JPS59110204A - Array antenna device - Google Patents

Array antenna device

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Publication number
JPS59110204A
JPS59110204A JP21973082A JP21973082A JPS59110204A JP S59110204 A JPS59110204 A JP S59110204A JP 21973082 A JP21973082 A JP 21973082A JP 21973082 A JP21973082 A JP 21973082A JP S59110204 A JPS59110204 A JP S59110204A
Authority
JP
Japan
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antenna device
array antenna
radiation characteristics
distribution
connection cables
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Pending
Application number
JP21973082A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Ushigome
牛込 博
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Publication of JPS59110204A publication Critical patent/JPS59110204A/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/20Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a curvilinear path

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain desired radiation characteristics in the vertical surface of a cylindrical array by providing exciting circuits in a longitudinal direction with a specific phase distribution. CONSTITUTION:A connection cable 3k connects a feeding network to the two- distribution part of a signal distributor 14b, and connection cables 3i and 3j connect four-distribution parts of distributors 14a and 14b to the two-distribution part of the distributor 14b. Connection cables 3a-3d connect print die holes 2a- 2d to the four-distribution parts of the distributors 14a and 14b, and connection cables 3e-3k connect die holes 2e-2h respectively. Then, the lengths of the connection cables 3a-3h are set corresponding to the extents of phase shifting based upon coefficients of distortion to excite the die holes 2a-2h with the different extents of phase shifting. Thus, the desired radiation characteristics are obtained in the vertical surface.

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はマイクロ波およびミリ波帯などにおいて2通
信、放送、レーダーなどに用いられるアレイアンテナ装
置の改良に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to improvements in array antenna devices used for communications, broadcasting, radar, etc. in microwave and millimeter wave bands.

まず、従来のこの種のプレイアンテナ装置について、第
1図、第2図、第3図を用いて説明する。
First, a conventional play antenna device of this type will be explained with reference to FIGS. 1, 2, and 3.

図中、(1)はアレイアンテナ装置、(2)はプリント
ダイポール、(3)は接続ケーブル、(4)は給電回路
網。
In the figure, (1) is an array antenna device, (2) is a printed dipole, (3) is a connection cable, and (4) is a feeding circuit network.

(5)はレドーム、(6)は金属棒、(7)は止め枠、
(8)は取付金具、(9)は可変電力分配器、 (11
はブランチライン・カップラー、11)はダミーロード
、回連は移相用ケーブル、0Sはコネクタである。
(5) is a radome, (6) is a metal rod, (7) is a stopper frame,
(8) is the mounting bracket, (9) is the variable power divider, (11)
11) is a branch line coupler, 11) is a dummy load, 3) is a phase shift cable, and 0S is a connector.

第1図で、この種のアレイアンテナ装置(llは。In FIG. 1, this type of array antenna device (ll) is shown.

一般にシリンドリカル・アレイと称されるものであり2
反射板としての機能をもつ金属棒(6)の格子間に、放
射素子であるプリントダイポール(2)をアレイ半径R
で放射状に配列し、電力の分配もしくは合成を行なう給
電回路網(4)と各プリントダイポール(2)を接続ケ
ーブル(3)で接続して構成される。
It is generally called a cylindrical array.
Printed dipoles (2), which are radiating elements, are placed between the grids of metal rods (6) that function as reflectors with an array radius R.
The printed dipoles (2) are arranged radially in a radial manner, and each printed dipole (2) is connected to a power supply network (4) for distributing or combining power by a connecting cable (3).

プリントダイポール(2)は所定の直径の止め枠(7)
に取付金具(8)を用いて固定される。レドーム(5)
は各プリントダイポール(2)を雨や風から守るもので
あリ、波長に比べて薄い誘電体板などが用いられる。
The printed dipole (2) has a stopper frame (7) of a predetermined diameter.
It is fixed using the mounting bracket (8). Radome (5)
This is to protect each printed dipole (2) from rain and wind, and a dielectric plate or the like which is thinner than the wavelength is used.

シリンドリカル・アレイは主として、アンテナ断面を含
む水平面内における指向性合成に適した方式のアレイア
ンテナ装置であシ、所望の放射特性もしくは成形ビーム
を得るために給電回路網(4)で各プリントダイポール
(2)の励振振幅、励振移相を制御する。
The cylindrical array is mainly an array antenna device of a type suitable for directivity synthesis in the horizontal plane including the antenna cross section, and in order to obtain the desired radiation characteristics or shaped beam, each printed dipole ( 2) Control the excitation amplitude and excitation phase shift.

第2図は、給電回路網(4)の構成要素である可変電力
分配器(9)の−宋施例を示したもので、プリント基板
上に配置された2つのブランチライン・カップラー(1
0a) 、 (1ob)に8つのコネクタθ咎を取勺付
け、ブランチライン・カップラー(10a)および(1
0b)の間に2本の移相用ケーブル(12a)、、 (
12b)を取り付けて構成される。ダミーロードαυは
不平衝成分吸収用の無反射終端であり、コネクタ(13
a)を入力端子とし、移相用ケーブル(12a)に+ψ
°なる移相量を、移相用ケーブル(12のに一ψ°なる
移相量を与えた場合、コネクタ(13b)にcosψな
る出力が、コネクタ(13c)にsinψなる出力が取
シ出せる。第2図に示す可変電力分配器(9)を多段接
続して構成された給電回路網(4)で、アレイアンテナ
装置(1)を駆動した例を第3図に示す。
Figure 2 shows the -Song embodiment of the variable power divider (9), which is a component of the feed network (4), and includes two branch line couplers (1) arranged on a printed circuit board.
Attach eight connectors θ to (0a) and (1ob), and connect branch line couplers (10a) and (1ob).
0b), two phase shift cables (12a), (
12b). The dummy load αυ is a non-reflection termination for absorbing unbalanced components, and is a connector (13
a) is the input terminal, and +ψ is connected to the phase shift cable (12a).
When a phase shift amount of 1 ψ° is applied to the phase shift cable (12), an output of cos ψ can be obtained from the connector (13b), and an output of sin ψ can be obtained from the connector (13c). FIG. 3 shows an example in which the array antenna device (1) is driven by a feeder network (4) configured by connecting the variable power dividers (9) shown in FIG. 2 in multiple stages.

第3図は、水平面内における成形ビームの一例で、第4
図は、垂直面の座標系である。
Figure 3 is an example of a shaped beam in the horizontal plane, with the fourth
The figure is a coordinate system in the vertical plane.

第4図の座標系にもとづいて、垂直面の放射特性の一例
を示したのが第5図である。
FIG. 5 shows an example of the radiation characteristics of a vertical plane based on the coordinate system of FIG. 4.

以上説明したように、従来のアレイアンテナ装置によれ
ば、アンテナ断面を含む水平面内において、所望の放射
特性もしくは成形ビームを得ることができ、移動無線用
の基地局アンテナや放送サービスを行なうアンテナとし
て有効であった。しかし、垂直面内の放射特性において
、主ビームの中心軸が水平方向を向いているため、水平
面内の成形ビームを減密な意味でサービスエリアの形状
に合わせることが難かしく、また、送信電力の半分以上
が浪費されてしまうなどの欠点があった。
As explained above, the conventional array antenna device can obtain desired radiation characteristics or shaped beams in the horizontal plane including the antenna cross section, and can be used as a base station antenna for mobile radio or as an antenna for broadcasting services. It was effective. However, in terms of radiation characteristics in the vertical plane, the central axis of the main beam is oriented in the horizontal direction, making it difficult to match the shaped beam in the horizontal plane to the shape of the service area in a sense of reduced density. The disadvantage was that more than half of the amount was wasted.

この発明は上述した欠点を除去するだめに、縦方向の励
振回路に所定の位相分布を与え、垂直面内で主ビームに
ビームチルトをかけるよう改良したものであり、以下2
図面を用いて詳しく説明する。
In order to eliminate the above-mentioned drawbacks, this invention is an improvement in which a predetermined phase distribution is given to the vertical excitation circuit and a beam tilt is applied to the main beam in the vertical plane.
This will be explained in detail using drawings.

この発明のプレイアンテナ装置の説明には第1図、第2
図、第3図、第4図、第6図、第7図が必要であるが1
周方向の構成については従来のものと基本的には変らな
いため、補足説明のみとし。
The explanation of the play antenna device of this invention includes FIGS. 1 and 2.
Figure, Figure 3, Figure 4, Figure 6, Figure 7 are required, but 1
The configuration in the circumferential direction is basically the same as the conventional one, so we will only provide supplementary explanations.

縦方向の構成について第4図、第6図、第7図を用いて
説明する。
The vertical configuration will be explained using FIGS. 4, 6, and 7.

第1図、第2図、第3図において、(1)はアレイアン
テナ装置、(2)はプリントダイポール、(3)は接続
ケーブル、(4)は給電回路網、(5)はレドーム、(
6)は金属棒、(7)は止め枠、(8)は取付金具、(
9)は可変電力分配器、Q・はブランチライン・カップ
ラー。
In Figures 1, 2, and 3, (1) is an array antenna device, (2) is a printed dipole, (3) is a connection cable, (4) is a feeding circuit network, (5) is a radome, (
6) is a metal rod, (7) is a stopper frame, (8) is a mounting bracket, (
9) is a variable power divider, and Q is a branch line coupler.

fil)はダミーロード、員は移相用ケーブル、θjは
コネクタでちる。
fil) is a dummy load, member is a phase shift cable, and θj is a connector.

この発明のアレイアンテナ装置の周方向の構成は、前述
したよりな32素子構成の場合、可変電力分配器(9)
は31個必要になる。給電回路網(4)は。
In the case of the above-mentioned 32-element configuration in the circumferential direction of the array antenna device of the present invention, the variable power divider (9)
will require 31 pieces. The power supply network (4) is.

上記した可変電力分配器(9)を5段に連結接続して構
成される。
It is constructed by connecting the variable power dividers (9) described above in five stages.

第3図に示すような成形ビームの形状は、可変電力分配
器(9)の移相用ケーブル(12a) 、 (12b)
の移相量で可変でき、32素子構成の場合は、31対の
移相量が励振振幅を制御する。
The shape of the shaped beam as shown in Figure 3 is based on the phase shifting cables (12a) and (12b) of the variable power divider (9).
In the case of a 32-element configuration, the phase shift amount of 31 pairs controls the excitation amplitude.

第4図は、垂直面内の放射特性を説明するだめの座標系
であるが、垂直面の放射特性は近似的に縦方向の素子数
、素子の放射特性、素子の励振振幅、励振位相に依存す
る。
Figure 4 is a coordinate system used to explain the radiation characteristics in the vertical plane, but the radiation characteristics in the vertical plane are approximated by the number of elements in the vertical direction, the radiation characteristics of the elements, the excitation amplitude of the elements, and the excitation phase. Dependent.

第6図はこの発明のアレイアンテナ装置の縦方向の構成
例を示すものであり2図中、(2)はプリントダイポー
ル、(3)は接続ケーブル、 +141は信号分配器で
ある。図では給電回路網(4)からの信号を2つの信号
分配器(14a) 、 (14b)を用い、2分配器4
分配をへて8分配し、各プリントダイポール(2a)。
FIG. 6 shows an example of the vertical configuration of the array antenna device of the present invention. In FIG. 6, (2) is a printed dipole, (3) is a connection cable, and +141 is a signal distributor. In the figure, two signal distributors (14a) and (14b) are used to transmit the signal from the power supply network (4).
After distributing, each print dipole (2a) is divided into 8 parts.

(2b) 、 (2c) 、 (2a) 、 (2e)
 、 (2f) 、 (2g) 、 (2h)を励振す
る例を示す。接続ケーブル(6k)は給電回路網(4)
と信号分配器(14a)の2分配部を接続し、接続ケー
ブル(31) 、 (sj)はそれぞれ、信号分配器(
14a) 。
(2b), (2c), (2a), (2e)
An example of exciting , (2f), (2g), and (2h) is shown below. The connection cable (6k) is the power supply network (4)
and the two distribution parts of the signal distributor (14a), and the connection cables (31) and (sj) are connected to the signal distributor (14a), respectively.
14a).

(14b)の4分配部と信号分配器(14b)の2分配
部とを接続する。接続ケーブル(5a) 、 (3b)
 、 (3c)、(3d)はプリントダイポール(2a
) 、 (2b) 、 (2c) 、 (2a)と。
The four-way distribution section of (14b) and the two-way distribution section of the signal distributor (14b) are connected. Connection cable (5a), (3b)
, (3c), (3d) are printed dipoles (2a
), (2b), (2c), (2a).

また、接続ケーブル(xe) 、 (sf) 、 (5
g) 、 (sh)はプリントダイポール(2e) 、
 (2f) 、 (2g) 、 (2h)と信号分配器
(14a) 、 (14b)の4分配部と管接続する。
In addition, connection cables (xe), (sf), (5
g), (sh) is a printed dipole (2e),
(2f), (2g), and (2h) are pipe-connected to the four distribution parts of the signal distributors (14a) and (14b).

素子数ヲN、素子間隔をd。とすれば、開口長2dFi
The number of elements is N, and the element spacing is d. Then, the aperture length is 2dFi
.

2a=ao−OJ−t)         (11で与
えられ、上から1番目の素子の位置(Liは。
2a=ao-OJ-t) (Given by 11, the position of the first element from the top (Li is.

d’l =−d+do−(’i−1)       (
21となる。歪曲収差の係数をKとすれば、チルト角θ
voを用いて。
d'l =-d+do-('i-1) (
It will be 21. If the distortion coefficient is K, then the tilt angle θ
using vo.

であり、1番目の素子に与える移相量φiは。The amount of phase shift φi given to the first element is.

となる。したがって、接続ケーブル(3a)、(+b)
becomes. Therefore, connection cables (3a), (+b)
.

(3c) 、 (+a) 、 (3e) 、 (3f)
 、 (3g) 、 (3h)の長さを(4)式で与え
られる移相量に対応させることによシ、プリントダイポ
ール(2a)、(2b)+(2c)、(2d)、(2e
)、(2f)。
(3c), (+a), (3e), (3f)
By making the lengths of , (3g) and (3h) correspond to the amount of phase shift given by equation (4), printed dipoles (2a), (2b) + (2c), (2d), (2e
), (2f).

(2g) 、 (2h)を異った移相量で励振すること
ができる。
(2g) and (2h) can be excited with different phase shifts.

第7図は第6図に示す8素子のアレイにおいて。FIG. 7 shows the 8-element array shown in FIG.

垂直面内の放射特性を求めた例である。ビームチルト角
θVOは4°としている。主ビームのピークが下向きに
なる様子がはっきりわかシ、その分、サービスエリア内
に含まれる電力を有効に利用できることになる。
This is an example of determining the radiation characteristics in the vertical plane. The beam tilt angle θVO is set to 4°. The peak of the main beam is clearly visible downward, which means that the power contained within the service area can be used more effectively.

なお9図中においては縦方向が8素子で構成される例に
ついて、また、2つの信号分配器を用いて8分配を行な
う例について説明を行ったが、この発明はこれらに限ら
ず、素子数が変った場合でも、信号の分配の方法が変っ
た場合であっても同様の効果が得られる。又、接続ケー
ブルに相当する給電線路を信号分配器及び放射素子とと
もに同一のプリント基板上に配置しても良い。
In addition, in Fig. 9, an example in which the vertical direction is configured with 8 elements and an example in which 8 distribution is performed using two signal distributors has been explained, but the present invention is not limited to these. The same effect can be obtained even if the signal distribution method changes. Further, a feed line corresponding to a connection cable may be arranged on the same printed circuit board together with the signal distributor and the radiating element.

以上説明したように、この発明によるアレイアンテナ装
置では、水平面内においてサービスエリアの形状に合わ
せて成形ビームを実現するとともに、垂直面内において
も、主ビームを所望の角度だけチルトさせることができ
る。したがって、いつそうの電力の有効利用がはかれる
ばかりでなく。
As described above, in the array antenna device according to the present invention, it is possible to realize a shaped beam according to the shape of the service area in the horizontal plane, and also to tilt the main beam by a desired angle in the vertical plane. Therefore, not only the effective use of electric power can be achieved at any time.

ひいては1周波数の有効利用もはかれ、極めて実用性が
高いと云える。
Furthermore, it is possible to effectively utilize one frequency, and it can be said that it is extremely practical.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来のアレイアンテナ装置の構造を説明するた
めの図、第2図は従来のアレイアンテナ装置の給電回路
網の実施例を説明するだめの図。 第3図は従来のアレイアンテナ装置の水平面内の放射特
性を説明するだめの図、第4図は垂直面の座標系を示す
図、第5図は従来のアレイアンテナ装置の垂直面内の放
射特性を説明するだめの図。 第6図はこの発明のアレイアンテナ装置の縦方向の構成
を説明するための図、第7図はこの発明のプレイアンテ
ナ装置の垂直面内の放射特性を説明するための図である
。 図中、(1)はアレイアンテナ装置、(2)はプリント
ダイポール、(3)は接続ケーブル、(4)は給電回路
網。 (5)はレドーム、(6)は釡属棒、(7)は止め枠、
(8)は取付金具、(9)は可変電力分配器、α〔はブ
ランチライン・カップラー、aDはダミーロード、αり
は移相用ケーブル、a濁はコネクタ、(t4は信号分配
器である。 なお9図中、同一あるいは相当部分には同一符号を付し
て示しである。 代理人 葛野信− 第3図 M4図 #E5図 第7図
FIG. 1 is a diagram for explaining the structure of a conventional array antenna device, and FIG. 2 is a diagram for explaining an embodiment of a feeding circuit network of the conventional array antenna device. Figure 3 is a diagram explaining the radiation characteristics of a conventional array antenna device in the horizontal plane, Figure 4 is a diagram showing the coordinate system in the vertical plane, and Figure 5 is the radiation characteristic of the conventional array antenna device in the vertical plane. A diagram explaining the characteristics. FIG. 6 is a diagram for explaining the vertical configuration of the array antenna device of the present invention, and FIG. 7 is a diagram for explaining the radiation characteristics in the vertical plane of the play antenna device of the present invention. In the figure, (1) is an array antenna device, (2) is a printed dipole, (3) is a connection cable, and (4) is a feeding circuit network. (5) is a radome, (6) is a hook rod, (7) is a stop frame,
(8) is a mounting bracket, (9) is a variable power distributor, α is a branch line coupler, aD is a dummy load, α is a phase shifting cable, a is a connector, (t4 is a signal distributor) In Figure 9, the same or corresponding parts are designated by the same reference numerals. Agent Makoto Kazuno - Figure 3, Figure M4, Figure #E5, Figure 7

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 所定の半径の円周上に所定の間隔で放射状に配列された
2”(nは自然数)個の放射素子を、縦方向に一段もし
くは複数段積重ねて構成した放射部と、上記放射部を所
定の放射特性に応じて励振するだめの給電回路網とから
構成されるアレイアンテナ装置において1周方向の放射
特性を制御するだめの給電回路網として、可変電力分配
器を多段接続して構成した可変電力分配器ネットワーク
を用い、また、縦方向の放射特性を制御するだめの給電
回路網として、信号分配器と、所定の歪曲収差係数にも
とづく移相量を有し、上記放射素子と上記電力分配器の
間を接続する接続ケーブルとを用いて構成したことを特
徴とするアレイアンテナ装置。
A radiating section configured by vertically stacking 2" (n is a natural number) radiating elements arranged radially at predetermined intervals at predetermined intervals on a circumference of a predetermined radius; In an array antenna device consisting of a feeder network that excites according to the radiation characteristics of A power divider network is used, and a signal divider and a phase shift amount based on a predetermined distortion aberration coefficient are used as a feeder network for controlling the longitudinal radiation characteristics, and the above-mentioned radiating element and the above-mentioned power distribution are connected to each other. An array antenna device characterized in that it is configured using a connection cable that connects between antennas.
JP21973082A 1982-12-15 1982-12-15 Array antenna device Pending JPS59110204A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3758145A4 (en) * 2018-02-21 2021-03-03 3M Innovative Properties Company Antenna structure

Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3758145A4 (en) * 2018-02-21 2021-03-03 3M Innovative Properties Company Antenna structure
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