JPH11145725A - 空間給電フェーズドアレイアンテナ装置 - Google Patents

空間給電フェーズドアレイアンテナ装置

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JPH11145725A
JPH11145725A JP9308545A JP30854597A JPH11145725A JP H11145725 A JPH11145725 A JP H11145725A JP 9308545 A JP9308545 A JP 9308545A JP 30854597 A JP30854597 A JP 30854597A JP H11145725 A JPH11145725 A JP H11145725A
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JP
Japan
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space
phased array
sub
antenna device
phase shifter
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Application number
JP9308545A
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English (en)
Inventor
Isao Tokaji
功 戸梶
Masayuki Tanaka
正之 田中
Toru Tanaka
亨 田中
Noriaki Miyano
憲明 宮野
Tomohide Soejima
知英 副島
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.)
Toshiba Corp
Japan Steel Works Ltd
Technical Research and Development Institute of Japan Defence Agency
Original Assignee
Toshiba Corp
Japan Steel Works Ltd
Technical Research and Development Institute of Japan Defence Agency
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高密度実装による小型化、コスト低減の要求
に対応する。 【解決手段】 集積化サブアレイ211〜21nは、ア
ンテナ素子221〜224と、反射型の移相器MMIC
231〜234と、各移相器MMIC231〜234に
移相量制御信号を配信する制御ロジック回路素子24を
搭載する。これらの集積化サブアレイ211〜21n
は、互いに近接して制御基板25上に並列に配置する。
また、各集積化サブアレイ211〜21nは、DCイン
ターフェース261〜26nを通じて制御基板25と電
気的に接続することで、制御基板25から移相量制御信
号を入力できるようにする。各サブアレイ211〜21
nのアンテナ素子配列面の正面には一次放射器27を配
置し、信号源28から出力される送信信号が一次放射器
27からアンテナ素子配列面に向けて放射されるように
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、レーダ・通信等に
使用される反射型の空間給電フェーズドアレイアンテナ
装置に係り、特に小型化・高密度実装化技術に関する。
【0002】
【従来の技術】周知のように、空間給電フェーズドアレ
イアンテナ装置は、給電線路の分岐接続による分配器給
電型と異なり、一次放射器からの放射電波によりアンテ
ナ素子それぞれに一括して電力を供給するため、分配器
給電型に比して構造が簡単で、しかも高い周波数におい
ては給電損失が少ないという利点を有する。
【0003】また、空間給電フェーズドアレイアンテナ
装置は、透過型と反射型に大別される。透過型は、2つ
のアンテナ素子を透過型の移相器を介してその両側に接
続したものを複数配列し、一方のアンテナ素子面に向け
て一次放射器から電波を放射することで、他方面のアン
テナ素子から電波を再放射させ、これによってビームを
形成するようにしたものである。所望のビームを形成す
るために必要な位相は、外部より与えられる制御信号に
よって移相器にて付与される。
【0004】反射型は、複数のアンテナ素子にそれぞれ
反射型移相器を接続して配列し、アンテナ素子面に正面
側から電波を放射させ、各アンテナ素子で受信された信
号を反射型移相器で移相しつつ反射し、アンテナ素子か
ら再放射させることでビームを形成するようにしたもの
である。所望のビームを形成するために必要な位相は、
透過型と同様に、外部より与えられる制御信号により移
相器にて付与される。
【0005】以上のように、透過型がアンテナ素子の背
面に一次放射器を配置するのに対し、反射型はアンテナ
素子配列面の正面に一次放射器を配置する構造である。
したがって、反射型のアンテナ占有部分は、アンテナ素
子配列面から正面方向が主となる。このため、特に飛翔
体の頭部にフェーズドアレイアンテナ装置を設ける場合
には、頭部に設置される尖塔状のレドームにより形成さ
れるデッドスペースを有効に利用することができる。
【0006】図3に従来の反射型空間給電アレイアンテ
ナ装置の概略構成を示す。図3において、複数のアンテ
ナ素子11はそれぞれ移相器モジュール12を介して制
御基板13上にアレイ状に配列される。アンテナ素子1
1と移相器モジュール12との間はRFコネクタ等のR
Fインターフェースで結合され、移相器モジュール12
と制御基板13との間はDCコネクタ等のDCインター
フェースで結合される。
【0007】移相器モジュール12の移相量はDCイン
ターフェースを通じて制御基板13から送られてくる制
御値に応じて制御される。アンテナ素子11の配列面正
面には一次放射器14が配置され、信号源15からの送
信出力を一次放射器14から各アンテナ素子11に向け
て放射する構成となっている。各アンテナ素子11の受
信出力は移相器モジュール12で所定の移相量だけ位相
制御を受けて反射され、アンテナ素子11から再放射さ
れる。
【0008】このとき、再放射される電波の等位相面が
所望のビーム形成方向と垂直になるように各位相モジュ
ール12の移相量を制御する。これにより、任意の方向
に向けてビームを空間合成することができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところで、特に飛翔体
搭載においては、飛翔体の高速化に伴い、頭部の設置ス
ペースが益々狭くなりつつある。このため、飛翔体用の
フェーズドアレイアンテナ装置にあっては、小型化が要
求されるようになってきている。
【0010】小型化のためには、周波数を高くすること
が有効であり、この理由から近年はミリ波帯での空間給
電フェーズドアレイアンテナの実現の要求が高まってき
ている。
【0011】フェーズドアレイアンテナでビームを走査
する場合、アンテナ素子間の間隔はビーム走査角に対応
して(1)式で示される値以下としなければならないこ
とが知られている。 d<λ/(1+ sinθ0 ) …(1) (1)式で、dは素子間隔、λは波長、θ0 はアレイ正
面方向から測った最大ビーム走査角である。
【0012】アンテナ素子、移相器及び移相器の制御ロ
ジック回路等の制約により、(1)式で表される素子間
隔が達成できない場合は、良好なビーム形状を保てるビ
ーム走査範囲が制約を受けることになり、それ以上にビ
ームを走査しようとした場合はグレーティングローブと
呼ばれる不要ビームが形成され、アンテナ性能を著しく
劣化させることになる。
【0013】例えば、周波数30GHzで最大ビーム走
査角60°とした場合を考えると、波長λは10mmと
なるので、(1)式より、素子間隔dはd<5.3mm
と非常に小さな値となる。
【0014】前述した、従来の移相器モジュールとアン
テナ素子を別体とし、RFインターフェースで接続する
構造では、このように小さな素子間隔では配列が困難と
なり、十分なビーム走査角度を確保することができなく
なり、著しい性能の劣化を招くことになる。
【0015】本発明は、上記の課題を解決し、アンテナ
素子と移相器の集積化を実現し、高密度実装による小型
化を図り、アンテナ素子間隔を小さくし、良好なビーム
走査性能を有する反射型空間給電フェーズドアレイアン
テナ装置を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、アレイ状に配列される複数のアンテナ素
子をそれぞれ反射型移相器に接続し、アンテナ素子配列
面の正面側から一次放射器により空間給電する反射型の
空間給電フェーズドアレイアンテナ装置において、前記
アンテナ素子と反射型移相器を集積化し、その集積化さ
れ小型化された回路をアレイ状に配列する。これによっ
てアンテナ素子間隔をより狭くしてビーム走査性能の向
上を図ることができる。
【0017】また、前記アンテナ素子と反射型移相器を
それぞれ複数個まとめてサブアレイ化したものを背面ど
うしに取り付け一体化し、両者を電気的に接続して集積
化する。これによってさらに集積度を高めることができ
る。
【0018】さらに、前記サブアレイを構成する基板の
反射型移相器と同一面上に、前記複数の反射型移相器に
移相量制御信号を配信する制御ロジック回路素子を配置
する。これによって、制御基板とのインターフェース部
の個数を削減することができ、小型化が可能となり、さ
らに集積度を高めることができる。
【0019】この場合、前記複数のサブアレイを前記移
相量制御信号を供給する制御基板上に配置し、各サブア
レイ基板と制御基板とを電気的に接続して移相量制御信
号が各サブアレイ基板上の制御ロジック素子に供給され
るようにする。また、前記サブアレイを着脱自在に前記
制御基板に取り付けるようにすることで、故障時の交換
等、メンテナンス作業の効率化を図る。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図1は本発明に係る空間給
電アレイアンテナ装置の概略構成を示すもので、211
〜21nは、複数(ここでは4個とする)のアンテナ素
子221〜224と、反射型の移相器MMIC(Monoli
thic Microwave Integrated Circuit :モノリシックマ
イクロ波集積回路)231〜234と、各移相器MMI
C231〜234に移相量制御信号を配信する制御ロジ
ック回路素子241〜24nを搭載する集積化サブアレ
イである。これらの集積化サブアレイ211〜21nは
同一形状・同一構造であり、互いに近接して制御基板2
5上に並列に配置される。また、各集積化サブアレイ2
11〜21nは、DCインターフェース261〜26n
を通じて制御基板25と電気的に接続され、制御基板2
5から移相量制御信号を入力できるようになっている。
【0021】各サブアレイ211〜21nのアンテナ素
子配列面の正面には一次放射器27が配置され、信号源
28から出力される送信信号が一次放射器27からアン
テナ素子配列面に向けて放射されるようになっている。
【0022】具体的な構造を図2に示す。図2(a)は
上記集積化サブアレイ211〜21nを平面上に配列し
た様子を示すもので、図2(b)は図2(a)中の図中
線分A−A′で示す断面構造を示すものである。
【0023】図2において、サブアレイ21i(iは1
〜nを表す)は、一方面にアンテナ素子221〜224
を形成した第1の基板31と、他方面に移相器MMIC
231〜234と制御ロジック回路素子24i(iは1
〜nを示す)を配置した第2の基板32を張り合わせた
ものである。第2の基板32の素子配置面の周囲には、
内側端部に切り欠きが形成された側壁部33が一体的に
取り付けられ、その切り欠き部分にシールド板34が蓋
として取り付けられる。側壁部33の四隅には、それぞ
れ配線用のピン351〜354が埋設されている。
【0024】各アンテナ素子221〜224の下部には
第1及び第2の基板31,32を貫通するスルーホール
36が形成される。このスルーホール36の端部は、ワ
イヤーボンディング37により移相器MMIC231〜
234の信号入出力端と接続される。
【0025】また、同一基板32上の制御ロジック回路
素子241の制御信号出力端子と移相器MMIC231
〜234の制御信号入力端子は、基板32上に形成され
た配線パターンとワイヤーボンディング38,39によ
って電気的に接続される。さらに、制御ロジック回路素
子241の制御信号入力端子は、第2の基板32と側壁
部33の内部に配線される信号線路41とワイヤーボン
ディング40を通じていずれかのピン(例えば351)
と接続される。
【0026】上記のように構成されたサブアレイ21i
は、四隅のピン351〜354を制御基板25上に対向
配置されたピンコネクタ421〜424に嵌め込むこと
で固定される。すなわち、ピン351〜354とピンコ
ネクタ421〜424は、DCインターフェースとして
機能する。
【0027】上記構成による空間給電フェーズドアレイ
アンテナ装置では、アンテナ素子と移相器MMICを集
積化する際、アンテナ素子配列面とは反対側に移相器M
MICを配置するようにしている。このため、アンテナ
素子間隔をより狭くして高密度化が可能となる。アンテ
ナ素子間隔が狭くなると、グレーティングローブが抑圧
されるため、ビーム特性が良好となり、性能の向上を図
ることができる。
【0028】また、集積化に際して、複数個のアンテナ
素子と移相器MMICを一つのサブアレイでハイブリッ
ト化し、そのサブアレイに各移相器MMICに対して制
御信号分配を行う制御ロジック回路素子を搭載するよう
にしているので、制御基板とのインターフェース部の個
数を全体として大幅に削減することができる。
【0029】さらに、DCインターフェース部をピン接
続にしているので、着脱が容易であり、故障時の交換
等、メンテナンスの面で非常に有効である。但し、着脱
が不要な場合には、バンプ接続等によってサブアレイを
制御基板に固定するようにしてもよい。以上の集積化に
より、組立作業の効率化及び量産効果によるコスト低減
を実現することができる。
【0030】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、アン
テナ素子と移相器MMICの集積化を実現し、高密度実
装による小型化、素子間隔の狭小化によるビーム走査性
能の向上及びコスト低減の要求に対応可能な反射型によ
る空間給電フェーズドアレイアンテナ装置を提供するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る反射型空間給電フェーズドアレ
イアンテナ装置の一実施形態の概略構成を示す構成図。
【図2】 同実施形態の具体的な構造を示す平面図及び
断面図。
【図3】 従来の反射型空間給電フェーズドアレイアン
テナ装置の概略構成を示す構成図。
【符号の説明】
11…アンテナ素子 12…移相器モジュール 13…制御基板 14…一次放射器 15…信号源 211〜21n…集積化サブアレイ 221〜224…アンテナ素子 231〜234…反射型移相器MMIC 241〜24n…制御ロジック回路素子 25…制御基板 261〜26n…DCインターフェース 27…一次放射器 28…信号源 31…第1の基板 32…第2の基板 33…側壁部 34…シールド板 351〜354…ピン 36…スルーホール 37,38,39,40…ワイヤーボンディング 41…信号線路 421〜424…ピンコネクタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 亨 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝小向工場内 (72)発明者 宮野 憲明 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝小向工場内 (72)発明者 副島 知英 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝小向工場内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アレイ状に配列される複数のアンテナ素子
    をそれぞれ反射型移相器に接続し、アンテナ素子配列面
    の正面側から一次放射器により空間給電する反射型の空
    間給電フェーズドアレイアンテナ装置において、 前記アンテナ素子と反射型移相器を背面どうしに取り付
    けて一体化し、両者を電気的に接続して集積化したこと
    を特徴とする空間給電フェーズドアレイアンテナ装置。
  2. 【請求項2】前記アンテナ素子と反射型移相器をそれぞ
    れ複数個づつ基板上にまとめ、各基板を背面どうしに張
    り合わせて一体化し、各基板を通じて前記アンテナ素子
    と反射型移相器を電気的に接続して集積化することで複
    数のサブアレイを形成するようにしたことを特徴とする
    請求項1記載の空間給電フェーズドアレイアンテナ装
    置。
  3. 【請求項3】前記複数のサブアレイを構成する基板の前
    記反射型移相器と同一面上に、前記複数の反射型移相器
    に移相量制御信号を配信する制御ロジック回路素子を配
    置するようにしたことを特徴とする請求項1記載の空間
    給電フェーズドアレイアンテナ装置。
  4. 【請求項4】それぞれ前記移相量制御信号を供給する制
    御基板上に前記複数のサブアレイを配置し、各サブアレ
    イの反射型移相器及び制御ロジック回路素子の搭載基板
    と前記制御基板とを電気的に接続して、前記制御基板か
    ら移相量制御信号が各サブアレイ基板の制御ロジック素
    子に供給されるようにしたことを特徴とする請求項3記
    載の空間給電フェーズドアレイアンテナ装置。
  5. 【請求項5】前記サブアレイを着脱自在に前記制御基板
    に取り付けるようにしたことを特徴とする請求項4記載
    の空間給電フェーズドアレイアンテナ装置。
JP9308545A 1997-11-11 1997-11-11 空間給電フェーズドアレイアンテナ装置 Pending JPH11145725A (ja)

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