JPH09162638A - 平面アレーアンテナ - Google Patents

平面アレーアンテナ

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JPH09162638A
JPH09162638A JP34560595A JP34560595A JPH09162638A JP H09162638 A JPH09162638 A JP H09162638A JP 34560595 A JP34560595 A JP 34560595A JP 34560595 A JP34560595 A JP 34560595A JP H09162638 A JPH09162638 A JP H09162638A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
receiving
array antenna
planar array
elements
radio wave
Prior art date
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Pending
Application number
JP34560595A
Other languages
English (en)
Inventor
Giichi Matsui
宜一 松井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DX Antenna Co Ltd
Original Assignee
DX Antenna Co Ltd
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Publication date
Application filed by DX Antenna Co Ltd filed Critical DX Antenna Co Ltd
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  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地面にほぼ水平に配置されても、小さなビー
ム走査角で目的の信号を受信できる。 【解決手段】 地面にほぼ水平に配置されるフェーズド
アレイアンテナであって、予め定めた間隔dx、dyを
隔てて、格子状に受信または放射素子3を配列し、これ
ら素子3の間隔dx、dyは、受信電波の中心波長λよ
りも長く設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、フェーズドアレイ
アンテナとして使用する平面アレーアンテナに関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来、上記のような平面アレーアンテナ
としては、例えば図1に示すように、裏面に地導体1を
設けた誘電体基板2の表面に、受信または放射素子3を
格子状に配列したものがある。即ち、受信または放射素
子3は、図1におけるx方向に一定の間隔dxで配置さ
れ、x方向と直角なy方向に一定の間隔dyで配置され
ている。各受信または放射素子3には、それぞれ移相器
(図示せず)が設けられ、これら移相器によって各受信
または放射素子3での受信信号の位相を調整して、合成
することによって、特定の指向性を持たせることができ
る。また、各移相器の位相を順次変更することによっ
て、指向特性を偏向することができる。よって、例えば
自動追尾装置用のアンテナとして使用することができ
る。
【0003】このような平面アレーアンテナでは、実際
の空間に指向性が発生する可視領域内にメインローブの
みを発生させ、グレーティングローブを発生させないた
めに、メインローブが平面アレーアンテナの正面方向に
ある場合、dx及びdyをλ(この平面アレーアンテナ
で受信する信号の中心波長)よりも小さく設定してい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、自動追尾アン
テナとして使用する場合、この平面アレーアンテナは、
地面にほぼ水平に配置されることが多い。この場合、自
動追尾するためにメインローブを、基準位置、例えばこ
の平面アンテナの正面方向から変更させる角度(ビーム
走査角)が大きくなり、所要の仰角方向での受信レベル
が低くなるという問題点があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、請求項1記載の発明は、地面にほぼ水平に配置
されるフェーズドアレイアンテナであって、少なくとも
一列に配列された複数の受信または放射素子を有するも
のである。これら受信または放射素子は、その最大長が
送受信電波の中心波長の2/3以下である。これら受信
または放射素子は、受信電波の中心波長よりも長い間隔
をそれぞれ有している。
【0006】請求項2記載の発明は、請求項1記載の平
面アレーアンテナにおいて、前記受信または放射素子
が、その正面方向から受信する上記受信電波と逆相の電
波を、上記受信電波から生成し、上記受信電波と抑圧す
る抑圧手段を、具備している。
【0007】請求項3記載の発明は、請求項2記載の平
面アレーアンテナにおいて、上記抑圧手段が、上記各受
信または放射素子の正面方向に上記受信電波の中心波長
の約1/4の奇数倍の間隔をおいて配置された反射素子
であるものである。
【0008】請求項4記載の発明は、請求項3記載の平
面アレーアンテナにおいて、上記反射素子が円形である
ものである。
【0009】請求項5記載の発明は、請求項2記載の平
面アレーアンテナにおいて、上記抑圧手段が、上記各受
信または放射素子間に配置された、上記受信または放射
素子と同一形状の無給電素子であるものである。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の一実施形態の平面アレー
アンテナも、図1に示すように、裏面に地導体1が形成
された誘電体基板2の表面に、受信または放射素子3
が、x方向及びy方向にそれぞれ沿って格子状(例えば
4個×4個)に配置されている。これら受信または放射
素子3は、それぞれx方向にdxの間隔を隔てて、また
y方向にdyの間隔を隔てて、それぞれ配置されてい
る。これら受信または放射素子3もそれぞれ移相器に接
続されており、励振位相が変更される。なお、各受信ま
たは放射素子3は、同振幅で励振される。
【0011】この実施形態の平面アレーアンテナは、例
えば衛星放送を受信するためのものであるので、その受
信中心周波数が11.85GHzである。誘電体基板2
は、例えば1.03の誘電率と、約1mm厚みとを有し
ている。受信または放射素子3は、矩形、例えば1辺の
長さが11.1mmのものを使用している。なお、この
一辺の長さは、受信または放射素子3の最大長であり、
中心受信周波数の波長λの約0.44倍に相当し、上記
波長λの約1/2以下の長さである。また、dxは、例
えば62mm、dyは70mmとされており、dxは上
記λ(約25mm)の約2.48倍、dyは約2.8倍
であり、いずれもλよりも大きくされている。
【0012】一般に、図1に示すような格子配列とした
場合、全体のアレーファクターは、x、y方向それぞれ
のアレーファクターの積として与えられる。x方向の一
次元アレーファクターにおいて、各受信または放射素子
3を等振幅及び共相励振すると仮定すると、数1で表さ
れるUx を変数として求めたアレーファクターは、例え
ば図2のようになる。但し、数1においてk0 は2π/
λ、θ0 はメインローブの方向である。
【0013】
【数1】Ux =k0 dx(sinθ−sinθ0
【0014】図2から明らかなように、Ux =2nπの
方向にそれぞれ生じる大きな放射がグレーティングロー
ブである。このグレーティングローブは、y方向におい
ても同様に発生する。
【0015】可視領域の範囲は、θ0 =0(アレーの正
面方向)とすると、数2によって表されることが知られ
ている。但し、UはUx またはUy であり、dはdxま
たはdyである。
【0016】
【数2】−k0 d≦U≦k0
【0017】従って、例えばd=3λとλよりも大きく
設定すると、θ0 =0の場合、可視領域は、数3によっ
て示される。
【0018】
【数3】−6π≦U≦6π
【0019】この場合、Uは6πsinθで表され、U
=±2nπ(nは整数)の方向に現れるローブがグレー
ティングローブであるので、グレーティングローブが発
生する方向は、nが1、2または3の場合である。n=
1の場合、数4が成立し、sinθは±1/3となる。
従って、θは±19.5°となる。
【0020】
【数4】±2π=6πsinθ
【0021】n=2(U=±4π)またはn=3(U=
±6π)の場合も同様にして、θ=±48.1°または
90°となる。このようにして、θ=±19.5°、±
48.1°または±90°の方向にグレーティングロー
ブが発生する。
【0022】従って、例えばθ=45°±5°の範囲で
指向性を変更すれば、目的の衛星放送を受信できる場合
には、最大でも±10°の範囲内で指向性を変更できる
ように、各受信または放射素子の励振位相を移相器によ
って変更すると、2番目のグレーティングローブ、即ち
θ=48.1°のグレーティングローブによって、上記
目的の衛星放送を受信することができ、メインローブを
使用して目的の衛星放送を探す場合よりも走査範囲を狭
くできるので、目的の衛星放送を受信するのに要する時
間を短縮できる。また、メインローブを45°も偏向さ
せた場合には、指向性利得が大きく低下するが、2番目
のグレーティングローブを使用した場合には、指向性の
変更範囲が小さいので、高い受信レベルを確保すること
ができる。
【0023】計算上では、数2から明らかなように、素
子間隔を広くすればするほど、可視領域内に多くのグレ
ーティングローブを発生させることができる。しかし、
U=±2nπのnを大きくすればするほど、後述する図
3(a)、(b)からも明らかなように、受信レベルが
低くなる。従って、nが1または2で発生するローブが
指向範囲(上記の例では45°±5°)内に入るよう
に、dx、dyを設定することが望ましい。
【0024】この実施形態において、同振幅及び共相励
振した際のアンテナの指向性を図3(a)に示す。ま
た、図3(b)にθ=+30°となるように各移相器を
調整した場合の指向特性を示す。図3(b)におけるθ
=+30°にあるグレーティングローブは、図3(a)
におけるθ=19.5°にある第1グレーティングロー
ブが、右方向へ約9°偏向したものである。図3(b)
の場合、比較的少ないレベルの低下で、θ=+30°方
向の電波を良好に受信できる。また、これの他に、θ=
+60°及び−38°付近にもグレーティングローブが
発生している。従って、衛星放送を探査する場合、1つ
の位相の設定によってそれぞれ異なる3方向の探査が可
能となり、衛星放送を探査するのに要する時間を短縮す
ることができる。
【0025】また実際の平面アレーアンテナの指向性
は、アレーファクターと受信または放射素子3が有する
独自の指向性との積となるので、図3(a)、(b)に
示すように、メインローブに比較して、グレーティング
ローブのレベルが低くなる。従って、例えばθ=48.
1°のグレーティングローブで衛星放送を受信しようと
しているときに、メインローブやθ=19.5°のグレ
ーティングローブによって衛星放送を受信するという誤
動作をする可能性がある。
【0026】そこでメインローブや不要なグレーティン
グローブを、図4に示す各素子の指向特性のように抑圧
することが望ましい。例えば図5に示すように、各受信
または放射素子3の上方に、抑圧素子、例えば反射素子
5を設けてもよい。説明の便宜上、各受信または放射素
子3から送信する場合を考える。受信または放射素子3
の放射最大方向(θ=0°、放射素子3と直交する方
向)に反射素子5を配置すると、反射素子5によって反
射波が発生する。反射素子5と、受信または放射素子3
との間隔をλ/4の奇数倍、例えばλ/4とすると、反
射素子5で反射された反射波と、受信または放射素子3
からの放射波とが、受信または放射素子3の面で丁度逆
相となり、抑圧効果が最大となる。
【0027】図5では、反射素子5として、受信または
放射素子3とほぼ同一面積を有する円形の導体板を使用
している。無論、両者の間隔はλ/4である。円形以外
にも、例えば図6に示すように放射素子3と同一面積の
矩形の反射素子5aを使用することも可能である。しか
し、θ≠0の方向、例えばA方向とB方向とから、それ
ぞれ反射素子5aを見た場合、その形状が異なる。その
結果、例えばA方向からB方向へ向かってφで示すよう
にグレーティングローブを偏向させた場合、指向性が不
均一となる。従って、円形の反射素子5を使用するのが
望ましい。
【0028】また、抑圧する別の手段として、例えば図
7に示すように、各受信または放射素子3間に、無給電
素子7を設けてもよい。これら無給電素子7は、受信ま
たは放射素子3と同一形状のものであり、受信または放
射素子3を挟んで対称に配置されている。これら無給電
素子7は、受信または放射素子3と電磁結合されている
ので、受信または放射素子3が励振されたとき、無給電
素子7からも放射が発生する。この放射波が、受信また
は放射素子3からの放射波と逆相となるように、無給電
素子7と受信または放射素子3との間隔が設定されてい
る。
【0029】上記の実施の形態では、受信または放射素
子3として、正方形のパッチ素子を使用したが、これに
代えて、例えば円偏波を受信または送信する場合には、
円形、楕円形または多角形等のパッチ素子や、互いに直
交する2本の放射プローブを使用することができる。円
形のパッチ素子の場合、その最大長、即ち直径を中心波
長λの約2/3以下とするのが望ましい。また、直線偏
波を受信または送信する場合には、1本の放射プロー
ブ、導波管スロットまたはダイポール等を使用すること
もできる。この場合も、その最大長が中心波長λの約2
/3以下とするのが望ましい。また、上記の実施の形態
では、受信または放射素子3は、格子状に配列したが、
最低限度、一列に受信または放射素子3を配列したもの
でもよい。
【0030】
【発明の効果】以上のように、請求項1記載の発明によ
れば、受信または放射素子の間隔が、受信電波の中心波
長よりも長い長さを有しているので、可視領域内に複数
のグレーティングローブを発生することができる。そし
て、各受信または放射素子に接続される移相器の位相差
を調整することによって、これらグレーティングローブ
を偏向させることができるので、上記間隔を適切に設定
することによって、所望の指向範囲内にグレーティング
ローブを発生することができ、ほぼ水平にこの平面アレ
ーアンテナが配置されていても、大きくメインローブを
偏向させなくても、所望の電波を受信することができ
る。
【0031】請求項2、3、4または5記載の発明によ
れば、抑圧手段が設けられているので、不要なメインロ
ーブを抑圧することができ、例えば自動追尾装置に、こ
の平面アンテナを使用した場合にも、誤った電波を受信
することを防止できる。特に、請求項3記載の発明のよ
うに円形の反射素子を使用した場合には、指向特性を均
一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による平面アレーアンテナの一実施形態
の斜視図である。
【図2】一次元アレーファクターを示す図である
【図3】(a)は本実施形態において各受信または放射
素子を同振幅及び共相励振した場合の指向特性図、
(b)は本実施形態において各受信または放射素子を同
振幅で+30°偏向させた指向特性図である。
【図4】本実施形態においてメインローブを抑圧した指
向特性図である。
【図5】本実施形態においてメインローブを抑圧するた
めの一変形例を示す斜視図である。
【図6】本実施形態においてメインローブを抑圧するた
めの他の変形例を示す斜視図である。
【図7】本実施形態においてメインローブを抑圧するた
めの別の変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
3 受信または放射素子 5 5a 反射素子(抑圧手段) 7 無給電素子(抑圧手段)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 地面にほぼ水平に配置されるフェーズド
    アレイアンテナであって、少なくとも一列に配列され最
    大長が送受信電波の中心波長の2/3以下である複数の
    受信または放射素子を有し、これら受信または放射素子
    の間隔が、上記中心波長よりも長い長さを有することを
    特徴とする平面アレーアンテナ。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の平面アレーアンテナにお
    いて、前記受信または放射素子がその正面方向から受信
    する上記受信電波と逆相の電波を上記受信電波から生成
    し、上記受信電波を抑圧する抑圧手段を、具備すること
    を特徴とする平面アレーアンテナ。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の平面アレーアンテナにお
    いて、上記抑圧手段が、上記各受信または放射素子の正
    面方向に上記受信電波の中心波長の約1/4の奇数倍の
    間隔をおいて配置された反射素子であることを特徴とす
    る平面アレーアンテナ。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の平面アレーアンテナにお
    いて、上記反射素子が円形であることを特徴とする平面
    アレーアンテナ。
  5. 【請求項5】 請求項2記載の平面アレーアンテナにお
    いて、上記抑圧手段が、上記各受信または放射素子間に
    配置された、上記受信または放射素子と同一形状の無給
    電素子であることを特徴とする平面アレーアンテナ。
JP34560595A 1995-12-08 1995-12-08 平面アレーアンテナ Pending JPH09162638A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005060125A1 (ja) * 2003-12-16 2005-06-30 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha 無線通信装置
JP2019012970A (ja) * 2017-06-30 2019-01-24 日本無線株式会社 送受共用平面アンテナ素子および送受共用平面アレーアンテナ

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Legal Events

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A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20010220