JPH11355027A - アレーアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 広角に放射ビームを複数指向させた状態でビ
ーム走査が可能な円錐台形状のアレーアンテナを得るこ
とを目的としている。 【解決手段】 頂部平面の直径が底部平面の直径より小
さい円錐台形状とし、頂部平面上および側円錐面上に複
数個の素子アンテナを各々配列し頂部平面に概略垂直な
方向と、側円錐面に概略垂直な方向に各々ビームを放射
し、サービスエリア端部を高利得で覆うと共に、側円錐
面上には頂部平面外周と概略平行な複数列の円周リング
状に複数個の素子アンテナを配列し、さらに、１列或い
は複数列の円周リング状に配列した素子アンテナの一部
を用いて複数個のサブアレーを構成し、各サブアレー毎
に複数のビームを同時に放射するアレーアンテナにおい
て、給電回路に可変移相器を設けて同時に放射する複数
ビームを走査できるようにした。

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、通信用に使用さ
れる人工衛星、飛行船等に搭載するアレーアンテナに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１１は、特開平６−３５０３２７号公
報に示された従来のこの種のアレーアンテナの特にアレ
ーアンテナ本体を示す外観図である。図において、１は
アレーアンテナ本体である円錐台形状構体、２は円錐台
形状構体１の頂部平面、３は同じく円錐台形状構体１の
側円錐面、４ａ〜４ｅは頂部平面２の外周と概略平行に
側円錐面３上に配置された円周リング、５は頂部平面２
および側円錐面３上の円周リング４ａ〜４ｅ上に配列さ
れた複数個の素子アンテナ、６ａ〜６ｍ（ｍは任意の整
数）は各円周リング４ａ〜４ｅ上の素子アンテナ５を幾
つかの素子アンテナ単位でグループに分割して構成され
た複数個のサブアレーである。このような構造により、
サービスエリア端部を高利得で覆えるようにされてい
る。

【０００３】また、図１２は従来のアレーアンテナにお
ける特に上記サブアレー６ａの給電回路を示す構成図で
ある。サブアレーはいずれも同様の給電回路構成とす
る。図において、１１ａ〜１１ｅは各円周リング４ａ〜
４ｅ上に配列された素子アンテナ５に各々接続された２
分配器、１２ａ〜１２ｅはこの２分配器１１ａ〜１１ｅ
の一方の分配端子に接続された各円周リング４ａ〜４ｅ
に対応する固定電力分配器、１２ｆ〜１２ｊは上記２分
配器１１ａ〜１１ｅのもう一方の分配端子に接続された
各円周リング４ａ〜４ｅに対応する固定電力分配器、１
３ａは固定電力分配器１２ａ〜１２ｅに接続された固定
電力分配器、１３ｂは固定電力分配器１２ｆ〜１２ｊに
接続された固定電力分配器、１４ａ、１４ｂは固定電力
分配器１３ａ、１３ｂに各々接続された入出力端子であ
る。

【０００４】さらに、図１３はアレーアンテナから放射
されるビームの様子を表す図であり、１５は頂部平面２
から天頂方向に放射される天頂方向ビーム、１６ａ、１
６ｂは側円錐面３から円錐台の周方向に放射される周方
向ビームである。

【０００５】次に、このアレーアンテナの動作について
説明する。なお、ここでは、サブアレーで同時に構成さ
れるビームを２つとし、また、送信使用時の場合につい
て説明する。まず、円錐台形状構体１の頂部平面２上に
配列された素子アンテナ５につながる給電回路構成につ
いてはここでは示していないが、入出力端子から入力し
た信号は固定電力分配器により分配され、上記素子アン
テナ５に給電され、アレーアンテナ本体（円錐台形状構
体１）の天頂方向（図１３参照）にビーム１５が放射さ
れる。

【０００６】また、側円錐面３上に配列された素子アン
テナ５については、例えば図１２に示す給電回路におい
て、入出力端子１４ａより入力した信号は、固定電力分
配器１３ａ、続いて固定電力分配器１２ａ〜１２ｅで分
配され、各２分配器１１ａ〜１１ｅを経由して、各素子
アンテナ５より放射される。一方、入出力端子１４ｂよ
り入力した信号も同様に固定電力分配器１３ｂ及び固定
電力分配器１２ｆ〜１２ｊで分配され、各２分配器１１
ａ〜１１ｅを経由して、各素子アンテナ５より放射され
る。このため、１つのサブアレー６ａから２つの周方向
ビーム１６ａ，１６ｂを図１３のように同時に放射する
ことができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のアレーアンテナ
は以上のように構成されていたが、給電回路の構成は、
１つのサブアレーから同時に放射される複数の周方向ビ
ームは固定ビームであり、ビームを制御する手段を備え
ていなかった。例えば、図１４に示すように高度数１０
ｋｍ程度の上空に飛行船を停滞させ、その飛行船に上記
従来のアレーアンテナを搭載し、地上のサービスエリア
内の相手局との通信に用いる場合を考える。図１４にお
いて、２０は上空に停滞する飛行船、２１は従来のアレ
ーアンテナ、２２は従来のアレーアンテナ２１の側円錐
面上に構成されたあるサブアレーから同時に放射される
複数ビーム、２３は上記複数ビーム２２が覆うセル、２
４は全サービスエリアである。この場合、上記に示した
ように複数ビーム２２は固定であるため、１つのサブア
レーでサービスエリア２４内の複数セルを同時にカバー
するには、放射するビームの数だけ給電回路を装荷しな
くてはならず、その構成は非常に複雑となり、工作性に
問題があった。

【０００８】また、上空の環境変化等により飛行船２０
の姿勢が初期状態から変動した場合、当然複数ビーム２
２の指向方向も変動し、セル２３をカバーできず、セル
２３内にいる相手局との通信は不可能となる問題も生じ
る恐れがある。

【０００９】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、給電回路を複雑にすることなく
広角に複数のビームを同時に放射した場合に高利得でサ
ービスエリア内の多数のセルをカバーすることが可能な
アレーアンテナを得ることを目的としている。また、姿
勢変動によるビーム指向方向のずれた場合にビーム制御
が可能なアレーアンテナを得ることも目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的に鑑み、この
発明は、頂部平面の直径が底部平面の直径より小さい円
錐台形状とし、頂部平面上および側円錐面上に複数個の
素子アンテナを各々配列し頂部平面に概略垂直な方向
と、側円錐面に概略垂直な方向に各々ビームを放射し、
サービスエリア端部を高利得で覆うと共に、側円錐面上
には頂部平面外周と概略平行な複数列の円周リング状に
複数個の素子アンテナを配列し、さらにこれらの複数個
の素子アンテナを幾つかのグループに分割して複数個の
サブアレーを構成したアレーアンテナ本体と、上記各サ
ブアレー毎に複数のビームを同時に放射するように給電
を行う給電手段、および上記各素子アンテナ毎に励振位
相を可変するための可変移相手段を含む給電回路と、を
備えたことを特徴とするアレーアンテナにある。

【００１１】またこの発明は、上記給電回路が、上記各
サブアレー内の一方向に配列した素子アンテナを単位と
し、各単位毎に励振位相を可変するための群可変移相手
段をさらに備えたことを特徴とするアレーアンテナにあ
る。

【００１２】またこの発明は、隣り合う複数のサブアレ
ーで共有される素子アンテナを含むことを特徴とするア
レーアンテナにある。

【００１３】またこの発明は、上記給電回路が、上記群
可変移相手段に代えて、上記各サブアレー内の一方向に
配列した素子アンテナを単位とし、ビーム制御を行うデ
ィジタル信号処理手段をさらに含むことを特徴とするア
レーアンテナにある。

【００１４】またこの発明は、上記ディジタル信号処理
手段が、上記各サブアレーが同時に放射する複数ビーム
を、空間ビーム合成を行い、所望形状のビームを構成す
ることを特徴とするアレーアンテナにある。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、各実施の形態を説明するに
あたって説明の簡便性から円錐台の側円錐面上に構成さ
れる各サブアレーからは多数ビームを同時に放射するこ
とができるが、各々２ビームを同時に放射するアレーア
ンテナとして示すことにする。

【００１６】実施の形態１．図１はこの発明の実施の形
態１によるアレーアンテナのアレーアンテナ本体の外観
図である。図１１に示す従来のアレーアンテナ本体と外
観上は変わらない。図において、アレーアンテナ本体で
ある円錐台形状構体１、円錐台形状構体１における頂部
平面２、同じく側円錐面３、頂部平面２、側円錐面３上
に配列された素子アンテナ５については従来例の説明の
際に記しており、同一のものである。なお、円錐台形状
構体１は人工衛星または飛行船に搭載する時と同様に、
頂部平面２を下向きになるように配置している。以後の
説明においても同様である。３１ａ〜３１ｆは頂部平面
２の外周と平行に、かつ等間隔に側円錐面３上に配置さ
れた円周リングであり、各円周リング３１ａ〜３１ｆ上
に各々複数個の素子アンテナ５が配列されている。ま
た、３２ａ〜３２ｍ（ｍは任意の整数）は各円周リング
３１ａ〜３１ｆ上の素子アンテナ５の幾つかを単位とし
て構成されたサブアレーである。

【００１７】図２は例えばサブアレー３２ａのこの実施
の形態による給電回路の構成図である。図において、３
３ａ〜３３ｆは各円周リング３１ａ〜３１ｆ上に配列さ
れた素子アンテナ５にそれぞれ接続された可変移相器、
３４ａ〜３４ｆは上記可変移相器３３ａ〜３３ｆにそれ
ぞれ接続された２分配器、３５ａ〜３５ｆはこの２分配
器３４ａ〜３４ｆの一方の分配端子に接続された各円周
リング３１ａ〜３１ｆに対応する固定電力分配器、３５
ｇ〜３５ｌはこの２分配器３４ａ〜３４ｆのもう一方の
分配端子に接続された各円周リング３１ａ〜３１ｆに対
応する固定電力分配器、１３ａは固定電力分配器３５ａ
〜３５ｆに接続された固定電力分配器、１３ｂは固定電
力分配器３５ｇ〜３５ｌに接続された固定電力分配器、
１４ａ、１４ｂは固定電力分配器１３ａ、１３ｂに各々
接続された入出力端子である。

【００１８】さらに、図３はこの実施の形態に係るアレ
ーアンテナの放射の様子を示したものである。図におい
て、３６は頂部平面より放射されるアレーアンテナ本体
（円錐台形状構体１）直下方向（Ｚ軸方向）のビーム、
３７ａ、３７ｂはサブアレー３２ａより同時に放射され
る周方向ビームであり、お互いθ方向にずれている。３
８ａ、３８ｂは上記周方向ビーム３７ａ、３７ｂが各々
角度φ方向（円周リング方向）に走査されたサブアレー
３２ａより同時に放射される周方向ビームであり、３９
ａ、３９ｂは上記周方向ビーム３７ａ、３７ｂがカバー
する地上のサービスエリア内のセル、４０ａ、４０ｂは
上記周方向ビーム３８ａ、３８ｂがカバーするセルであ
る。

【００１９】次にこの実施の形態に示すアレーアンテナ
の動作について説明する。なお、送信使用時、受信使用
時においてはアレーアンテナ中を伝送する信号の方向が
違うだけなので、ここでは送信使用時の場合について説
明する。まず、円錐台形状構体１の頂部平面２上に配列
された素子アンテナ５につながる給電回路構成について
はここでは示していないが、上述した従来例の場合と同
様に、入出力端子から入力した信号は固定電力分配器に
より分配され、上記素子アンテナ５に給電され、アレー
アンテナ本体（円錐台形状構体１）の直下方向（図３参
照）に直下方向ビーム３６が放射される。次に、サブア
レー３２ａでは、図２の入出力端子１４ａから固定電力
分配器１３ａに入力された信号は、固定電力分配器１３
ａで分配され、固定電力分配器３５ａ〜３５ｆに入力さ
れる。続いて固定電力分配器３５ａ〜３５ｆで分配され
て、各２分配器３４ａ〜３４ｆに入力される。そして、
各２分配器３４ａ〜３４ｆを経由して、各可変移相器３
３ａ〜３３ｆに入力される。各可変移相器３３ａ〜３３
ｆで所要の位相量を与えられた信号は、各円周リング３
１ａ〜３１ｆ上に配置された素子アンテナ５から空間に
放射される。

【００２０】一方、入出力端子１４ｂより入力した信号
も、固定電力分配器１３ｂおよび固定電力分配器３５ｇ
〜３５ｌで分配され、各２分配器３４ａ〜３４ｆを経由
して、各可変移相器３３ａ〜３３ｆに入力される。先ほ
どと同様に、信号は各可変移相器３３ａ〜３３ｆで所要
の位相量を与えられ、各円周リング３１ａ〜３１ｆ上に
配置された素子アンテナ５から空間に放射される。従っ
て、一つのサブアレー３２ａより二つの周方向ビーム３
７ａ、３７ｂを同時に放射でき、かつ、各可変移相器３
３ａ〜３３ｆで信号に与える位相量を制御することによ
り、各円周リング３１ａ〜３１ｆ上に配置された各素子
アンテナ５毎に給電位相が変化するので、サブアレー３
２ａから放射される２つの周方向ビームの指向方向を、
図３に示す周方向ビーム３７ａ、３７ｂから３８ａ、３
８ｂのように角度φ方向で走査することが可能となる。

【００２１】また、上述のように可変移相器３３ａ〜３
３ｆで信号に与える位相量を制御することにより、角度
φ方向で２つの周方向ビーム３７ａ、３７ｂを同時に走
査することが可能となるため、２つの周方向ビーム３７
ａ、３７ｂがカバーする地上サービスエリア内のセル３
９ａ、３９ｂおよび角度φ方向にずれたセル４０ａ、４
０ｂの４セル分を一つのサブアレー３２ａで時分割的に
カバーすることが可能となり、給電回路構成を複雑にす
ることなく多数セルを１つのサブアレー、ひいては１の
アレーアンテナでカバーすることが可能となる。

【００２２】なおこの実施の形態および以下の実施の形
態においては、素子アンテナ形状、素子アンテナ間隔、
サブアレーを構成する素子アンテナ数等については特に
問わない。また、円周リング３１ａ〜３１ｆ毎に異なる
個数の素子アンテナ５を用いてサブアレーを構成しても
構わない。また、サブアレー形状についても図示のもの
に限定されることはなく、例えば、多角形、円形、楕円
形としても同様の効果が得られる。

【００２３】実施の形態２．上記実施の形態では、サブ
アレー３２ａの給電回路構成において、各円周リング３
１ａ〜３１ｆを単位として固定電力分配器３５ａ〜３５
ｆ、３５ｇ〜３５ｌを設けて、２つの周方向ビーム３７
ａ、３７ｂを放射させ、可変移相器３３ａ〜３３ｆでの
位相量制御により上記周方向ビームを角度φ方向に走査
している。

【００２４】この実施の形態では、逆に、図１の破線Ａ
で示す、円周リング３１ａ〜３１ｆに直交する方向に配
列されている素子アンテナ５を単位として上記固定電力
分配器３５ａ〜３５ｆ、３５ｇ〜３５ｌに相当する固定
電力分配器を各ビーム毎に４個設ける（図１ではサブア
レー３２ａの各円周リング３１ａ〜３１ｆには素子アン
テナ５が４個配列されているため）ことにより、例えば
図３で、２つの周方向ビーム３７ａ、３８ａを同時に放
射させ、可変移相器３３ａ〜３３ｆでの位相量制御によ
り、角度θ方向にビーム走査した周方向ビーム３７ｂ、
３８ｂを得ることが可能となる。

【００２５】実施の形態３．図４はこの発明の別の実施
の形態によるアレーアンテナの上記サブアレー３２ａの
給電回路の構成図である。なお、アレーアンテナ本体の
外観は上記実施の形態１で示した図１と同様である。図
４において、４１ａ〜４１ｆは固定電力分配器３５ａ〜
３５ｆと固定電力分配器１３ａとの間に接続された可変
移相器、４１ｇ〜４１ｌは固定電力分配器３５ｇ〜３５
ｌと固定電力分配器１３ｂとの間に接続された可変移相
器である。また、図５はこの実施の形態におけるアレー
アンテナの放射の様子を示したものであり、４２ａ、４
２ｂは上記サブアレー３２ａより同時に放射される周方
向ビーム３７ａ、３７ｂから各々角度θ方向（円周リン
グに直交する方向）に走査された周方向ビームであり、
４３ａ、４３ｂは上記周方向ビーム４２ａ、４２ｂがカ
バーする地上サービスエリア内のセルである。

【００２６】次にこの実施の形態に示すアレーアンテナ
の動作について説明する。なお、上記頂部平面２から放
射される上記直下方向ビーム３６の放射に関しては、前
述した実施の形態１と同様であるのでここでは省略す
る。サブアレー３２ａでは、入出力端子１４ａから入力
された信号は、固定電力分配器１３ａで分配され、各可
変移相器４１ａ〜４１ｆに入力される。各可変移相器４
１ａ〜４１ｆで所要の位相量を与えられた信号は、上述
の実施の形態１と同様に、固定電力分配器３５ａ〜３５
ｆに入力され、分配された後、各２分配器３４ａ〜３４
ｆを経由して、各可変移相器３３ａ〜３３ｆに入力され
る。そして、各可変移相器３３ａ〜３３ｆで所要の位相
量を与えられた信号は、各円周リング３１ａ〜３１ｆ上
に配置された素子アンテナ５から空間に放射される。

【００２７】一方、入出力端子１４ｂより入力した信号
も、固定電力分配器１３ｂで分配され、各可変移相器４
１ｇ〜４１ｌに入力される。各可変移相器４１ｇ〜４１
ｌで所要の位相量を与えられた信号は、固定電力分配器
３５ｇ〜３５ｌで分配され、各２分配器３４ａ〜３４ｆ
を経由して、各可変移相器３３ａ〜３３ｆに入力され、
同様に信号は各可変移相器３３ａ〜３３ｆで所要の位相
量を与えられ、各円周リング３１ａ〜３１ｆ上に配置さ
れた素子アンテナ５から空間に放射される。

【００２８】このため、図５に示すように１つのサブア
レー３２ａより２つの周方向ビーム３７ａ、３７ｂを同
時に放射でき、かつ、各可変移相器３３ａ〜３３ｆで信
号に与える位相量を制御することにより、各円周リング
３１ａ〜３１ｆ上に配置された各素子アンテナ５毎に給
電位相が変化するので、サブアレー３２ａから放射され
る２つの周方向ビームの指向方向を３８ａ、３８ｂのよ
うに角度φ方向で走査することが可能となると共に、各
円周リング３１ａ〜３１ｆを単位として各周方向ビーム
毎に可変位相器４１ａ〜４１ｆおよび４１ｇ〜４１ｌに
おいて、信号に与える位相量を制御することで円周リン
グ毎に素子アンテナ５の給電位相が変化するので、上記
２つの周方向ビーム３７ａ、３７ｂを同時に角度θ方向
にもビーム走査することが可能となる。

【００２９】すなわち、図５において、２つの周方向ビ
ーム３７ａ、３７ｂに対して各々角度θ方向ずれた周方
向ビーム４２ａ、４２ｂをサブアレー３２ａから同時に
放射でき、地上サービスエリア内のセル４３ａ、４３ｂ
をも時分割でカバーすることが可能となる。すなわち、
給電回路構成を複雑にすることなく多数セルを１つのサ
ブアレー、ひいては１つのアレーアンテナでカバーする
ことができる。

【００３０】なお、図５では周方向ビーム３７ａ、３７
ｂに対して、角度φ方向、角度θ方向のみ走査した周方
向ビーム３８ａ、３８ｂと４２ａ、４２ｂの場合を示し
たが、（θ、φ）座標に関して任意方向に周方向ビーム
３７ａ、３７ｂを走査することが可能なことは明らかで
ある。

【００３１】また、上記実施の形態３において、素子ア
ンテナ形状、素子アンテナ間隔、サブアレーを構成する
素子アンテナ数等については特に問わない。また、円周
リング３１ａ〜３１ｆ毎に異なる個数の素子アンテナ５
を用いてサブアレーを構成しても構わない。また、サブ
アレー形状についても拘らず、例えば、多角形、円形、
楕円形としても同様の効果が得られるのは上記実施の形
態１でも述べており、以後の実施の形態でも同様のこと
が言えるので省略する。

【００３２】実施の形態４．図６はこの発明の別の実施
の形態によるアレーアンテナのアレーアンテナ本体の外
観図である。図において、５ａは上記側円錐面３上に構
成された２つのサブアレーに共有される上記各円周リン
グ３１ａ〜３１ｆ上の素子アンテナ、５ｂはサブアレー
１つに共される上記各円周リング３１ａ〜３１ｆ上の素
子アンテナであり、３２ａ〜３２ｍ（ｍは任意の整数）
は各円周リング３１ａ〜３１ｆ上の素子アンテナ５ａを
互いに共有するように構成されたサブアレーである。

【００３３】図７はこの実施の形態におけるサブアレー
３２ａおよび３２ｂの給電回路の構成図である。ここで
は、上記サブアレー３２ａについての給電回路構成の説
明をする。図に示したサブアレー３２ｂについても同一
の給電回路構成となっている。図において、３３ａ〜３
３ｆは各円周リング３１ａ〜３１ｆ上に配列された素子
アンテナ５ｂにそれぞれ接続された可変移相器、３４ａ
〜３４ｆは上記可変移相器３３ａ〜３３ｆ或るいは素子
アンテナ５ａにそれぞれ接続された２分配器、５１ａ〜
５１ｆは上記素子アンテナ５ａに接続された２分配器３
４ａ〜３４ｆに接続された可変移相器、５２ａ〜５２ｆ
は上記可変移相器５１ａ〜５１ｆに接続された２分配
器、３５ａ〜３５ｆは上記２分配器３４ａ〜３４ｆの一
方の分配端子と、上記２分配器５２ａ〜５２ｆの一方の
分配端子とに接続された各円周リング３１ａ〜３１ｆに
対応する固定電力分配器、３５ｇ〜３５ｌは上記２分配
器３４ａ〜３４ｆのもう一方の分配端子と、上記２分配
器５２ａ〜５２ｆの一方の分配端子とに接続された各円
周リング３１ａ〜３１ｆに対応する固定電力分配器、１
３ａは固定電力分配器３５ａ〜３５ｆに接続された固定
電力分配器、１３ｂは固定電力分配器３５ｇ〜３５ｌに
接続された固定電力分配器、１４ａ、１４ｂは固定電力
分配器１３ａ、１３ｂに各々接続された入出力端子であ
る。

【００３４】次にこの実施の形態に示すアレーアンテナ
の動作について説明する。まず、サブアレー３２ａで
は、入出力端子１４ａから入力された信号は、固定電力
分配器１３ａおよび固定電力分配器３５ａ〜３５ｆで分
配される。そして、素子アンテナ５ａに接続される給電
回路では、固定電力分配回路５２ａ〜５２ｆを経由して
各可変移相器５１ａ〜５１ｆに入力し、この可変移相器
５１ａ〜５１ｆにおいて所要の位相量を与えられ、各２
分配器３４ａ〜３４ｆに入力され、一方、素子アンテナ
５ｂに接続される給電回路では、直接各２分配器３４ａ
〜３４ｆに入力される。その後、信号は各２分配器３４
ａ〜３４ｆを経由して、素子アンテナ５ａ、および可変
移相器３３ａ〜３３ｆにおいて所要の位相量を与えられ
た後に素子アンテナ５ｂより放射される。

【００３５】一方、入出力端子１４ｂから入力された信
号も、固定電力分配器１３ｂおよび固定電力分配器３５
ｇ〜３５ｌで分配され、素子アンテナ５ａに接続される
給電回路では、固定電力分配回路５２ａ〜５２ｆを経由
して各可変移相器５１ａ〜５１ｆに入力しこの可変移相
器５１ａ〜５１ｆにおいて所要の位相量を与えられ、各
２分配器３４ａ〜３４ｆに入力され、一方、素子アンテ
ナ５ｂに接続される給電回路では、直接各２分配器３４
ａ〜３４ｆに入力される。その後、信号は各２分配器３
４ａ〜３４ｆを経由して、素子アンテナ５ａ、および可
変移相器３３ａ〜３３ｆにおいて所要の位相量を与えら
れた後に素子アンテナ５ｂより放射される。サブアレー
３２ｂについても、入出力端子１４ａ、１４ｂから入力
された信号は、同様の２通りの経路をたどって、サブア
レー３２ｂを構成する素子アンテナ５ａ、５ｂより放射
される。

【００３６】従って、一つのサブアレー３２ａ或いは３
２ｂより上記２つの周方向ビーム３７ａ、３７ｂ（図３
参照）を同時に放射でき、かつ、各可変移相器３３ａ〜
３３ｆおよび５１ａ〜５１ｆで信号に与える位相量を制
御することにより、各円周リング３１ａ〜３１ｆ上に配
置された各素子アンテナ５ａ、５ｂ毎に給電位相が変化
するので、上記２つの周方向ビームの指向方向を、図３
に示す３８ａ、３８ｂのように角度φ方向で走査するこ
とが可能となる。

【００３７】上記実施の形態４においては、上記側円錐
面３上の素子アンテナ５の一部を互いに共有する（図６
での素子アンテナ５ａ）ようにサブアレーを構成してい
るため、アレーアンテナ本体（上記円錐台形状構体１）
の大きさを実施の形態１に対して縮小した状態で実施の
形態１および２の効果が得られる。

【００３８】また、上記実施の形態４においては、各円
周リング３１ａ〜３１ｆ上の素子アンテナ５ａの内、１
素子のみを隣り合うサブアレー３２ａと３２ｂで共有さ
せているが、共有する素子アンテナの個数についてはこ
れに限定されない。

【００３９】さらに、１個の素子アンテナ５ａを２つの
サブアレー３２ａと３２ｂで共有させているが、３個以
上のサブアレーで１個の素子アンテナ５ａを共有しても
よい。

【００４０】実施の形態５．図８はこの発明の別の実施
の形態によるアレーアンテナにおける上記図７で示した
サブアレー３２ａの給電回路の構成図であり、アレーア
ンテナ本体の外観は上記実施の形態４で示した図６と同
様で、サブアレー３２ａ〜３２ｍ（ｍは任意の整数）は
各円周リング３１ａ〜３１ｆ上の素子アンテナ５ａを互
いに共有するように構成されている。図８において、６
１ａ〜６１ｆは固定電力分配器３５ａ〜３５ｆと固定電
力分配器１３ａとの間に接続された可変移相器、同じく
６１ｇ〜６１ｌは固定電力分配器３５ｇ〜３５ｌと固定
電力分配器１３ｂとの間に接続された可変移相器であ
る。また、この給電回路を構成する他の部分については
上記実施の形態４で示したものと同一である。

【００４１】次にこの実施の形態に示すアレーアンテナ
の動作について説明する。まず、サブアレー３２ａで
は、入出力端子１４ａから入力された信号は、固定電力
分配器１３ａで分配され、各可変移相器６１ａ〜６１ｆ
に入力される。各可変移相器６１ａ〜６１ｆで所要の位
相量を与えられた信号は、固定電力分配器３５ａ〜３５
ｆで分配され、素子アンテナ５ａに接続される給電回路
では、固定電力分配回路５２ａ〜５２ｆを経由して各可
変移相器５１ａ〜５１ｆに入力し、この可変移相器５１
ａ〜５１ｆにおいて所要の位相量を与えられ、各２分配
器３４ａ〜３４ｆに入力され、一方、素子アンテナ５ｂ
に接続される給電回路では、直接各２分配器３４ａ〜３
４ｆに入力される。その後、信号は各２分配器３４ａ〜
３４ｆを経由して、素子アンテナ５ａ、および可変移相
器３３ａ〜３３ｆにおいて所要の位相量を与えられた後
に素子アンテナ５ｂより放射される。

【００４２】一方、入出力端子１４ｂから入力された信
号も、固定電力分配器１３ｂで分配され、各可変移相器
６１ｇ〜６１ｌに入力される。各可変移相器６１ｇ〜６
１ｌで所要の位相量を与えられた信号は、固定電力分配
器３５ｇ〜３５ｌで分配され、素子アンテナ５ａに接続
される給電回路では、固定電力分配回路５２ａ〜５２ｆ
を経由して各可変移相器５１ａ〜５１ｆに入力し、この
可変移相器５１ａ〜５１ｆにおいて所要の位相量を与え
られ、各２分配器３４ａ〜３４ｆに入力され、一方、素
子アンテナ５ｂに接続される給電回路では、直接各２分
配器３４ａ〜３４ｆに入力される。その後、信号は各２
分配器３４ａ〜３４ｆを経由して、素子アンテナ５ａ、
および可変移相器３３ａ〜３３ｆにおいて所要の位相量
を与えられた後に素子アンテナ５ｂより放射される。

【００４３】サブアレー３２ｂについても、入出力端子
１４ａ、１４ｂから入力された信号は、上記と同様の２
通りの経路をたどって、サブアレー３２ｂを構成する素
子アンテナ５ａ、５ｂより放射される。

【００４４】このため、図５に示すように１つのサブア
レー３２ａより２つの周方向ビーム３７ａ、３７ｂを同
時に放射でき、かつ、各可変移相器３３ａ〜３３ｆおよ
び５１ａ〜５１ｆで信号に与える位相量を制御すること
により、各円周リング３１ａ〜３１ｆ上に配置された各
素子アンテナ５ａおよび５ｂ毎に給電位相が変化するの
で、サブアレー３２ａから放射される２つの周方向ビー
ムの指向方向を３８ａ、３８ｂのように角度φ方向で走
査することが可能となると共に、各円周リング３１ａ〜
３１ｆを単位として各周方向ビーム毎に可変位相器６１
ａ〜６１ｆおよび６１ｇ〜６１ｌにおいて信号に与える
位相量を制御することで円周リング毎に素子アンテナ５
ａおよび５ｂの給電位相が変化するので、上記２つの周
方向ビーム３７ａ、３７ｂを同時に角度θ方向にもビー
ム走査することが可能となる。

【００４５】すなわち、図５において、２つの周方向ビ
ーム３７ａ、３７ｂに対して各々角度θ方向ずれた周方
向ビーム４２ａ、４２ｂをサブアレー３２ａから同時に
放射でき、地上サービスエリア内のセル４３ａ、４３ｂ
をも時分割でカバーすることが可能となる。すなわち、
給電回路構成を複雑にすることなく多数セルを１つのサ
ブアレー、ひいては一つのアレーアンテナでカバーする
ことができる。

【００４６】上記実施の形態５においては、上記側円錐
面３上の素子アンテナ５の一部を互いに共有する（図６
での素子アンテナ５ａ）ようにサブアレーを構成してい
るため、アレーアンテナ本体（上記円錐台形状構体１）
の大きさを実施の形態４に対して縮小した状態で実施の
形態３の効果を期待できる。

【００４７】なお、各隣り合うサブアレーの共有する素
子アンテナの個数、および１つの共有素子アンテナが共
有されるサブアレー数については、上記実施の形態に限
定されるものではない。

【００４８】実施の形態６．図９はこの発明の別の実施
の形態によるアレーアンテナの上記図１および図６で示
したサブアレー３２ａの給電回路の構成図であり、サブ
アレー３２ａ〜３２ｍ（ｍは任意の整数）は各円周リン
グ３１ａ〜３１ｆ上の素子アンテナ５の一部を共有した
構成、あるいは共有しない構成のどちらでも構わない
が、ここでは、後者の素子アンテナを共有しない構成の
場合を説明する。図９において、７１は上記実施の形態
３で示した図４における固定電力分配器３５ａ〜３５
ｆ、および固定電力分配器３５ｇ〜３５ｌに接続された
ディジタル信号処理装置である。この図に示すディジタ
ル信号処理装置７１は、送信ではＤ／Ａ変換器、受信で
はＡ／Ｄ変換器、およびミキサー、ＤＢＦプロセッサー
等で構成されているとする(いずれも特に図示せず)。ま
た、この給電回路を構成する他の部分については上記実
施の形態３で示したものと同一である。

【００４９】次にこの実施の形態に示すアレーアンテナ
の動作について説明する。まず、入出力端子１４ａから
入力したディジタル信号は、ディジタル信号処理装置７
１に入力し、このディジタル信号処理装置７１におい
て、各上記各円周リング３１ａ〜３１ｆ毎に所要の振幅
位相量がディジタルで演算され、Ｄ／Ａ変換器を通り、
アナログ信号に変換される。次に、固定電力分配器３５
ａ〜３５ｆに入力した信号は、そこで分配され、各２分
配器３４ａ〜３４ｆを経由して、各可変移相器３３ａ〜
３３ｆにおいて所要の位相量が与えられて、各素子アン
テナ５から放射される。

【００５０】一方、入出力端子１４ｂから入力した信号
も上記と同様にディジタル信号処理装置７１において、
各上記各円周リング３１ａ〜３１ｆ毎に所要の振幅位相
量がディジタルで演算され、Ｄ／Ａ変換器を通り、アナ
ログ信号に変換され、固定電力分配器３５ｇ〜３５ｌに
入力した信号は、そこで分配され、各２分配器３４ａ〜
３４ｆを経由して、各可変移相器３３ａ〜３３ｆにおい
て所要の位相量が与えられて、各素子アンテナ５から放
射される。

【００５１】従って、ディジタル信号処理装置７１によ
るビーム制御により図５で示した角度θ方向にずれた二
つの周方向ビーム３７ａ、３７ｂを１つのサブアレー３
２ａから放射でき、かつディジタル信号処理装置７１か
らは２系統のアナログ給電回路が形成されているため、
さらに２つの周方向ビーム４２ａ、４２ｂをも同時に放
射できる。さらに、各可変移相器３３ａ〜３３ｆで信号
に与える位相量を制御することにより、各円周リング３
１ａ〜３１ｆ上に配置された各素子アンテナ５毎に給電
位相が変化するので、サブアレー３２ａから放射される
上記４本の周方向ビームの指向方向を角度φ方向で走査
することが可能となる。

【００５２】上記実施の形態６では、ディジタル信号処
理装置７１に接続する入出力端子を１４ａ、１４ｂと２
つとしているが、この個数をさらに増大させることによ
り、角度θ方向にずれた周方向ビームを増やすことがで
きる。例えば、入出力端子数を５個とすると、上記図９
における給電回路構成では、サブアレー３２ａから１０
本の周方向ビームを放射することができる。

【００５３】さらに、図１０はこの実施の形態に示すア
レーアンテナの放射の様子を示したものであり、８１
ａ、８１ｂは上記ディジタル信号処理装置７１でのディ
ジタル信号処理によるビーム制御により上記サブアレー
３２ａから同時に放射される周方向ビーム、８２は上記
周方向ビーム８１ａ、８１ｂの間に放射された周方向ビ
ームである。上記ディジタル信号処理装置７１における
ディジタル信号の演算から、サブアレー３２ａ内の各円
周リング３１ａ〜３１ｂを単位として所要の振幅位相制
御を行うことで２つの周方向ビーム８１ａ、８１ｂを空
間ビーム合成し、上記周方向ビーム８１ａ、８１ｂの間
に別の周方向ビーム８２を生成するものである。これに
より、例えば、この実施の形態のアレーアンテナが搭載
されている人工衛星あるいは飛行船の姿勢変動により、
ビームが所定のセルからずれた場合に上記空間ビーム合
成をすることにより、元のセルをカバーすることが可能
となる。

【００５４】なお、上記実施の形態では、２つの周方向
ビーム８１ａ、８１ｂを空間ビーム合成し、別の周方向
ビームを生成するようにしているが、２つではなくさら
に多数のビームから空間ビーム合成により別のビームを
生成してもかまわない。また、空間ビーム合成して作ら
れるビームの数もこれに限定されるものではない。

【００５５】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、頂部平
面の直径が底部平面の直径より小さい円錐台形状とし、
頂部平面上および側円錐面上に複数個の素子アンテナを
各々配列し頂部平面に概略垂直な方向と、側円錐面に概
略垂直な方向に各々ビームを放射し、サービスエリア端
部を高利得で覆うと共に、側円錐面上には頂部平面外周
と概略平行な複数列の円周リング状に複数個の素子アン
テナを配列し、さらにこれらの複数個の素子アンテナを
幾つかのグループに分割して複数個のサブアレーを構成
したアレーアンテナ本体と、上記各サブアレー毎に複数
のビームを同時に放射するように給電を行う給電手段、
および上記各素子アンテナ毎に励振位相を可変するため
の可変移相手段を含む給電回路と、を備えたことを特徴
とするアレーアンテナとしたので、可変移相手段で信号
に与える位相量を制御するため、各円周リング上に配置
された各素子アンテナ毎に給電位相が変化し、一つのサ
ブアレーから同時に放射される複数ビームの指向方向
を、一方向、例えば円周リング方向に走査することがで
きる効果がある。また、上述のように可変移相手段によ
り複数ビームを同時に走査することが可能となるため、
一つのサブアレーがカバーする地上サービスエリア内の
セル数を時分割的に多数カバーすることが給電回路構成
を複雑にすることなく可能となる効果がある。さらに、
円周リング方向に沿って配列された素子アンテナを一単
位として位相量を制御すれば円周リング方向に走査する
ことができ、また逆に、円周リングと直交する方向に沿
って配列された素子アンテナを一単位として位相量を制
御すれば、円周リング方向に対して直交した方向にビー
ムを走査することが可能である効果もある。

【００５６】またこの発明では、上記給電回路が、上記
各サブアレー内の一方向に配列した素子アンテナを単位
とし、各単位毎に励振位相を可変するための群可変移相
手段をさらに備えたので、上記可変移相手段と群可変移
相手段により、給電回路構成を複雑にすることなく複数
ビームを２次元的に走査することができる効果がある。

【００５７】またこの発明では、隣り合う複数のサブア
レーで一部の素子アンテナを共有するようにしたので、
一つのアレーアンテナに所要の開口径を持つサブアレー
を多数設定することができる。

【００５８】またこの発明では、上記給電回路が、上記
群可変移相手段に代えて、上記各サブアレー内の一方向
に配列した素子アンテナを単位とし、ビーム制御を行う
ディジタル信号処理手段をさらに備えたので、より多数
のビームを周方向に同時形成でき、かつ、それらを一方
向、例えば円周リング方向にビーム走査できる効果があ
る。

【００５９】またこの発明は、上記ディジタル信号処理
手段が、上記各サブアレーが同時に放射する複数ビーム
を、空間ビーム合成を行い、所望形状のビームを構成す
るので、アレーアンテナを搭載している飛行船等の姿勢
変動により、ビームが所定のセルからずれた場合に空間
ビーム合成をすることで、元のセルをカバーすることが
可能となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１によるアレーアンテ
ナのアレーアンテナ本体の外観図である。

【図２】 この発明の実施の形態１によるアレーアンテ
ナの側円錐面上のサブアレーの給電回路の構成図であ
る。

【図３】 この発明の実施の形態１によるアレーアンテ
ナにおける放射の様子を示した図である。

【図４】 この発明の実施の形態３によるアレーアンテ
ナの側円錐面上のサブアレーの給電回路の構成図であ
る。

【図５】 この発明の実施の形態３によるアレーアンテ
ナにおける放射の様子を示した図である。

【図６】 この発明の実施の形態４によるアレーアンテ
ナのアレーアンテナ本体の外観図である。

【図７】 この発明の実施の形態４によるアレーアンテ
ナの側円錐面上のサブアレーの給電回路の構成図であ
る。

【図８】 この発明の実施の形態５によるアレーアンテ
ナの側円錐面上のサブアレーの給電回路の構成図であ
る。

【図９】 この発明の実施の形態６によるアレーアンテ
ナの側円錐面上のサブアレーの給電回路の構成図であ
る。

【図１０】 この発明の実施の形態７によるアレーアン
テナにおける放射の様子を示した図である。

【図１１】 従来のこの種のアレーアンテナのアレーア
ンテナ本体の外観図である。

【図１２】 従来のアレーアンテナにおける側円錐面上
のサブアレーの給電回路の構成図である。

【図１３】 従来のアレーアンテナにおける放射の様子
を示した図である。

【図１４】 従来のアレーアンテナの実運用時を示す図
である。

【符号の説明】

１ 円錐台形状構体、２ 頂部平面、３ 側円錐面、４
ａ〜４ｅ 円周リング、５ 素子アンテナ、６ａ〜６ｍ
サブアレー、１１ａ〜１１ｅ ２分配器、１２ａ〜１
２ｊ、１３ａ、１３ｂ 固定電力分配器、１４ａ、１４
ｂ 入出力端子、１５ 天頂方向ビーム、１６ａ、１６
ｂ 周方向ビーム、３１ａ〜３１ｆ 円周リング、３２
ａ〜３２ｍ サブアレー、３３ａ〜３３ｆ 可変移相
器、３４ａ〜３４ｆ ２分配器、３５ａ〜３５ｌ 固定
電力分配器、３６ 直下方向ビーム、３７ａ、３７ｂ、
３８ａ、３８ｂ 周方向ビーム、３９ａ、３９ｂ、４０
ａ、４０ｂ セル、４１ａ〜４１ｌ 可変移相器、４２
ａ、４２ｂ 周方向ビーム、４３ａ、４３ｂ セル、５
１ａ〜５１ｆ 可変移相器、５２ａ〜５２ｆ ２分配
器、６１ａ〜６１ｌ 可変移相器、７１ ディジタル信
号処理装置、８１ａ、８１ｂ 周方向ビーム、８２ 空
間合成ビーム。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 頂部平面の直径が底部平面の直径より小
   さい円錐台形状とし、頂部平面上および側円錐面上に複
   数個の素子アンテナを各々配列し頂部平面に概略垂直な
   方向と、側円錐面に概略垂直な方向に各々ビームを放射
   し、サービスエリア端部を高利得で覆うと共に、側円錐
   面上には頂部平面外周と概略平行な複数列の円周リング
   状に複数個の素子アンテナを配列し、さらにこれらの複
   数個の素子アンテナを幾つかのグループに分割して複数
   個のサブアレーを構成したアレーアンテナ本体と、 上記各サブアレー毎に複数のビームを同時に放射するよ
   うに給電を行う給電手段、および上記各素子アンテナ毎
   に励振位相を可変するための可変移相手段を含む給電回
   路と、 を備えたことを特徴とするアレーアンテナ。
2. 【請求項２】 上記給電回路が、上記各サブアレー内の
   一方向に配列した素子アンテナを単位とし、各単位毎に
   励振位相を可変するための群可変移相手段をさらに備え
   たことを特徴とする請求項１に記載のアレーアンテナ。
3. 【請求項３】 隣り合う複数のサブアレーで共有される
   素子アンテナを含むことを特徴とする請求項１または２
   に記載のアレーアンテナ。
4. 【請求項４】 上記給電回路が、上記各サブアレー内の
   一方向に配列した素子アンテナを単位とし、ビーム制御
   を行うディジタル信号処理手段をさらに含むことを特徴
   とする請求項１または３に記載のアレーアンテナ。
5. 【請求項５】 上記ディジタル信号処理手段が、上記各
   サブアレーが同時に放射する複数ビームを、空間ビーム
   合成を行い、所望形状のビームを構成することを特徴と
   する請求項４に記載のアレーアンテナ。