JPH09130139A - アンテナ装置 - Google Patents

アンテナ装置

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JPH09130139A
JPH09130139A JP28580195A JP28580195A JPH09130139A JP H09130139 A JPH09130139 A JP H09130139A JP 28580195 A JP28580195 A JP 28580195A JP 28580195 A JP28580195 A JP 28580195A JP H09130139 A JPH09130139 A JP H09130139A
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JP
Japan
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antenna
antenna device
dielectric
gain
msa
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JP28580195A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Sato
裕之 佐藤
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ビームを走査したとき低仰角において利得が
あまり低下しないアンテナ装置を得る。 【解決手段】 基本モードで励振されるマイクロストリ
ップアンテナ3aと、インダクタンスが装荷され、広い
ビーム幅を有するマイクロストリップアンテナ4aを備
え、アンテナ3aを中央部、アンテナ4aを周辺部に配
置した。主ビームの仰角が低いときアンテナ4aの利得
が大きいから、すべての素子アンテナをアンテナ3aで
構成する場合と比べて、合成されたビームの利得は低下
しない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、複数の素子アン
テナから構成され、移動体と衛星との間の通信等に利用
されるアンテナ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、移動体衛星通信で使用され、複数
の素子アンテナから構成されるアンテナ装置として、例
えば図19に示されるものがある。同図は特開平1−2
90301号公報に記載されたフェーズドアレーアンテ
ナを示す斜視図である。ここでは円形のマイクロストリ
ップアンテナと移相器を積層した構造が示されている
が、配置されるマイクロストリップアンテナとしては同
一種類のアンテナが示されている。
【0003】また、従来の他のアンテナ装置として、例
えば図20に示されるものがある。同図は特開平1−1
57603号公報に記載された平面アンテナの図であ
る。同図にはコーポレート給電された給電線路の先端に
矩形のマイクロストリップアンテナを配置した構成が示
されているが、こちらも配置される素子アンテナとして
は同一種類のアンテナが示されている。
【0004】また、特開平2−266704号公報特開
平4−213905号公報にも複数の素子アンテナを平
面状に配置してなるアンテナ装置が記載されている。以
上の平面アンテナにおいて、平面状に配置される素子ア
ンテナの種類は1種類である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この種のア
ンテナは移動体衛星通信に使用されることが多い。この
場合、衛星を捕捉するために、移動体の動揺に従いアン
テナのビームを走査して衛星との通信を確保する必要が
ある。そのため、ビームを電子的に走査することができ
るいわゆるフェーズドアレーアンテナが多く使用され
る。しかし、フェーズドアレーアンテナを構成する素子
アンテナは指向性を持つため、ビーム走査角が大きくな
るにつれて利得が低下するという問題があった。このこ
とはビームを大きく走査する場合において特に顕著であ
った。
【0006】この発明は、この問題点を解消するために
なされたものであり、ビーム走査角が大きいときでも利
得の低下を抑制することができるアンテナ装置を得るこ
とを目的とする。また、この発明は円偏波のビーム走査
時において最大電界強度と最小電界強度との比である軸
比が良好なアンテナ装置を得ることを目的とする。ま
た、この発明はサイドローブを低くすることが可能なア
ンテナ装置を得ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1に係るアンテナ
装置は、地導体上に設けられた誘電体と、この誘電体上
に平面状に配置された複数の素子アンテナとを備えたア
ンテナ装置において、上記複数の素子アンテナを、互い
に異なる放射指向性を有する第1の素子アンテナと第2
の素子アンテナとから構成するとともに、上記第1の素
子アンテナを中心に配置し、上記第2の素子アンテナを
周辺に配置したものである。
【0008】請求項2に係るアンテナ装置は、上記第2
の素子アンテナの放射指向性を、上記第1の素子アンテ
ナの放射指向性よりも広くしたものである。上記第2の
素子アンテナの低仰角における利得が大きくなるためビ
ーム走査角が大きい場合でも低仰角におけるビーム合成
後の利得が向上する。仰角とは上記第1及び第2の素子
アンテナが配置されている面から測った角度である。図
5(b)に示されたθS とは、(仰角)=90°−θS
なる関係がある。
【0009】請求項3に係るアンテナ装置は、上記第2
の素子アンテナに電流方向に対して直列にインダクタン
スを装荷して上記放射指向性を得たものである。
【0010】請求項4に係るアンテナ装置は、上記第1
の素子アンテナを矩形スロットにより構成するととも
に、上記第2の素子アンテナを長手方向に直交する方向
の幅を狭くしたスロットにより構成したものである。
【0011】請求項5に係るアンテナ装置は、上記第2
の素子アンテナの放射指向性を、低仰角における利得が
高くなる双峰特性としたものである。上記第2の素子ア
ンテナの低仰角における利得が大きくなるためビーム走
査角が大きい場合でも低仰角におけるビーム合成後の利
得が向上する。
【0012】請求項6に係るアンテナ装置は、上記第2
の素子アンテナを高次モードで励振して上記放射指向性
を得たものである。
【0013】請求項7に係るアンテナ装置は、上記第2
の素子アンテナの放射指向性を、低仰角方向に主ビーム
を有する特性としたものである。上記第2の素子アンテ
ナの低仰角における利得が大きくなるためビーム走査角
が大きい場合でも低仰角におけるビーム合成後の利得が
向上する。
【0014】請求項8に係るアンテナ装置は、上記第2
の素子アンテナを上記誘電体上に印刷された八木アンテ
ナとしたものである。
【0015】請求項9に係るアンテナ装置は、上記第1
の素子アンテナを基本モードで励振される第1の線条放
射素子とし、上記第2の素子アンテナを高次モードで励
振される第2の線条放射素子としたものである。
【0016】請求項10に係るアンテナ装置は、上記第
1の線条放射素子を、上記第2の線条放射素子よりも正
面方向の利得を大きくしたものである。基本モードで励
振される上記第1の線条放射素子と高次モードで励振さ
れる上記第2の線条放射素子の密度が開口周辺で上記第
2の線条放射素子が大きくなり、テーラー分布等の均一
分布以外の分布を形成する。
【0017】請求項11に係るアンテナ装置は、上記誘
電体を、上記第1の素子アンテナが配置される第1の誘
電体と、上記第2の素子アンテナが配置される第2の誘
電体とから構成し、上記第1の誘電体の誘電率と上記第
2の誘電体の誘電率とを異ならせたものである。誘電率
の相違により上記第1の素子アンテナの放射特性と上記
第2の素子アンテナの放射特性とを独立に変えることが
できる。また、合成ビームの軸比が小さくなるようにす
ることもできる。
【0018】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態1.以下、この発明の一実施の形態に
ついて図を用いて説明する。図1はこの発明の発明の実
施の形態1である平面アンテナ装置である。なお、図1
においてアンテナのビームを走査するための移相器等の
記載は省略している。図1(a)は上面図、図1(b)
はそのA−A断面図である。図1のアンテナは5×7=
35個の素子アンテナを備える。これら素子アンテナ
は、図1(a)(b)に示されたトーナンメント給電回
路によりそれぞれ給電される。なお、説明の便宜上、図
に示すように横軸にX軸を、縦軸にY軸をとり特定の素
子アンテナを座標で表す。たとえば、左角の素子アンテ
ナを(0、0)と、右角の素子アンテナを(4、6)と
表す。
【0019】図において1は地導体、2は地導体1上に
形成された誘電体基板である。3aは、35個の素子ア
ンテナのうちで基本モードで励振される素子アンテナで
ある。ここでは良く使用されるTM11モードで励振さ
れた円形マイクロストリップアンテナ(以下、「基本M
SA」と記す)とする。基本MSA3aは、(i,j)
(i=1,2,3、j=1,2,3,4,5)の位置に
配置された合計3×5=15個の素子アンテナである。
図中、基本MSA3aに斜線が付されている。
【0020】4aは、35個の素子アンテナのうちで広
いビーム幅を有するマイクロストリップアンテナ(以
下、「広MSA」と記す)である。広MSA4aは、基
本MSA3aを囲むように周辺部に配置されている。広
MSA4aは、(0,0)〜(0,6)、(1,0)、
(1,6)、(2,0)、(2,6)、(3,0)、
(3,6)、(4,0)〜(4,6)の位置に配置され
た20個の素子アンテナである。
【0021】10は35個の素子アンテナに給電するた
めの給電回路、11は給電端子である。平面アンテナ1
2は、地導体板1、誘電体基板2、基本MSA3a、広
MSA4a、給電回路10、給電端子11により構成さ
れる。図1(a)の給電回路はトーナメント分配方式を
採用している。各列において、Y=1と2とが、Y=3
と4とが、Y=5と6とがそれぞれ接続される。さら
に、Y=0とY=1、2の接続線とが、Y=3、4の接
続線とY=5、6の接続線とがそれぞれ接続される。さ
らに、Y=0〜3の接続線とY=4〜6の接続線とが接
続される。このように各列ごとに1つの給電線にまとめ
られる。各列ごとにまとめられた給電線はさらにまとめ
られ、給電端子11に接続される。
【0022】図1(b)からわかるように、給電回路1
0は地導体1の下側(誘電体基板2の反対側)に設けら
れている。給電回路10は2枚の誘電体基板にはさまれ
ている。また、地導体1と反対側には別の地導体板が設
けられている。
【0023】次に発明の実施の形態1の動作について説
明する。一般にアレーアンテナの指向特性は良く知られ
ているように素子アンテナの指向性と配列係数いわゆる
アレーファクタの積によりもとめられる。 R(θ,φ)=Σ{Fn(θ,φ)×An(θ,φ)} ここでR(θ,φ)はアレーアンテナの放射指向性を表
す関数 Fn(θ,φ)は素子アンテナの放射指向性を表す関数 An(θ,φ)は配列により定まるアレーファクタ θは平面アンテナの法線を基準として測ったビーム角
【0024】ビーム走査を行う場合、アレーアンテナの
開口は走査角θS に対しCOS(θS)倍されるから、
走査角θSが90度に近づくにつれ利得低下が生じる。
また、個々の素子アンテナの指向性Fn(θ,φ)も走
査角θSが90度に近づくにつれ低下する。例えば、図
2(a)のような電流分布により素子アンテナをTM1
1モードで励振した場合は、図2(b)の3aのように
COSP θの指向性を有し、ビーム走査角が大きくなる
ほど素子の電界振幅は小さくなり利得が低下する。
【0025】このように、アレーアンテナのビーム走査
時の利得低下は素子の指向性とアレーファクタの両方に
関係している。
【0026】そこでこの発明の実施の形態1では、平面
アンテナを構成するときに、図2(b)に3aとして示
される通常のビーム幅を有する素子アンテナ(基本MS
A)を中心に、図2(b)に4aとして示される広いビ
ーム幅を有する素子アンテナ(広MSA)を周辺に配置
することにより、ビームを大きく走査したときの利得低
下を抑制する。
【0027】このことをベクトル図を用いて説明する。
アレーアンテナの合成振幅は各素子アンテナの電界ベク
トルの和である。たとえば個々の素子アンテナの電界ベ
クトルをe1 ,e2 ,・・・,en とし、これらの位相
が不均一のときは図3(a)のように合成ベクトルEが
得られる。一方、所望のビーム方向で各素子アンテナか
らの位相が揃うという共相条件が成り立つときは電界ベ
クトルe1 ,e2 ,・・・,en の位相は一致するか
ら、図3(b)に示されるように合成ベクトルEは各振
幅の単純和となる。共相条件が成立するとき、合成ベク
トルEは最大となる。
【0028】ここで話を簡単にするため、#1〜#4の
素子アンテナからなる4素子のリニアアレーを例にとり
説明する。図4のように、リニアアレーの中央部に基本
MSA、両端に広MSAを配置する。同図において、実
線3a,4aはそれぞれ基本MSAの放射指向性、広M
SAの放射指向性を示す。また、点線3aは広MSAと
の比較のための基本MSA3aの放射指向性である。#
1及び#4の特性図からわかるように、放射指向性3a
と4aとが交わる点が中心軸をはさんで対象の位置に存
在する。ここで、基本MSA3aと広MSA4aの素子
電界振幅が等しくなる角度をθC とする。
【0029】ビーム角θS がθC よりも大きく、かつ、
共相条件が成り立つ場合は、その合成ベクトルはリニア
アレーが基本MSAのみから構成されている場合の合成
ベクトルより大きくなる。したがって、ビーム走査方向
利得の低下は、リニアアレーが基本MSAのみから構成
されている場合比べ小さくできることが分かる。なお、
共相条件は各素子アンテナへの給電回路の位相(電気
長)を合わせることにより実現される。
【0030】このことを式を用いて説明する。θS >θ
C のとき、合成ベクトルは、 ABS(E(θS ))2 = 2・ABS(FB (θS ))2 +2・ABS(FN (θS ))2 > 4・ABS(FN (θS ))2 ただし、ABS()は絶対値記号、FN (θS )は基本
MSAの放射指向性、FB (θS )は広MSAの放射指
向性である。また、#1〜#4の素子アンテナの電界を
1 ,e2 ,e3 ,e4 としたときθ=θS では、 ABS(FB (θS ))2 =ABS(e12 ABS(FN (θS ))2 =ABS(e22 =ABS(e32 ABS(FB (θS ))2 =ABS(e42 なる関係が成立する。
【0031】この発明の実施の形態1による合成後の放
射指向性の特定図を図5(a)に示す。図5(a)は、
図5(b)に示すように平面アンテナ12の法線を基準
にビーム方向を測った角度である。
【0032】図5(a)において、実線21はこの発明
の実施例1の中心利得のエンベローブ、実線22は発明
の実施例1によるビームの放射指向性である。点線23
は従来のアンテナ装置の中心利得のエンベローブ、点線
24は従来のアンテナ装置によるビームの放射指向性で
ある。角度θを変化させたときにビームの放射指向性2
2の中心利得が順次描く線が中心利得エンベローブ21
である。中心利得エンベローブ23も同様である。
【0033】図5(a)からわかるように、ABS(θ
S )>ABS(θC )において発明の実施の形態1によ
る中心利得エンベローブ21の値は、従来の中心利得エ
ンベローブ23の値よりも大きい。したがって、ビーム
を大きく走査されたときに放射指向性は改善される。一
方、正面方向、つまりABS(θS )<ABS(θC
において逆に放射指向性の利得は逆に減少する。しか
し、通常のフェーズドアレーアンテナの設計においては
正面方向では利得にマージンをもっているのであまり問
題にならない。
【0034】ところで広い放射指向特性を有する広MS
Aを得るには、たとえば、電流方向に直列にインダクタ
ンスを装荷する。すると基本モード励振時のビーム幅
(図2(b)の3a)よりも広い特性(同図(b)の4
a)が得られる。また、他の手段によって広MSAを得
てもよい。
【0035】なお、上記の動作説明の一部でリニアアレ
ーを用いたが、これは説明を簡単にするためであって、
図1の平面アンテナ装置も同様に動作するのは言うまで
もない。なお、図1の平面アンテナ装置において、個々
の素子アンテナは格子状に配列されていたが、これに限
るものではない。要は、中心に基本MSAが、周辺にM
SAが配置されていればよい。もっとも、各素子アンテ
ナ間の感覚が不適切である(広い)とビーム走査時グレ
ーティングローブと呼ばれる不要な放射指向性が発生す
る。したがって、グレーティングローブを発生させずに
単位面積あたりの素子数を最小にするという点では、図
6に示す正三角形状に配置するのが適当である。
【0036】以上のようにこの発明の実施の形態1のア
ンテナ装置によれば、中心に基本MSAが、周辺に広M
SAが配置されているので、ビーム走査角が大きいとき
でも利得の低下を抑制することができる。
【0037】発明の実施の形態2.上記発明の実施の形
態1において、広いビームパターンを得るために素子ア
ンテナにリアクタンス成分を装荷したが、これに代えて
高次モードで励振するようにしてもよい。
【0038】図7はこの発明の実施の形態2のアンテナ
装置を示す図である。図7(a)は上面図、図7(b)
はそのA−A断面図である。同図において、給電回路の
表示は省略されている。同図において1は地導体、2は
誘電体基板である。3aは基本モードで励振された素子
アンテナであり、ここでは良く使用されるTM11モー
ドで励振された円形マイクロストリップアンテナ(以下
「基本MSA」)である。4bは高次モードで励振され
たマイクロストリップアンテナ(以下「高MSA」)で
あり、TM21モードで励振される。高MSA4bは中
心部に空間を有するドーナツ状をしている。図7のアン
テナ装置12は、15個の基本MSA3aをアレー開口
の中心部に配置し、20個の高MSA4bを開口周辺部
に配置した構成となっている。MSA3a,4bの配置
は発明の実施の形態1の場合と同じである。
【0039】次に、発明の実施の形態2の動作について
説明する。基本MSA3aのパターンは発明の実施の形
態1のものと同じである。他方、高MSA4bのパター
ンは、図8(a)に示されるようなTM21モードの電
流分布で励振されるので、同図(b)のようなコニカル
状のパターン4bとなる。このパターン4bは双峰性の
特性を有し、θ=0°で利得が小さくなるものの、AB
S(θ)>45°においてそれぞれ利得のピークをも
つ。パターン4bは縦軸に対しておおむね対称である。
なお、高MSA4bがドーナツ状でよいのは、図8
(a)からわかるように中心に電流が流れないからであ
る。
【0040】基本MSA3aのパターン3a(図9
(b))とTM21モードで励振される高MSA4bの
パターン4b(図9(a))とが合成されると、図9
(c)に示されるような合成パターン25が得られる。
この図からわかるように、合成されたパターンによれば
θが大きくなるときの利得の低下は基本MSA3aに比
べ少なくなる。
【0041】この発明の実施の形態2による合成後の放
射指向性の特性図を図10に示す。図10において、実
線26はこの発明の実施例1の中心利得のエンベロー
ブ、実線25は図9(c)に示されたビームの放射指向
性である。点線23は従来のアンテナ装置の中心利得の
エンベローブ、点線24は従来のアンテナ装置によるビ
ームの放射指向性である。角度θを変化させたときにビ
ームの放射指向性22の中心利得が順次描く線が中心利
得エンベローブ26である。中心利得エンベローブ23
も同様である。
【0042】図10からわかるように、ABS(θS
>ABS(θC )において発明の実施の形態1による中
心利得エンベローブ26の値は、従来の中心利得エンベ
ローブ23の値よりも大きい。したがって、ビームを大
きく走査されたときに放射指向性は改善される。一方、
正面方向、つまりABS(θS )<ABS(θC )にお
いて逆に放射指向性の利得は逆に減少する。しかし、通
常のフェーズドアレーアンテナの設計においては正面方
向では利得にマージンをもっているのであまり問題にな
らない。
【0043】以上の説明からわかるように、この発明の
実施の形態2において、そのパターンはコニカル状にな
るため素子電界ベクトルは広角において振幅が大きくな
る。よってビーム走査位相を与えた場合すなわち共相条
件が成り立つ場合はその合成ベクトルは基本MSAのみ
の合成ベクトルより大きくなる。すなわちビーム走査方
向利得の低下が基本MSAのみの配置に比べ小さくでき
ることが分かる。
【0044】なお、高次モードでマイクロストリップを
励振するために次のようにする。一般には同軸線路等で
給電すると基本モードが励振される。そこで、高次モー
ドで励振するためには図8(a)のように、給電点A,
B,C,Dを対向させて2組(AとB,CとD)設け、
これらに同位相を与えるか、あるいは、直交した2点を
設け180°の位相差を与える方法がある。
【0045】具体的には、図8(a)のような分布を与
えるための給電方法として3つのケースがある。ケース
1は、給電点A,Bの給電位相をいずれも0°とする。
このとき給電点C,Dは特に制限されない。ケース2
は、給電点A,Cの給電位相をそれぞれ0°、180°
とする。このとき給電点B,Dは特に制限されない。ケ
ース3は、給電点A,B,C,Dの給電位相をそれぞ
れ、0°、0°、180°、180°とする。
【0046】以上のようにこの発明の実施の形態2のア
ンテナ装置によれば、中心に基本MSAが、周辺に高M
SAが配置されているので、ビーム走査角が大きいとき
でも利得の低下を抑制することができる。
【0047】発明の実施の形態3.上記発明の実施の形
態2のアンテナ装置において、高MSAを周辺に配置し
たが、これに代えて八木アンテナを配置するようにして
もよい。
【0048】図11はこの発明の実施の形態2のアンテ
ナ装置を示す図である。図11(a)は上面図、図11
(b)はそのA−A断面図である。同図において、給電
回路の表示は省略されている。同図において1は地導
体、2は誘電体基板である。3aは基本モードで励振さ
れた素子アンテナであり、ここでは良く使用されるTM
11モードで励振された円形マイクロストリップアンテ
ナ(以下「基本MSA」)である。4cは低仰角方向に
主ビームを有するプリントされた八木アンテナ(以下
「PYA」:Pinted Yagi Anntena )である。このPY
Aをアンテナ装置の開口周辺部に配置した構成となって
いる。
【0049】発明の実施の形態3の動作について説明す
る。PYAは誘電体基板2上に平面的に形成されている
ため、その主ビームは低仰角方向を向いている。PYA
の素子パターンは図12(b)に示されるようにθ=0
°を中心に対称であり、2つのピークをもつ。パターン
4cは発明の実施の形態2の図8(b)の高MSAと類
似しコニカル状になるため、発明の実施の形態2の場合
と同様に素子電界ベクトルは広角において振幅が大きく
なる。よってビーム走査位相を与えた場合すなわち共相
条件が成り立つ場合はその合成ベクトルは基本MSAの
みの合成ベクトルより大きくなる。すなわちビーム走査
方向利得の低下が基本MSAのみの配置に比べ小さくで
きることが分かる。
【0050】発明の実施の形態4.図13はこの発明の
発明の実施の形態4を示す図である。図13(a)は上
面図、図13(b)はそのA−A断面図である。同図に
おいて1は地導体、2は第1の誘電体基板、3aは基本
モードで励振された素子アンテナ、ここでは良く使用さ
れるTM11モードで励振された円形マイクロストリッ
プアンテナ(以下「基本MSA」)、4bは高次モード
で励振されたマイクロストリップアンテナ(以下「高M
SA」)、5は高MSA4bの配置に対応して設けら
れ、誘電体基板2と誘電率が異なる第2の誘電体基板で
ある。第1の誘電体基板2上に形成された基MSA3a
をアレー開口の中心部に配置し、第2の誘電体基板5上
に構成された高MSA4bを開口周辺部に配置した構成
となっている。
【0051】発明の実施の形態4の動作について説明す
る。発明の実施の形態2の場合と同様に、ビーム走査位
相を与えた場合、図13の配置によるアンテナ装置の合
成電界ベクトルは、基MSA3aのみの合成電界ベクト
ルより大きくなる。したがって、ビーム走査角が大きい
ときでも利得の低下を抑制することができる。また、周
辺部と中心部で誘電率を変えることにより、それぞれ互
いに異なる放射指向性を持たせることができる。中心部
の誘電率をε1 、周辺部の誘電率をε2 、中心部の放射
導体板の径をφD1 、周辺部の放射導体板の径をφD2
とし、それぞれ同じ周波数f0 で設計したとき、ε2
ε1 であれば、一般に、φD1(f0 )>φD2 (f
0 )なる関係がある。したがって基本MSA3aの物理
的寸法の方が大きくなる。一方、遠方放射指向性は開口
を積分することにより求められ、一般に物理開口が大き
いほどビームは狭くなる(ビーム幅θ3 と開口径Dとの
間にはθ3 =k(λ/D)の関係がある)。すなわち、
誘電率を変えることにより基本MSA3a,高MSA4
bそれぞれ独立に放射指向性を変えることができる。
【0052】さらに、MSA3a,4bが設けられてい
る誘電体基板2、5が異なることから、開口周辺部の第
2の誘電体基板5の誘電率を適当に選ぶことにより特定
のビーム走査方向で軸比(だ円偏波の最大電界強度と最
小電界強度の比)を小さくすることができる。
【0053】基本モードで励振されたMSAの軸比は正
面方向がもっとも小さくなる。一方、高次モードで励振
されたMSAの軸比は、誘電体基板5の誘電率を変化さ
せることによってその素子パターンのピーク位置が変化
するので、軸比のもっとも小さい位置も変化する。所望
の方向で軸比が小さくなるように誘電率を適当に選択す
ることができる。
【0054】具体的にはたとえば次のように行う。図1
4はマイクロストリップアンテナにおける所望角度で軸
比が0dBとなる誘電率の関係を示すグラフである。同
図において、27は基本モード(TM11)で励振される
素子アンテナ3aが配置されている誘電体基板2の誘電
率を、28は高次モード(TM21)で励振される素子ア
ンテナ4bが配置されている誘電体基板5の誘電率をそ
れぞれ示す。図14からわかるように特定の角度で軸比
を最小にする誘電率が存在する。たとえば、30度にお
いて誘電体基板2、5の誘電率をそれぞれ1.7,1.
45に、60度において誘電体基板2、5の誘電率をそ
れぞれ1.4,1.3に、90度において誘電体基板
2、5の誘電率をそれぞれ1.0,1.0にすればよ
い。よって、誘電体基板5の誘電率をこの軸比を最小に
する誘電率に選べば、特定の角度で軸比を小さくするこ
とができる。
【0055】なお、高次モードで励振された素子アンテ
ナにおける誘電率εr によるビーム方向の定性的な変化
を図15に示す。同図によれば、誘電率εr が大きくな
ればθ=0°軸に対称に現れる2つのピークは、いずれ
もθが大きくなる方向(グラフでは外側)に移動する。
【0056】したがって、誘電体基板5の誘電率を適当
に選択することにより、所望の角度方向での高次モード
で励振されたMSAの軸比は基本モードで励振された場
合に比べて小さくなり、アンテナ全体としてすべてが基
本モード励振である場合に比べ軸比を小さくすることが
できる。
【0057】発明の実施の形態5.図16はこの発明の
発明の実施の形態5のアンテナ装置を示す図である。図
16(a)は上面図、図16(b)はそのA−A断面図
である。同図において1は地導体、2は第1の誘電体基
板、3aは基本モードで励振された素子アンテナ、ここ
では良く使用されるTM11モードで励振された円形マ
イクロストリップアンテナ(以下「基本MSA」)、4
cは低仰角方向に主ビームを有するプリントされた八木
アンテナ(以下「PYA」)、5は第2の誘電体基板で
ある。第1の誘電体基板上に形成された基MSAをアレ
ー開口の中心部に配置し、第2の誘電体基板上に構成さ
れたPYAを開口周辺部に配置した構成となっている。
この発明の実施の形態5は、発明の実施の形態3と発明
の実施の形態4とを組み合わせたものである。
【0058】次に、発明の実施の形態5の動作について
説明する。発明の実施の形態3と同様にビーム走査位相
を与えた場合、この配置の合成電界ベクトルは、基MS
Aのみの合成電界ベクトルより大きくなる。また開口周
辺部の第2の誘電体の誘電率を適当に選ぶことにより特
定のビーム走査方向で軸比を小さくすることができる。
【0059】以上のようにこの発明の実施の形態5のア
ンテナ装置によれば、中心に基本MSAが、周辺にPY
Aが配置されているので、ビーム走査角が大きいときで
も利得の低下を抑制することができる。さらに、誘電体
基板5の誘電率を適当に選択することにより軸比を改善
することができる。
【0060】発明の実施の形態6.図17はこの発明の
発明の実施の形態6のアンテナ装置を示す図である。図
17(a)は上面図、図17(b)はそのA−A断面図
である。同図において、1は地導体、6は基本モードで
励振された線条アンテナ、ここでは良く用いられるヘリ
カルアンテナ(以下「基HA」)、7は高次モードで励
振されたヘリカルアンテナ(以下「高HA」)である。
図17のアンテナ装置は、15個の基HAをアレー開口
の中心部に配置し、20個の高HAを開口周辺部に配置
した構成となっている。
【0061】発明の実施の形態6の動作について説明す
る。発明の実施の形態2と同様にビーム走査位相を与え
た場合、この配置の合成電界ベクトルは、基HAのみの
合成電界ベクトルより大きくなる。
【0062】以上のようにこの発明の実施の形態6のア
ンテナ装置によれば、中心に基HAが、周辺に高HAが
配置されているので、ビーム走査角が大きいときでも利
得の低下を抑制することができる。
【0063】発明の実施の形態7.図18はこの発明の
実施の形態7のアンテナ装置を示す図である。図18は
その上面図である。同図において、8は矩形放射スロッ
ト(以下「基SA」)、9は放射スロットであり、ここ
では長手方向に直交する方向を絞ったダンベル形状のス
ロット(以下「DSA」)としている。このアンテナ装
置は、この基SAを開口の中央に配置し、DSAを開口
周辺部に配置した構成となっている。
【0064】発明の実施の形態7の動作について説明す
る。スロットアンテナにおいて、長手方向に直交する方
向を絞った形状にすることにより等価的に直列インダク
タンスが装荷されたこととなる。従って物理的スロット
長が短くなり、ビーム幅が広い放射パターンとなる。し
たがって、発明の実施の形態2と同様にビーム走査位相
を与えた場合、この配置の合成電界ベクトルは、基SA
のみの合成電界ベクトルより大きくなる。
【0065】以上のようにこの発明の実施の形態7のア
ンテナ装置によれば、中心に基SAが、周辺にDSAが
配置されているので、ビーム走査角が大きいときでも利
得の低下を抑制することができる。
【0066】発明の実施の形態8.図19はこの発明の
発明の実施の形態8のアンテナ装置を示す図であり、図
19(a)は上面図、図19(b)はそのA−A断面図
である。同図において、1は地導体、6は基本モードで
励振された線条アンテナ、ここでは良く用いられている
ヘリカルアンテナ(以下「基HA」)、7は高次モード
で励振されたヘリカルアンテナ(以下「高HA」)であ
る。基HA6のうち中心部の基HA6−3の高さは他の
基HA6−1、2、4、5よりも高い。基HA6−1、
2、4、5の高さは高HA7−1、7−2よりも高い。
このアンテナ装置は、基HA6を開口の中央に配置し高
HA7を開口周辺部に配置した構成となっている。
【0067】発明の実施の形態8の動作について説明す
る。今まで述べたように励振するモードを変えることに
より振幅分布は異なる。これら振幅分布の異なった素子
を配置し、特に開口中央部で基本モードの配置密度を大
きくし、開口周辺部に高次モードの素子の配置密度を大
きくすることにより中央部で振幅が大きく、エッジで小
さくなるようにテーラー分布等均一分布以外の分布をつ
けることが可能となり正面方向の近軸ではいわゆる低サ
イドローブ特性を実現できる。合成後のパターンを図2
0に示す。
【0068】
【発明の効果】以上のように、請求項1ないし請求項9
のアンテナ装置によれば、低仰角における利得が高い第
2の素子アンテナを第1の素子アンテナの周囲に配置し
たので、低仰角における合成ビームの利得が高くなり、
ビーム走査時に利得低下が小さくなる。
【0069】また、請求項10のアンテナ装置によれ
ば、誘電体を第1の素子アンテナが設けられる第1の誘
電体と第2の素子アンテナが設けられる第2の誘電体と
から構成したので、2種類の誘電体それぞれの誘電率を
適当に選択することにより、さらに、軸比の良好なアン
テナが得られる効果がある。
【0070】また、請求項11のアンテナ装置によれ
ば、基本モードの線条放射素子と高次モードで励振した
線条放射素子の配置密度をテーラ分布を形成するように
配置したので、さらに、低サイドローブ特性のアンテナ
を得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1のアンテナ装置の上
面図及び断面図である。
【図2】 この発明の実施の形態1に係る素子アンテナ
の電流分布図及び素子パターン図である。
【図3】 素子電界ベクトルの合成を説明するための合
成ベクトル図である。
【図4】 この発明の実施の形態1の素子アンテナの配
列とそれら素子パターンとの関係を示す図である。
【図5】 この発明の実施の形態1のアンテナ装置によ
り合成されたビームのパターンである。
【図6】 この発明の実施の形態1のアンテナ装置の素
子アンテナの他の配置を示す図である。
【図7】 この発明の実施の形態2のアンテナ装置の上
面図及び断面図である。
【図8】 この発明の実施の形態2に係る素子アンテナ
の電流分布図及び素子パターン図である。
【図9】 この発明の実施の形態2に係る素子パターン
の合成の説明図である。
【図10】 この発明の実施の形態2のアンテナ装置に
より合成されたビームのパターンである。
【図11】 この発明の実施の形態3のアンテナ装置の
上面図及び断面図である。
【図12】 この発明の実施の形態3に係る素子アンテ
ナの主ビーム方向を示す図及び素子パターン図である。
【図13】 この発明の実施の形態4のアンテナ装置の
上面図及び断面図である。
【図14】 この発明の実施の形態4に係る誘電体基板
の誘電率を選択するための説明図である。
【図15】 この発明の実施の形態4に係る高次モード
で励振される素子アンテナのパターンの誘電率の変化に
伴う変化の説明図である。
【図16】 この発明の実施の形態5のアンテナ装置の
上面図及び断面図である。
【図17】 この発明の実施の形態6のアンテナ装置の
上面図及び断面図である。
【図18】 この発明の実施の形態7のアンテナ装置の
上面図である。
【図19】 この発明の実施の形態8のアンテナ装置の
上面図及び断面図である。
【図20】 この発明の実施の形態8のアンテナ装置に
より合成されたビームのパターンである。
【図21】 従来のアンテナ装置の概略構成図である。
【図22】 従来のアンテナ装置の概略構成図である。
【符号の説明】
1 地導体板、2 誘電体基板、3 第1の放射導体
板、4 第2の放射導体板、5 第2の誘電体基板、6
第1の線条放射素子、7 第2の線条放射素子、8
第1の矩形放射スロット、9 第2のダンベル形放射ス
ロット。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 地導体上に設けられた誘電体と、この誘
    電体上に平面状に配置された複数の素子アンテナとを備
    えたアンテナ装置において、 上記複数の素子アンテナを、互いに異なる放射指向性を
    有する第1の素子アンテナと第2の素子アンテナとから
    構成するとともに、上記第1の素子アンテナを中心に配
    置し、上記第2の素子アンテナを周辺に配置したことを
    特徴とするアンテナ装置。
  2. 【請求項2】 上記第2の素子アンテナの放射指向性
    を、上記第1の素子アンテナの放射指向性よりも広くし
    たことを特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。
  3. 【請求項3】 上記第2の素子アンテナに電流方向に対
    して直列にインダクタンスを装荷して上記放射指向性を
    得たことを特徴とする請求項2記載のアンテナ装置。
  4. 【請求項4】 上記第1の素子アンテナを矩形スロット
    により構成するとともに、上記第2の素子アンテナを長
    手方向に直交する方向の幅を狭くしたスロットにより構
    成したことを特徴とする請求項2記載のアンテナ装置。
  5. 【請求項5】 上記第2の素子アンテナの放射指向性
    を、低仰角における利得が高くなる双峰特性としたこと
    を特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。
  6. 【請求項6】 上記第2の素子アンテナを高次モードで
    励振して上記放射指向性を得たことを特徴とする請求項
    5記載のアンテナ装置。
  7. 【請求項7】 上記第2の素子アンテナの放射指向性
    を、低仰角方向に主ビームを有する特性としたことを特
    徴とする請求項1記載のアンテナ装置。
  8. 【請求項8】 上記第2の素子アンテナを上記誘電体上
    に印刷された八木アンテナとしたことを特徴とする請求
    項7記載のアンテナ装置。
  9. 【請求項9】 上記第1の素子アンテナを基本モードで
    励振される第1の線条放射素子とし、上記第2の素子ア
    ンテナを高次モードで励振される第2の線条放射素子と
    したことを特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。
  10. 【請求項10】 上記第1の線条放射素子の利得を、上
    記第2の線条放射素子の利得よりも高くしたことを特徴
    とする請求項9記載のアンテナ装置。
  11. 【請求項11】 上記誘電体を、上記第1の素子アンテ
    ナが配置される第1の誘電体と、上記第2の素子アンテ
    ナが配置される第2の誘電体とから構成し、上記第1の
    誘電体の誘電率と上記第2の誘電体の誘電率とを異なら
    せたことを特徴とする請求項1ないし請求項10いずれ
    かに記載のアンテナ装置。
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