JPH1093339A - マルチビームアンテナ - Google Patents

マルチビームアンテナ

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JPH1093339A
JPH1093339A JP26522196A JP26522196A JPH1093339A JP H1093339 A JPH1093339 A JP H1093339A JP 26522196 A JP26522196 A JP 26522196A JP 26522196 A JP26522196 A JP 26522196A JP H1093339 A JPH1093339 A JP H1093339A
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JP
Japan
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antenna
matrix
phase
brass
butler
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Pending
Application number
JP26522196A
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English (en)
Inventor
Masaji Hirabe
正司 平部
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 給電系としてバトラーマトリクスもしくはブ
ラスマトリクスを利用してアレイアンテナによるマルチ
ビームを形成する場合の全方向ビーム形成の確立。 【解決手段】 円周上にアンテナ素子11〜18を等間隔配
列して成る円形アレイアンテナ1を、2つバトラーマト
リクス2,4及び移相器31〜38から成る移相器群3を組
み合わせた回路により給電する構成を採ることにより、
給電信号を入力するビームポート401 〜408 に対応して
円形アレイアンテナ1上に複数の異なる方向に励振分布
を形成し、円形アレイアンテナ1を含む平面内で 360°
の範囲にわたって複数の異なる方向にビームを持つマル
チビームを形成することを可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はマルチビームアンテ
ナに関し、特にマイクロ波およびミリ波に用いるマルチ
ビームアンテナに関する。
【0002】
【従来の技術】バトラーマトリクス(Buttler Matrix)も
しくはブラスマトリクス(Blass Matrix)の給電マトリク
スによる給電でマルチビームを形成する従来のマルチビ
ームアンテナは、給電点切替走査による電子走査アンテ
ナとして知られ、直線上に等間隔にアンテナ素子を配列
した直線アレイアンテナと、この直線アレイアンテナに
接続されて給電を行うバトラーマトリクスもしくはブラ
スマトリクスにより構成されていた。
【0003】図4は、従来のマルチビームアンテナの構
成を示すブロック図(a)および形成マルチビームを示
す図(b)である。図4の場合は、8エレメント/8ポ
ート構成のバトラーマトリクス6を利用し、非アンテナ
側の8つのビームポート601〜608を介して入力し
た給電信号にバトラーマトリクス6で所望の位相を与え
て等間隔配列のアンテナ素子51〜58より成る直線ア
レイアンテナ5に印加し、図4の(b)に示すようにビ
ームポート601〜608に対応して、直線アレイアン
テナ5を含む平面内の+90°〜−90°の範囲内かつ
等間隔の異なる方向にビーム61〜68を含むマルチビ
ーム分布Pを有するマルチビームを形成することができ
る。尚、給電マトリクスとしてのバトラーマトリクスや
ブラスマトリクスそれ自体については、例えば、「アン
テナ工学ハンドブック、電子通信学会編、1980、オーム
社」(P181〜182、P222〜224)や、「Antenna Handbook,V
OLUME III APPLICATIONS,Y.T.Lo /S.W.Lee,1993,VAN N
OSTRAND REINHOLD,New York」(P19-8〜19-11)等に詳述さ
れている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のマルチ
ビームアンテナは、アレイアンテナを含む平面内の18
0°の範囲にしかマルチビームを形成することができな
いという問題点がある。その理由は、バトラーマトリク
スやブラスマトリクスの給電マトリクスは、直線上にア
ンテナ素子を配列した直線アレイアンテナを対象とした
ものであり、従って直線アレイアンテナでしかマルチビ
ームを形成できないことによる。
【0005】本発明の目的は、上述した問題点を解決
し、円周上もしくは円筒上にアンテナ素子を配列して成
るアレイアンテナに移相器を介在させた2つのバトラー
マトリクスもしくはブラスマトリクスを組み合わせて給
電することにより、アレイアンテナを含む平面内の36
0°の範囲にマルチビームを形成することができるマル
チビームアンテナを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、本発明は次の手段構成を有する。即ち、本発明
のマルチビームアンテナは、円周上もしくは円筒上にア
ンテナ素子を等間隔配列したアレイアンテナと、前記ア
レイアンテナのアンテナ素子にアンテナ側に配設したア
ンテナポートを介して励振信号を給電する第1のバトラ
ーマトリクスもしくはブラスマトリクスと、前記第1の
バトラーマトリクスもしくはブラスマトリクスの非アン
テナ側に配設したビームポートを介して接続し、入力側
に受けた等振幅の給電入力に対して前記第1のバトラー
マトリクスもしくはブラスマトリクスとともに、前記ア
レイアンテナにマルチビームを形成せしめるアンテナ励
振振幅位相分布を付与すべく配設した前記ビームポート
の数に対応する複数の移相器と、前記複数の移相器のそ
れぞれの入力側にアンテナポートを介して接続し前記移
相器の入力に前記アンテナ励振振幅位相分布を円周上も
しくは円筒上で所定のステップで回転シフトせしめる複
数の異なる一次位相傾斜を付与する第2のバトラーマト
リクスもしくはブラスマトリクスとを備えた構成を有す
る。
【0007】また、本発明のマルチビームアンテナは、
前記第2のバトラーマトリクスもしくはブラスマトリク
スによって前記複数の移相器に付与する前記複数の異な
る一次位相傾斜に基づく前記アンテナ励振振幅位相分布
の回転シフトのステップを、前記アンテナ素子の等間隔
の配列間隔に対応したものとして設定した構成を有す
る。
【0008】また、本発明のマルチビームアンテナは、
前記複数の異なる一次位相傾斜を、前記アンテナ励振振
幅位相分布の回転シフトを0°ないし360°の全方位
にわたって確保するように設定した構成を有する。
【0009】
【発明の実施の形態】バトラーマトリクスやブラスマト
リクスを給電マトリクスとしてマルチビームを形成する
従来の手法では、アンテナ素子を直線配列した直線アレ
イアンテナのみを対象とし、従ってマルチビーム形成範
囲も、アンテナを含む平面の180°以内に限定されて
いる。本発明では、円周上もしくは円筒上にアンテナ素
子を等間隔配列したアレイアンテナに接続した第1のバ
トラーマトリクスと、この第1のバトラーマトリクスに
接続された移相器群とによって、移相器群に入力された
等振幅の入力を、マルチビーム形成に必要なアンテナ励
振振幅位相分布に変換することができる。
【0010】また、移相器群に入力される励振位相分布
に一次傾斜を与えることにより、アンテナ素子の励振振
幅位相分布を円周上もしくは円筒上で位相の回転シフト
を与えることができる。ここで、移相器群に与える励振
位相分布をθ(m)=δθ×m(δθ:位相の傾き、
m:移相器の番号)とすると、アンテナ励振振幅位相分
布はδθずつ円周上もしくは円筒上を回転シフトする。
このようなアンテナ励振振幅位相分布の回転シフトに対
応してビームもδθだけ回転する。
【0011】ここで、第2のバトラーマトリクスを移相
器群に接続することにより、ビームポートに対応して複
数の異なる一次位相傾斜(0〜360°)をもった励振
位相分布を移相器群に与えることができ、円周上もしく
は円筒上で複数の異なる方向にアンテナ励振分布を実現
し、360°の範囲なわたってマルチビームを形成する
ことができる。なお、バトラーマトリクスに代えてブラ
スマトリクスを用いても同様の動作を確保することがで
きる。
【0012】本発明はこのようにして、円周上もしくは
円筒上に配列したアレイアンテナを対象として、移相器
を介在させた第1および第2の2つのバトラーマトリク
スもしくはブラスマトリクスによるアンテナ励振振幅位
相分布の回転シフトに基づきマルチビームを形成するこ
とを発明の実施の形態としている。
【0013】
【実施例】以下、本発明について図面を参照して詳細に
説明する。図1は、本発明の一実施例の構成を示すブロ
ック図である。図1に示す実施例の構成は、円周上に等
間隔にアンテナ素子を配列し、かつ給電マトリクスとし
てバトラーマトリクスを利用する場合を例とし、8個の
アンテナ素子11,12,……,18を円周上に等間隔
配置して成る円形アレイアンテナ1と、8個の非アンテ
ナ側のポートであるビームポート201,202,…
…,208と8個のアンテナ側のポートであるアンテナ
ポート211,212,……,218とを有する8エレ
メント/8ポート構成の第1のバトラーマトリクスとし
てのバトラーマトリクス2と、8個のビームポートに対
応した8個の移相器31,32,……,38を有してバ
トラーマトリクスの入力を与える移相器群3と、8個の
ビームポート401,402,……,408と8個のア
ンテナポート411,412,……,418とを有して
円形アレイアンテナ1による0〜360°にわたるビー
ム形成を可能ならしめる8エレメント/8ポート構成の
第2のバトラーマトリクスとしてのバトラーマトリクス
4とを備える。
【0014】次に、本実施例の動作について説明する。
いま、バトラーマトリクス4のビームポートを40m
(m=1〜8)で表現し、ビームポート40mから信号
a40mを入力すると、41n(n=1〜8)で表現す
るアンテナポート41nには、次の数式1に示すような
信号b41nが出力される。
【0015】
【数1】b41n(m)=a40m/√8・ exp{(j
2π(m−1)n)/8}
【0016】次に、これらの信号b41n(m)(n=
1〜8)が移相器31〜38でφn(n=1〜8)ずつ
移相されてバトラーマトリクス2のビームポート20n
(n=1〜8)に入力される。これらの信号は次の数式
2に示すように表される。
【0017】
【数2】c20n(m)=b41n× exp(jφn) =a40m/√8・ exp{(j2π(m−1)n/8)
−φn}
【0018】これらの信号c20n(m)(n=1〜
8)は、バトラーマトリクス2を通って、アンテナポー
ト21n(n=1〜8)には次の数式3に示すような信
号d21p(p=1〜8)が得られる。
【0019】
【数3】
【0020】つまり、バトラーマトリクス4のビームポ
ート40mから信号を入力したときのバトラーマトリク
ス2のアンテナポート21pへの出力は、ビームポート
401から信号を入力した場合のアンテナポート21q
(q=(p+m−1) mod 8)が出力される。例えば、
ビームポート406より入力した場合は、図3に示すよ
うになる。但し、振幅は入力信号の大きさに比例してa
40m/a401となる。
【0021】バトラーマトリクス2のアンテナポート2
11〜218は、円形アレイアンテナ1のアンテナ素子
11〜18に接続されており、ビームポート401から
信号を入力するとした場合は図2の(a)の励振分布
(1)のように円形アレイアンテナ1が励振される。ま
た、ビームポート406から信号を入力すると、励振分
布(1)がアンテナ素子の配列間隔に対応して回転シフ
トした励振分布(6)のように円形アレイアンテナ
(1)が励振される。
【0022】このように、ビームポート401〜408
に対応して、アンテナ素子の配列間隔に対応した角度ス
テップでアンテナ素子に対する励振分布が回転シフトす
るため、図2の(b)のようにビームポート401〜4
08に対応してアンテナ素子の配列に対応した角度ステ
ップでビームが回転し、アンテナ素子を含む平面の36
0°の範囲にわたってマルチビームを形成することがで
きる。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、円周上も
しくは円筒上にアンテナ素子を等間隔配列して成る円形
もしくは円筒形アレイアンテナを、2つのバトラーマト
リクスもしくはブラスマトリクス間にポートに対応した
複数の移相器を介在させて、アンテナ素子の配列間隔に
対応した所定の角度ずつの位相回転シフトを与えるよう
な励振振幅位相分布で励振せしめるように給電すること
により、円形もしくは円筒形アレイアンテナ上に、アン
テナ素子を含む平面内の360°範囲にわたって複数の
異なる方向にマルチビームを形成することができる効果
を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。
【図2】本発明の一実施例におけるアンテナ励振分布
(a)および形成ビーム分布(b)を示す図である。
【図3】本発明の一実施例における第2のバトラーマト
リクスのビームポート入力と第1のバトラーマトリクス
のアンテナポート出力とを対応させて示す図である。
【図4】従来のマルチビームアンテナの構成を示すブロ
ック図(a)および形成マルチビームを示す図(b)で
ある。
【符号の説明】
1 円形アレイアンテナ 2 バトラーマトリクス 3 移相器群 4 バトラーマトリクス 5 直線アレイアンテナ 6 バトラーマトリクス 41〜48 ビームポート401〜408の入力に対す
るビーム 51〜58 アンテナ素子 61〜68 ビーム 201〜208 ビームポート 211〜218 アンテナポート 401〜408 ビームポート 411〜418 アンテナポート 601〜608 ビームポート

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 円周上もしくは円筒上にアンテナ素子を
    等間隔配列したアレイアンテナと、前記アレイアンテナ
    のアンテナ素子にアンテナ側に配設したアンテナポート
    を介して励振信号を給電する第1のバトラーマトリクス
    もしくはブラスマトリクスと、前記第1のバトラーマト
    リクスもしくはブラスマトリクスの非アンテナ側に配設
    したビームポートを介して接続し、入力側に受けた等振
    幅の給電入力に対して前記第1のバトラーマトリクスも
    しくはブラスマトリクスとともに、前記アレイアンテナ
    にマルチビームを形成せしめるアンテナ励振振幅位相分
    布を付与すべく配設した前記ビームポートの数に対応す
    る複数の移相器と、前記複数の移相器のそれぞれの入力
    側にアンテナポートを介して接続し前記移相器の入力に
    前記アンテナ励振振幅位相分布を円周上もしくは円筒上
    で所定のステップで回転シフトせしめる複数の異なる一
    次位相傾斜を付与する第2のバトラーマトリクスもしく
    はブラスマトリクスとを備えることを特徴とするマルチ
    ビームアンテナ。
  2. 【請求項2】 前記第2のバトラーマトリクスもしくは
    ブラスマトリクスによって前記複数の移相器に付与する
    前記複数の異なる一次位相傾斜に基づく前記アンテナ励
    振振幅位相分布の回転シフトのステップを、前記アンテ
    ナ素子の等間隔の配列間隔に対応したものとして設定し
    た構成を有することを特徴とする請求項1記載のマルチ
    ビームアンテナ。
  3. 【請求項3】 前記複数の異なる一次位相傾斜を、前記
    アンテナ励振振幅位相分布の回転シフトを0°ないし3
    60°の全方位にわたって確保するように設定した構成
    を有することを特徴とする請求項1または2記載のマル
    チビームアンテナ。
JP26522196A 1996-09-13 1996-09-13 マルチビームアンテナ Pending JPH1093339A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015525516A (ja) * 2012-05-31 2015-09-03 アルカテル−ルーセント ワイヤレス通信のためのプリコーディングされた信号の変換

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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