作 用】ハイブリッド結合器２から二つのサブアンテ
ナ１1 ，１2 への出力Ｅ1 およびＥ2 は次のように表さ
れる。Ｅ1 ，Ｅ2 は互いに同振幅であり、位相差は２φ
となる。よって、サブアンテナ１1 ，１2 間の距離を２
ｄとおくと、フェーズドアレーアンテナ全体のビーム方
向θは、ほぼ「θ＝sin -1φ／ｋ0 ｄ（但し、ｋ0：自
由空間での伝搬定数）」となる。従って、偏波回転器４
および制御部６により偏波角φを制御すれば、それに応
じてビーム方向を制御することができる。Output E 1 and E 2 of the for work] from the hybrid coupler 2 to the two sub-antennas 1 1, 1 2 can be expressed as follows. E 1 and E 2 have the same amplitude and a phase difference of 2φ
Becomes Therefore, the distance between the sub-antenna 1 1, 1 2 2
If d is set, the beam direction θ of the entire phased array antenna is approximately “θ = sin −1 φ / k 0 d (where k 0 : propagation constant in free space)”. Therefore, the polarization rotator 4
When the polarization angle φ is controlled by the controller 6 and the controller 6, the beam direction can be controlled accordingly.
【００１３】[0013]
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１乃至図５に基
づいて説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
【００１４】最初に、本実施例にかかるフェーズドアレ
ーアンテナの動作原理を図１乃至図３に基づいて説明す
る。First, the operating principle of the phased array antenna according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
【００１５】本実施例のフェーズドアレーアンテナは、
図１に示すように、複数のサブアンテナ１1 ，１2 及び
ハイブリッド結合器２，偏分波器３，偏波回転器４，制
御部６から構成される。以下、サブアンテナが二個の場
合を例にとって説明する。The phased array antenna of this embodiment is
As shown in FIG. 1, it is composed of a plurality of sub-antennas 1 1 and 1 2 and a hybrid coupler 2, a polarization demultiplexer 3, a polarization rotator 4, and a controller 6. Hereinafter, a case where the number of sub-antennas is two will be described as an example.
【００１６】アンテナ端子５（Ａ点）からは、ｘ軸に平
行な直線偏波Ｅが入力される（図２Ａ点）。いま、偏波
回転器４が直線偏波の偏波角をφだけ変えるよう設定さ
れていたとすると、偏波回転器４の出力（Ｂ点）でのｘ
成分はＥcos φ、ｙ成分はＥsin φとなる（図２, Ｂ
点）。From the antenna terminal 5 (point A), a linearly polarized wave E parallel to the x-axis is input (point A in FIG. 2). Now, if the polarization rotator 4 is set to change the polarization angle of linearly polarized light by φ, then x at the output (point B) of the polarization rotator 4
The component is Ecos φ and the y component is E sin φ (Fig. 2, B
point).
【００１７】この図２のＢ点のｘ成分は偏分波器３のＸ
端子を経由しハイブリッド結合器２の主端子（ルート
Ｘ）へ、またｙ成分は偏分波器３のＹ端子を経由してハ
イブリッド結合器２の副端子（ルートＹ）へ入力され、
両者は再び合成される。ここで、ルートＸ，Ｙ間の位相
差が90゜であれば、ハイブリッド結合器２から二つのサ
ブアンテナ１1 ，１2 への出力Ｅ1 （Ｃ点）およびＥ2
（Ｄ点）は次のように表される。 Ｅ1 ＝１／ルート２（Ｅcos φ＋ｊＥsin φ） ＝Ｅ／ルート２exp （ｊφ） …………… Ｅ2 ＝１／ルート２（Ｅcos φ−ｊＥsin φ） ＝Ｅ／ルート２exp （−ｊφ） ……………The x component at the point B in FIG.
Via the terminal to the main terminal (route X) of the hybrid coupler 2, and the y component to the sub-terminal (route Y) of the hybrid coupler 2 via the Y terminal of the polarization splitter 3,
Both are synthesized again. Here, the route X, if the phase difference is 90 ° between Y, the output E 1 (C point) of the hybrid coupler 2 to the two sub-antennas 1 1, 1 2 and E 2
(Point D) is expressed as follows. E 1 = 1 / route 2 (E cos φ + jE sin φ) = E / route 2 exp (jφ) ………… E 2 = 1 / route 2 (E cos φ-jE sin φ) = E / route 2 exp (−jφ) …… ………
【００１８】つまり、Ｅ1 ，Ｅ2 は互いに同振幅であ
り、位相差は２φとなる。よって、サブアンテナ１1 ，
１2 間の距離を２ｄとおくと、フェーズドアレーアンテ
ナ全体のビーム方向θは、ほぼ θ＝sin -1φ／ｋ0 ｄ …………… 但し、ｋ0 ：自由空間での伝搬定数 となる。従って、偏波回転器４および制御部６により偏
波角φを制御すれば、それに応じてビーム方向を制御す
ることができる。That is, E 1 and E 2 have the same amplitude and a phase difference of 2φ. Therefore, the sub-antennas 1 1 ,
Assuming that the distance between 1 and 2 is 2d, the beam direction θ of the entire phased array antenna is approximately θ = sin −1 φ / k 0 d where k 0 is a propagation constant in free space. . Therefore, if the polarization rotator 4 and the controller 6 control the polarization angle φ, the beam direction can be controlled accordingly.
【００１９】次に、本実施例によるフェーズドアレーア
ンテナの具体例を図５に基づいて説明する。Next, a concrete example of the phased array antenna according to this embodiment will be described with reference to FIG.
【００２０】この図５のフェーズドアレーアンテナにお
いては、ハイブリッド結合器２としてはマジックＴ１１
が使用され、また、偏波回転器４としてπ位相差板（π
Polarizer ）１２が使用されている。π位相差板１２は
二つのロータリージョイント１３，１４にはさまれてお
り、その角度は制御部６および駆動部９により連続可変
となっている。In the phased array antenna shown in FIG. 5, a magic coupler T11 is used as the hybrid coupler 2.
Is used, and a π phase difference plate (π
Polarizer) 12 is used. The π retardation plate 12 is sandwiched between two rotary joints 13 and 14, and its angle is continuously variable by the control unit 6 and the drive unit 9.
【００２１】ここで、π位相差板１２の移相面とｘ軸の
なす角度がψであるとき、ｘ軸に平行な入力偏波Ｅは、
π位相差板１２によってｘ軸に対して２ψの傾きをもつ
出力偏波Ｅ’に変換される（図６参照）。即ち、 φ＝２ψ ………………Here, when the angle between the phase shift surface of the π phase difference plate 12 and the x-axis is ψ, the input polarization E parallel to the x-axis is
The π retardation plate 12 converts the output polarized wave E ′ having an inclination of 2ψ with respect to the x axis (see FIG. 6). That is, φ = 2ψ ………………
【００２２】この式を前述した式に代入すると、フ
ェーズドアレーアンテナ全体のビーム方向θとπ位相差
板１２の角度ψの間に次の関係式を得る。 θ＝sin -1２ψ／ｋ0 ｄ （但し、ｋ0 ：自由空間での伝搬定数）……When this equation is substituted into the above equation, the following relational expression is obtained between the beam direction θ of the entire phased array antenna and the angle の of the π phase plate 12. θ = sin −1 2ψ / k 0 d (where k 0 : propagation constant in free space)
【００２３】ここで、π位相差板１２の角度ψは、制御
部６及び駆動部９により連続可変であるので、アンテナ
ビーム方向θもまた（デジタルでなく）連続可変とな
る。Here, since the angle ψ of the π phase difference plate 12 is continuously variable by the control unit 6 and the drive unit 9, the antenna beam direction θ is also continuously variable (not digital).
【００２４】図７に他の実施例を示す。この図７に示す
実施例は、ハイブリッド結合器としては図５と同様にマ
ジックＴ１１が、偏波回転器４としてファラデー回転形
偏波回転器２２を用いている。FIG. 7 shows another embodiment. The embodiment shown in FIG. 7 uses a magic T11 as the hybrid coupler as in FIG. 5, and a Faraday rotation type polarization rotator 22 as the polarization rotator 4.
【００２５】ここで、ファラデー回転形偏波回転器２２
とは、磁化されたフェライトによるファラデー回転現象
を利用した導波管部品であり、直線偏波の偏波角を回転
させることができる。本実施例では、内蔵されたフェラ
イト１０の磁化の方向が制御部６からの電流により決定
され、これに従ってファラデー回転形偏波回転器２２の
出力直線偏波の角度φが制御されるようになっている。Here, the Faraday rotation type polarization rotator 22
Is a waveguide component that utilizes the Faraday rotation phenomenon caused by magnetized ferrite, and can rotate the polarization angle of linearly polarized light. In this embodiment, the direction of magnetization of the built-in ferrite 10 is determined by the current from the control unit 6, and the angle φ of the output linear polarization of the Faraday rotation type polarization rotator 22 is controlled accordingly. ing.
【００２６】このように、ファラデー回転形偏波回転器
２２を用いると、機械的制御を伴わず、電気制御のみに
よりビーム方向を変えることができる。As described above, when the Faraday rotation type polarization rotator 22 is used, the beam direction can be changed only by electric control without mechanical control.
【００２７】以上、例に挙げた構成例図５，図７はいず
れも導波管部品のみで構成できるので、前述したｋｕ帯
においても 0.2 〔ｄＢ〕〜0.5 〔ｄＢ〕程度の挿入損
失で実現可能であり、且つ高耐電力となっている。As described above, the configuration examples shown in FIGS. 5 and 7 can be constituted only by the waveguide components, so that even in the above-mentioned ku band, the insertion loss is about 0.2 [dB] to 0.5 [dB]. It is possible and has high power durability.
【００２８】[0028]
【発明の効果】以上ように本発明によると、フェーズド
アレーアンテナ本体を導波管部品のみで容易に構成でき
るため、低損失かつ高耐電力の従来にない優れたフェー
ズドアレーアンテナを得ることができる。As described above, according to the present invention, since the phased array antenna main body can be easily constituted only by the waveguide components, an excellent phased array antenna having low loss and high power resistance, which has not been achieved in the past, can be obtained. .
【００２９】また、偏波回転器としてπ位相差板を使用
すれば（デジタルでない）連続可変のビーム方向制御が
可能となり、更に、偏波回転器としてファラデー回転形
偏波回転器を使用すると、機械的制御を伴わない電気制
御のみによるビーム方向制御が可能となる、という従来
にない優れたフェーズドアレーアンテナを得ることがで
きる。Further, if a π phase difference plate is used as the polarization rotator, it is possible to control the beam direction continuously (not digitally), and if a Faraday rotation type polarization rotator is used as the polarization rotator, An unprecedented superior phased array antenna in which the beam direction can be controlled only by electric control without mechanical control can be obtained.
【図１】本発明によるフェーズドアレーアンテナのブロ
ック図である。FIG. 1 is a block diagram of a phased array antenna according to the present invention.
【図２】図１に示す実施例の原理説明図で、図１内のア
ンテナ端子Ａ点と偏回転器の出力側Ｂ点における各出力
を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory view of the principle of the embodiment shown in FIG. 1 and shows respective outputs at a point A of an antenna terminal and a point B on the output side of the eccentric rotator in FIG. 1;
【図３】図１に示す実施例の原理説明図で、図１内のハ
イブリット結合器の一方の出力を示す説明図である。3 is a principle explanatory diagram of the embodiment shown in FIG. 1, and is an explanatory diagram showing one output of the hybrid coupler in FIG.
【図４】図１に示す実施例の原理説明図で、図１内のハ
イブリット結合器の他方の出力を示す説明図である。4 is an explanatory view of the principle of the embodiment shown in FIG. 1, and is an explanatory view showing the other output of the hybrid coupler in FIG.
【図５】図１に示す実施例の具体例を示す構成図であ
る。FIG. 5 is a configuration diagram showing a specific example of the embodiment shown in FIG. 1;
【図６】図５に示す実施例で開示したπ位相差板部分の
断面内における動作を示す説明図である。6 is an explanatory diagram showing an operation in a cross section of a π retardation plate disclosed in the embodiment shown in FIG. 5;
【図７】図１に示す実施例の他の具体例を示す構成図で
ある。FIG. 7 is a configuration diagram showing another specific example of the embodiment shown in FIG.
【図８】従来例を示すブロック図である。FIG. 8 is a block diagram showing a conventional example.
【図９】従来例における装荷線路形の移相器の回路図で
ある。FIG. 9 is a circuit diagram of a loaded line type phase shifter in a conventional example.
【図１０】従来例における線路切替形の移相器の回路図
である。FIG. 10 is a circuit diagram of a conventional line switching type phase shifter.
１1 ，１2 サブアンテナ ２ ハイブリッド結合器 ３ 偏分波器 ４ 偏波回転器 ５ アンテナ端子 ６ ビーム方向制御部（制御部） ７ 円形矩形変換導波管 １１ マジックＴ １２ π位相差板 ２２ ファラデー回転形偏波回転器DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1 and 1 2 sub-antenna 2 hybrid coupler 3 polarization splitter 4 polarization rotator 5 antenna terminal 6 beam direction control part (control part) 7 circular rectangular conversion waveguide 11 magic T 12 π phase difference plate 22 Faraday Rotary polarization rotator
Claims (3)
送り込まれる高周波電力を前記各サブアンテナに向けて
分岐するハイブリット結合器を備えた給電回路部とを有
し、前記各サブアンテナへの給電位相を各々変化させる
ことによりアレーアンテナ全体のビーム方向を制御する
ビーム方向制御部を装備してなるフェーズドアレーアン
テナにおいて、 前記給電回路部が、前記ハイブリット結合器の入力側
に、直線偏波の偏波角を回転させる偏波回転器と偏分波
器とを装備したことを特徴とするフェーズドアレーアン
テナ。1. A plurality of sub-antennas, and a feeding circuit section having a hybrid coupler for branching high-frequency power sent through a waveguide toward each of the sub-antennas. In a phased array antenna equipped with a beam direction control unit for controlling the beam direction of the entire array antenna by changing each of the feeding phases of the array antenna, the feeding circuit unit has a linear polarization on the input side of the hybrid coupler. A phased array antenna, which is equipped with a polarization rotator that rotates the polarization angle of and a polarization splitter.
用したことを特徴とする請求項１記載のフェーズドアレ
ーアンテナ。2. The phased array antenna according to claim 1, wherein a π retardation plate is used as the polarization rotator.
形偏波回転器を使用したことを特徴とする請求項１記載
のフェーズドアレーアンテナ。3. The phased array antenna according to claim 1, wherein a Faraday rotation type polarization rotator is used as the polarization rotator.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6320378A JP2629623B2 (en) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | Phased array antenna |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6320378A JP2629623B2 (en) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | Phased array antenna |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08181528A true JPH08181528A (en) | 1996-07-12 |
| JP2629623B2 JP2629623B2 (en) | 1997-07-09 |
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ID=18120812
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6320378A Expired - Fee Related JP2629623B2 (en) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | Phased array antenna |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2629623B2 (en) |
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1994
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Also Published As
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|---|---|
| JP2629623B2 (en) | 1997-07-09 |
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