JPH10126137A

JPH10126137A - アンテナ装置

Info

Publication number: JPH10126137A
Application number: JP27042496A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Seki; 智弘関; Kazuhiro Uehara; 一浩上原; Kenichi Kagoshima; 憲一鹿子嶋
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1996-10-14
Filing date: 1996-10-14
Publication date: 1998-05-15

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の素子アンテナを円周状または円弧状に
配置したアレーアンテナで、素子アンテナを切り替える
ことにより異なるアレー構成を容易に実現することを目
的とする。【解決手段】円弧状または円周状に配置した複数の素
子アンテナと、各素子アンテナの回路ごとに挿入されて
いて素子アンテナを、他の素子アンテナと接続すること
ができる接続点に接続するか否かを切り替える第１のス
イッチ回路と、異なる特性インピーダンスの回路間にあ
って、その整合を行う複数種類のインピーダンス変換回
路と、前記接続点と入力端子との間に、上記インピーダ
ンス変換回路の内のいずれかを選択して接続する第２の
スイッチ回路とを備えて成り、第１のスイッチ回路によ
って少なくと１つの素子アンテナを選択して接続点に接
続し、第１のスイッチ回路によって接続点に接続した素
子アンテナの数に応じたインピーダンス変換回路を第２
のスイッチ回路によって選択接続することにより構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は複数の素子アンテナを円
弧状または円周状に配置したアレーアンテナで、同時に
給電する素子アンテナ数及び素子アンテナの組み合わせ
を切り替えることにより、１つのアンテナ装置で、異な
るアレー構成を容易に実現することを可能にしたアンテ
ナ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１０は、従来のアンテナ装置の例を示
す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は電気的接続を
示している。この例は、ＷＵＬＬＥＮＷＥＢＥＲ型アン
テナ〔文献：横井、鈴木、佐藤“アンテナ工学ハンドブ
ック”７．７．２節、コロナ社（昭５５年）参照〕の構
成を示したものである。同図において、数字符号４は入
力端子、１６は円筒型反射器、１７は放射素子、１８は
固定移相器であり、１９はゴニオメータを示している。

【０００３】本アンテナは方向探知用のアンテナ装置で
あり、円筒形の反射器１６（金属スクリーン）の周囲に
均一な間隔で配列した垂直アンテナ群で構成される。各
放射素子１７は鋭いビーム幅を得るために必要なブロー
ドサイドアレーを形成し、各放射素子１７の出力は容量
形ゴニオメータ１９で入力端子４に出力される。

【０００４】ゴニオメータ１９の回転部の回転により走
査してペンシルビームを全周に巡回させることができ
る。測定の精度をあげるためには大きな開口面を必要と
し、また、高速度測定を行うためには高速度走査を必要
とするが、本アンテナ装置は、アンテナ小型化・高速度
測定の２つの条件を同時に解決できるアンテナ装置とし
て、特に、波長の長い周波数領域における方向探知用と
して実用化されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】電波の発信源などの方
向を探知するためには、単に一定のビームを巡回させる
だけでなく、測定用のアンテナの放射パターンを変化さ
せることができれば、より高い精度で、迅速な、方向の
探知が可能であろうことは容易に推察できるところであ
る。しかし、上述したような従来のアンテナ装置では、
１つのアンテナ装置で複数の放射パターンを現出させる
ことはできなかった。

【０００６】本発明は、上述のような従来の課題に鑑
み、１つのアンテナ装置で、異なるアレー構成を採るこ
とを可能とすることにより、複数の放射パターンを実現
することのできるアンテナ装置を提供することを目的と
している。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上述の
課題は前記特許請求の範囲に記載した手段により解決さ
れる。

【０００８】すなわち、請求項１の発明は、円弧状また
は円周状に配置した複数の素子アンテナと、各素子アン
テナの回路ごとに挿入されていて素子アンテナを、他の
素子アンテナと接続することができる接続点に、接続す
るか否かを切り替える第１のスイッチ回路と、異なる特
性インピーダンスの回路間にあって、その整合を行う複
数種類のインピーダンス変換回路と、

【０００９】前記接続点と入力端子との間に、上記イン
ピーダンス変換回路の内のいずれかを選択して接続する
第２のスイッチ回路とを備えて成り、第１のスイッチ回
路によって少なくと１つの素子アンテナを選択して接続
点に接続し、第１のスイッチ回路によって接続点に接続
した素子アンテナの数に応じたインピーダンス変換回路
を第２のスイッチ回路によって選択接続するアンテナ装
置である。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１記載のアンテ
ナ装置の各素子アンテナを複数のアンテナ素子から成る
サブアンテナアレーとして構成したものである。請求項
３の発明は、請求項１または請求項２記載のアンテナ装
置の各素子アンテナまたはアンテナ素子が反射手段を有
するものを用いて構成したものである。

【００１１】請求項４の発明は、請求項１〜請求項３の
いずれか１項に記載のアンテナ装置において、各素子ア
ンテナの回路ごとに移相器を挿入して構成したものであ
る。請求項５の発明は、請求項４記載のアンテナ装置の
移相器を外部からの制御により移相量を変化させ得るも
のを用いて構成したものである。

【００１２】請求項６の発明は、請求項１〜請求項５の
いずれか１項に記載のアンテナ装置において、第１のス
イッチ回路が、複数の素子アンテナの内のＮ個（Ｎは１
以上Ｍ未満の整数）の素子アンテナを選択接続する動作
と、Ｍ個の全素子アンテナを選択接続する動作とを交互
に切り替えて行うように構成したものである。

【００１３】請求項７の発明は、請求項４、または、請
求項５の発明において、使用する電波の自由空間波長の
５．４倍以上１０．６倍以下の長さの直径を有する円周
上に３６個の素子アンテナを等間隔に配置し、その内の
任意の連続する３個の素子アンテナの移相器の移相量を
ほぼ０度とし、該３個の両側の素子アンテナの移相器の
移相量をほぼ９０度とし、該両側の素子アンテナの更に
外側の素子アンテナの移相器の移相量をほぼ１８０度と
して、これら７個の素子アンテナを一組選択して給電す
るように構成したものである。

【００１４】請求項８の発明は、請求項４、または、請
求項５の発明において、使用する電波の自由空間波長の
６．６倍以上９．７倍以下の長さの直径を有する円周上
に３６個の素子アンテナを等間隔に配置し、その内の任
意の連続する３個の素子アンテナの移相器の移相量をほ
ぼ０度とし、該３個の両側の素子アンテナの移相器の移
相量をほぼ９０度とし、該両側の素子アンテナの更に外
側の素子アンテナの移相器の移相量をほぼ１８０度とし
て、これら７個の素子アンテナを一組選択して給電する
ように構成したものである。

【００１５】本発明のアンテナ装置は、以上のような構
成によって、同時に給電する素子アンテナ数を任意に変
化させ得る。従って、１つのアンテナ装置でありなが
ら、複数の異なる放射パターンに容易に切り替えること
ができる点において、従来の技術と相違する。

【００１６】また、上述の構成において、全素子アンテ
ナを選択すれば、このアンテナ装置はその指向特性が無
指向性となる。従って、選択する素子数を切り替えるこ
とにより、特定の方向に指向性を有するアンテナと無指
向性のアンテナとを１台のアンテナ装置で容易に実現で
きる。更に、素子アンテナごとの給電の位相を変えるこ
とにより、所望の特性のビームを容易に実現することが
できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１〜図４は、本発明の実施の形
態の第１の例を示す図である。これらの図において、数
字符号１は円筒筺体、２はマイクロストリップアンテ
ナ、３はサブアンテナアレー、４は入力端子、５は素子
数選択回路、６は励振分布制御回路、７は素子アンテ
ナ、８は２素子用インピーダンス変換器、９は３素子用
インピーダンス変換器、１０は移相器、１１は素子アン
テナ選択スイッチ回路であり、１２はスイッチ回路、２
０は放射パターンを示している。なお、各素子アンテナ
はＡ１〜Ａ１８、移相器はＰＳ１〜ＰＳ１８、スイッチ
回路はＳ１〜Ｓ２０として区別している。

【００１８】図１は円周上に水平面１素子、垂直面２素
子のマイクロストリップアンテナ２で構成されたサブア
ンテナアレー３を２０度おきに１８個コンフォーマル状
に配置したアンテナ装置の斜視図を示している。この例
は、円筒形の筺体側面にマイクロストリップアンテナを
係着したものを示しているが、この他に水平面１素子、
垂直面２素子のサブアレー基板を１８角形状に配置する
等の構造も考えられる。

【００１９】図２（ａ）、（ｂ）は、本例のアンテナの
接続関係を説明するブロック図であって、アレー合成に
必要な素子アンテナ及びそれぞれの素子アンテナの励振
位相を励振分布制御回路により設定し、次に選択した素
子アンテナ数に対応するインピーダンス変換器を素子数
選択回路５により選択して入力端子４と励振分布制御回
路とのインピーダンスマッチングを実現している。

【００２０】なお、図（ａ）は同時に２素子を選択する
場合を、また図（ｂ）は同時に３素子を選択する場合を
示している。これらの図では、選択または接続された回
路を太線で示している。これは以下に説明する他の図で
も同じである。

【００２１】図３及び図４は、本例を実現する給電回路
の回路図を示したものである。以下に動作を説明する。
図３は２つの素子アンテナ７のＡ１とＡ２を同時に給電
する場合を示す。素子アンテナ選択スイッチ回路１１の
Ｓ１とＳ２を動作させ導通状態にする。

【００２２】この場合の素子アンテナ接続点におけるイ
ンピーダンスは２５Ωとなるため、５０Ω系の給電線を
使用している場合にはそのままでは接続できない。その
ため素子数選択回路５、（具体的にはＳ１９とＳ２０）
により２素子用インピーダンス変換器８側に接続し、５
０Ω給電線とマッチングを取る。また、図４は３つの素
子アンテナ７のＡ１〜Ａ３を同時に給電する場合を示
す。

【００２３】素子アンテナ７のＡ１〜Ａ３を同時に給電
する場合は、素子アンテナ選択スイッチ回路１１のＳ１
〜Ｓ３を動作させ導通状態にする。この場合の素子アン
テナ接続点におけるインピーダンスは５０／３Ωとなる
ため、５０Ω系の給電線を接続するため同様に素子数選
択回路５、（具体的にはＳ１９とＳ２０）により３素子
用インピーダンス変換器９側に切り替えることにより、
マッチングを取ることを実現する。

【００２４】なお、スイッチング回路にはダイオードを
用いたものや、トランジスタ、ＦＥＴ、またそれらを集
積化されたもの、もしくは機械点接点を持つスイッチな
どが使用できる。またインピーダンス変換器としてはマ
イクロストリップ線路を用いた１／４波長のインピーダ
ンス変換器や、集中定数部品を用いて構成したものが使
用できる。

【００２５】以上説明した本発明の実施の形態の第１の
例のアンテナは、円筒上の任意の連続する２つの素子ア
ンテナを給電し、これを順次ずらすことにより、全方向
を走査することができる。また、連続する３つの素子ア
ンテナを給電し、かつ移相器１０を適切に調整すること
により、より鋭いビームを実現することができる。ま
た、連続しない２つ、もしくは３つの素子アンテナを同
時に給電した場合には、同時に複数のビームを実現する
ことができる。

【００２６】また、この例は、素子アンテナを２つのア
ンテナ素子（マイクロストリップアンテナ）を有するサ
ブアンテナアレーとして構成する場合のものを示してい
るが、本発明はこれに限るものではなく、１つのアンテ
ナ素子から成る素子アンテナあるいは３つ以上のアンテ
ナ素子から成る素子アンテナを用いて構成しても良いこ
とは勿論である。

【００２７】図５〜図８は本発明の実施の形態の第２の
例を示す図である。これらの図において、数字符号２は
マイクロストリップアンテナ、４は入力端子、５は素子
数選択回路、６は励振分布制御回路、７は素子アンテ
ナ、１０は移相器、１１は素子アンテナ選択スイッチ回
路、１２はスイッチ回路、１３はアンテナ基板、１４は
７素子用インピーダンス変換器であり、１５は全素子用
インピーダンス変換器、２０は放射パターンを示してい
る。なお、各素子アンテナはＡ１〜Ａ３６、移相器はＰ
Ｓ１〜ＰＳ３６、スイッチ回路はＳ１〜Ｓ３８として区
別している。

【００２８】図５は、使用する周波数の自由空間波長の
８．７倍の直径を持つ円周上に水平面１素子、垂直面１
素子のマイクロストリップアンテナ２とアンテナ基板１
３で構成された素子アンテナ７を１０度おきに３６個コ
ンフォーマル状に配置したアンテナ装置の斜視図を示し
ている。

【００２９】また、図６（ａ）、（ｂ）は、本アンテナ
の接続関係を説明するブロック図を示している。図６
は、アレー合成に必要な素子アンテナ及びそれぞれの素
子アンテナの励振位相を励振分布制御回路により設定
し、次に選択した素子アンテナ数に対応するインピーダ
ンス変換器を選択する素子数選択回路５により入力端子
４と励振分布制御回路とのインピーダンスマッチングを
実現している。すなわち、図６（ａ）は同時に７素子を
選択する場合を、また図（ｃ）は３６素子を選択する場
合を示している。

【００３０】図７、図８は、本アンテナを実現する給電
回路の回路図を示したものである。以下に動作を説明す
る。図７は７個の素子アンテナ７の内のＡ１〜Ａ４及び
Ａ３４〜Ａ３６を同時に給電する場合を示す。素子アン
テナ選択スイッチ回路１２のＳ１〜Ｓ４及びＳ３４〜Ｓ
３６を動作させ導通状態にする。

【００３１】この場合の素子アンテナ接続点におけるイ
ンピーダンスは５０／７Ωとなるため、５０Ω系の給電
線を使用している場合にはそのままでは接続できない。
そのため素子数選択回路５、（具体的にはＳ３７とＳ３
８）により７素子用インピーダンス変換器１４側に接続
し、５０Ω給電線とマッチングを取る。

【００３２】また、図８は３６個の素子アンテナ７の全
素子Ａ１〜Ａ３６を同時に給電する場合を示す。素子ア
ンテナのＡ１〜Ａ３６を同時に給電する場合は、素子ア
ンテナ選択スイッチ回路１２のＳ１〜Ｓ３６を動作させ
導通状態にする。この場合の素子アンテナ接続点におけ
るインピーダンスは５０／３６Ωとなるため、５０Ω系
の給電線を接続するため同様に素子数選択回路５、（具
体的にはＳ３７とＳ３８）により全素子用インピーダン
ス変換器１５側に切り替えることにより、マッチングを
取る。

【００３３】なお、スイッチ回路には、ダイオードを用
いたものや、トランジスタ、ＦＥＴ、またそれらを集積
化されたもの、もしくは機械的接点を持つスイッチなど
が使用できる。またインピーダンス変換器としてはマイ
クロストリップ線路を用いた１／４波長のインピーダン
ス変換器や、集中定数部品を用いて構成したものが使用
できる。

【００３４】以上の構成により、円筒上の任意の連続す
る７素子を移相器により、端から１８０度（ＰＳ４）、
９０度（ＰＳ３）、０度（ＰＳ２）、０度（ＰＳ１）、
０度（ＰＳ３６）、９０度（ＰＳ３５）、１８０度（Ｐ
Ｓ３４）の位相差をつけて給電することにより半値角約
１０度のペンシルビームを実現することができる。ま
た、全素子アンテナを位相差をつけずに同時に給電する
ことによりオムニ特性に近い放射特性を実現することが
できる。

【００３５】図９は上記実施の形態の第二の例のアンテ
ナの円筒筺体の直径をパラメータにして放射特性の変化
を示したものである。同図から上記移相値の組み合わせ
を用いて、サイドローブレベルが−１０ｄＢ以下の状態
で使用する場合は、円筒筺体の直径を使用周波数の自由
空間波長の５．４倍以上１０．６倍以下にすれば良いこ
とが分かる。また、更に、サイドローブレベルが−１２
ｄＢ以下の状態で使用する場合には、６．６倍以上９．
７倍以下にする必要があることが分かる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のアンテナ
装置は、複数の素子アンテナが円弧状または円周状に配
置されたアレーアンテナであって、同時に給電する素子
アンテナ数及び素子アンテナの組み合わせを容易に切り
替えることができる。従って、１つのアンテナ装置で、
複数の異なる放射パターンを容易に得ることができると
いう利点がある。

【００３７】また、上記アンテナ装置において、素子ア
ンテナを、平面構造とすれば、装置全体の小型化を図る
ことができる。この場合も、ビーム幅を変えたり、任意
の方位にビームを向けることが可能である点は先の場合
と変わりない。

【００３８】また、上記アンテナ装置において、素子ア
ンテナを、反射手段を有する構造とすることにより、コ
ーナーレフアンテナ等の３次元構造のアンテナにも容易
に適用可能である。

【００３９】また、上記アンテナ装置において、スイッ
チ回路が同時に接続する素子アンテナ数をＮ個（ただ
し、Ｎは１以上Ｍ未満の整数）とＭ個（全素子数）とす
ることにより、指向性アンテナと無指向性アンテナを同
一アンテナで構成できる。これにより、特定の方向の指
向性と無指向性との両方のパターンが必要な場合に、従
来のように、特別に無指向性アンテナを用意する必要が
なくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の第１の例を示す斜視図で
ある。

【図２】実施の形態の第１の例の各部の接続関係を説明
する図である。

【図３】実施の形態の第１の例の、給電回路の接続（２
素子の場合）を説明する図である。

【図４】実施の形態の第１の例の、給電回路の接続（３
素子の場合）を説明する図である。

【図５】本発明の実施の形態の第２の例を示す斜視図で
ある。

【図６】実施の形態の第２の例の、各部の接続関係を説
明する図である。

【図７】実施の形態の第２の例の、給電回路の接続（７
素子の場合）を説明する図である。

【図８】実施の形態の第２の例の、給電回路の接続（全
素子の場合）を説明する図である。

【図９】実施の形態の第２の例の、放射パターン特性を
示す図である。

【図１０】従来のＷＵＬＬＥＮＷＥＢＥＲ型アンテナの
構成を示す図である。

【符号の説明】

１円筒筺体２マイクロストリップアンテナ３サブアンテナアレー４入力端子５素子数選択回路６励振分布制御回路７素子アンテナ８２素子用インピーダンス変換器９３素子用インピーダンス変換器１０移相器１１素子アンテナ選択スイッチ回路１２スイッチ回路１３アンテナ基板１４７素子用インピーダンス変換器１５全素子用インピーダンス変換器１６円筒型反射器１７放射素子１８固定移相器１９ゴニオメータ２０放射パターン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円弧状または円周状に配置した複数の素
子アンテナと、各素子アンテナの回路ごとに挿入されていて素子アンテ
ナを、他の素子アンテナと接続することができる接続点
に、接続するか否かを切り替える第１のスイッチ回路
と、異なる特性インピーダンスの回路間にあって、その整合
を行う複数種類のインピーダンス変換回路と、前記接続点と入力端子との間に、上記インピーダンス変
換回路の内のいずれかを選択して接続する第２のスイッ
チ回路とを備えて成り、第１のスイッチ回路によって少なくと１つの素子アンテ
ナを選択して接続点に接続し、第１のスイッチ回路によ
って接続点に接続した素子アンテナの数に応じたインピ
ーダンス変換回路を第２のスイッチ回路によって選択接
続することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】各素子アンテナは複数のアンテナ素子か
ら成るサブアンテナアレーである請求項１記載のアンテ
ナ装置。
【請求項３】各素子アンテナまたはアンテナ素子は反
射手段を有する請求項１、または、請求項２記載のアン
テナ装置。
【請求項４】各素子アンテナの回路ごとに移相器を挿
入した請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のアン
テナ装置。
【請求項５】移相器は外部からの制御により移相量を
変化させ得るものである請求項４記載のアンテナ装置。
【請求項６】第１のスイッチ回路が、複数の素子アン
テナの内のＮ個（Ｎは１以上Ｍ未満の整数）の素子アン
テナを選択接続する動作と、Ｍ個の全素子アンテナを選
択接続する動作とを切り替えて行うようにした請求項１
〜請求項５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項７】使用する電波の自由空間波長の５．４倍
以上１０．６倍以下の長さの直径を有する円周上に３６
個の素子アンテナを等間隔に配置し、任意の連続する３個の素子アンテナの移相器の移相量を
ほぼ０度とし、該３個の両側の素子アンテナの移相器の移相量をほぼ９
０度とし、該両側の素子アンテナの更に外側の素子アンテナの移相
器の移相量をほぼ１８０度として、これら７個の素子アンテナを一組として選択して給電す
る請求項４または請求項５に記載のアンテナ装置。
【請求項８】使用する電波の自由空間波長の６．６倍
以上９．７倍以下の長さの直径を有する円周上に３６個
の素子アンテナを等間隔に配置し、任意の連続する３個の素子アンテナの移相器の移相量を
ほぼ０度とし、該３個の両側の素子アンテナの移相器の移相量をほぼ９
０度とし、該両側の素子アンテナの更に外側の素子アンテナの移相
器の移相量をほぼ１８０度として、これら７個の素子アンテナを一組として選択して給電す
る請求項４または請求項５に記載のアンテナ装置。