JPS61194902A - 方形アレイアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、アンテナに関し、特に航空機搭載電波方向
探知機用アンテナとして好適な方形アレイアンテナに関
する。

〔従来の技術〕

従来、航空機搭載電波方向探知機（以下、単に電波方探
とする）は、到来電波を指向性を有するアンテナで受け
、その進行方向から航空機の方位を知ることができるよ
うになっている。このような航空機用電波方探において
は、ＶＨＦ帯およびＵｆ（Ｆ帯の電波が用いられ、アン
テナとしてはループアンテナと垂直アンテナを組合わせ
たアトコックアンテナやりフレフタ付ビームアンテナ等
が用いられており、電波方探における方向探知能力は給
電回路も含めてほぼアンテナ系によって決定されるとい
うことができる。

一方、電波方探用アンテナは、特定のいくつかの方向に
おいて電波を送受波することができるよう、これらの各
方向に対して強い指向性を持つことが要求される。単に
これらの各方向に対して強い指向性を持つアンテナ系を
得るというだけであれば、たとえば八木−半田アンテナ
等の単指向性アンテナを各方向に１組ずつ複数組（たと
えば９０°ずつ方向をずらして４組）配置すればよいが
、このような多素子型の単指向性アンテナを多数用いる
ことは、スペース上の制約があり、特に航空機搭載用と
しては、小型、軽量であることが要求されるため、通常
非実用的である。

また、電波方探においては、相当広範囲にわたるいくつ
かの周波数帯域の電波が使用されるので、アンテナにも
それだけ広い周波数帯域が要求されるが、上記のような
単指向性アンテナは狭帯域であり、使用周波数毎に帯域
の異なるアンテナを設けることは、さらに大きなスペー
スを要し、実際上不可能である。なお、電波方探用アン
テナでは、良好な特性の得られる上限周波数と下限周波
数の比で表わして、通常、この比が少なくとも３倍以上
となる周波数帯域特性が要求され、さらに、全方位を等
角度間隔で分割した少なくとも４つの方向において電波
的に等方性を有することが望まれる。

そこで、円形アレイアンテナ、平面アレイアンテナ等、
小型、軽量という条件の下に、できるだけ少ない素子数
で上記のような条件を満たし得るアレイアンテナの研究
が行なわれ、いくつかのものが実用化されている□ 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、従来のアレイアンテナにおいては、広帯
域特性を有して、サイドローブレベルが低く、パックロ
ーブが抑圧された尖鋭なビームパターンの指向特性を少
ない素子数と比較的簡単な給電回路により互いに直角な
４つの方向に示すという条件を十分に満足し得るものは
なかった。

この発明は上記のような事情に鑑みなされたもので、そ
の目的は、比較的簡単な給電回路と放射素子配列により
上記の条件を満たすことのできる特に航空機搭載電波方
探用アンテナとして好適な方形アレイアンテナを提供す
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題点を解決するために、この発明は、任意のＸ
Ｙ平面の原点に中心０を有し、各辺がＸ軸またはＹ軸と
直交する一辺ｄの正方形のＸ＋方向、γ方向、ｘ−方向
、ｙ一方向の各辺の中点にそれぞれ位置する放射素子Ｅ
ｘ＋、Ｅｙ＋、Ｅｘ−、Ｅｙ−および一方向とｙ＋方轡
、γ“方向とｘ−方向、ｘ−方向とｙ一方向、ｙ一方向
とＸ＋方向との間の各頂点にそれぞれ配置された放射素
子Ｅｘ＋ｙ”　、　Ｅｘ−ｙ＋、　Ｅｘ−ｙ−２Ｅｘｙ
　　の合計ｓ素子よりなるアンテナ系ト、Ｘ＋、ｙ　　
、ｘ　　、ｙ　　の各方向ｌこそれぞれ対応させて設け
られた４つの給電端子Ｆｘ＋、Ｆｙ＋、　Ｆｘ−、Ｆｙ
−を有して、振幅１、角周波数ωの高周波を給電端子Ｆ
ｘ＋より給電すると、放射素子Ｅｘ＋ｙ＋およびＥｘ＋
ｙ−、Ｅｙ＋およびＥｙ−、Ｅｘ−ｙ＋およびＥｘ−ｙ
−をｅｊｐ（す：ｊ２１Ａ（ω月Ｃｊｇムエ、　　　ｊ
ｐ（ω）、　−ｅ　　　　の相対複素振幅で励 振し、給電端子Ｆｙ＋より給電すると、素子Ｅｘ＋ｙ＋
およびＥｘ−ｙ＋、Ｅｘ＋およびＥｘ−、Ｅｘ＋ｙ−お
よびＥｘ”’−ｙ−を、給電端子Ｆｘ−より給電すると
素子Ｅｘ−ｙ＋およびＥｘｙ−、Ｅｙ＋およびＥｙ　　
、Ｅｘ＋ｙ＋およびをそれぞれ上記相対複素振幅で励振
する、振幅補償特性が近似的にＡ（ω）＝ｓ　ｊｎ（Ｔ
−＝　）　　の振幅補償回路（ω。：ｄが１／２波長に
等しくなる角周波数）およびこれにより生じる位相変位
ム囮　　を補償するための位相補償特性がＰ（ω）の位
相補償回路を含む給電回路と、を備えたことを特徴とす
る方形アレイアンテナを提供するものである。

〔作用〕

上記の構成を有するこの発明の円形アレイアンテナの動
作原理を、以下、第１図を参照しつつ説明する。

第１図において、−辺ｄの正方形の４つの頂点および４
つの辺の各中点に配置されたＥｘ、Ｅｘｙ。

Ｅｙ”　、Ｅｘ−ｙ　　、　Ｅｘ−、Ｅｘ−ｙ−、Ｅｙ
−およびＥｘ　ｙ　　の８つの放射素子よりなるアンテ
ナ系１は、給電回路２により給電される。給電回路２に
は、上記正方形の各辺の中点の素子Ｅｘ＋　、Ｅｙ”　
、Ｅｘ−およびＥｙ−が表わす方位にそれぞれ対応させ
て４つの給電端子Ｆｘ　　、Ｆｙ　　、Ｆｘ　　およθ
ＦＹ−が備えられている。

いま、給電端子Ｆｘ　　より振幅１、角周波数ωの高周
波が給電されたとすると、給電回路２は、放射素子Ｅｘ
　ｙ　およびＥｘｙ、Ｅｙ　およびＥｙ−２Ｅｘ　ｙ＋
−−ｊｐ（ω〕、。

およびＥｘ　ｙ　　をＣ＝３２１Ａ（ω］ｅＪ漠刃；−
ｅｊＰ（０）の相対複素振幅で励振する。ここで、Ａ（
ω）はアンテナ系１に帰因する振幅の周波数特性を補償
するために給電回路２に組込まれた振幅補償回路の補償
特性であり、Ｐ（ω）はこの振幅補償に伴なって生じる
位相特性を補償するための位相補償回路の特性である。

給電端子Ｆｘ　からの給電により上記素子をｅｊｐ（ｍ
）：ｊ２１Ａ（ω）ｌｅｊ八」、　　ｊｐ（ａ＋）　　
で励振すると、次式■で示されるように、アンテナ系１
は、指向性の合成により、全体としてＸ＋方向を主放射
方向とし、広帯域にわたってサイドローブおよびバック
ローブのレベルが抑えられた鋭い単指向性を示す。

十ＩＡ（ω月ｅ”　−α！２９’：ｌｃ、ｏｓ（ｓ　ｉ
ｎ　９））　ｌ　　・・−■また、位相補償の精度をさ
らに高めたい場合は、Ｐ（ω）＝へ凹＋ＰＬω〕を満足
する補償特性Ｐｚ（ω）の二次位相補償回路を適宜付加
すればよい。その場合のアンテナ系１の指向性は次式■
で与えられる。

上式■、■において、ｋ：自由空間内の伝播窓２π 数；波長λとして、ｋ＝下 ψ：Ｘ軸の正方向をψ＝Ｏとする方位角なお、振幅補償
特性Ａ（ω）および位相補償特性Ｐ（ω）、さらにはＰ
表ω）は、方形アレイアンテナでカバーする必要のある
周波数帯域内において、アンテナ系１の合成指向性のバ
ックローブレベルおよびサイドローブレベルができるだ
け低く抑えられるよう、振幅補償回路および位相補償回
路の回路定数としてあらかじめ組入れられている。

同様に、給電端子Ｆγ　、Ｆｘ、Ｆｘ　よりそれぞれ給
電すると、アンテナ系１は、上記のＦｘ　から給電した
のと全く同じようにして、それぞれ対応するＹ＋、ｘ−
１γ−の方向を主放射方向とし、広帯域にわたってサイ
ドローブおよばバックローブのレベルが抑えられた鋭い
単指向性を示す。

〔実施例〕

以下、この発明の方形アレイアンテナの一実施例につい
て第２図を参照しつつ説明する。

図示実施例において、アンテナ系１の８つの素子Ｅｘ　
ｙ　、Ｅｘ　ｙ　、Ｅｘ’″″ｙ　、　Ｅｘ７ｙ”　、
’Ｅｘ＋、　Ｅｘ　、　Ｅｙ、Ｈ７−は第１図に示すよ
うに一辺ｄの正方形の各頂点および各辺の中点に配置さ
れており、これらの各素子に給電する給電回路２は、４
つの３ｄＢカプラＨ８１、・・・・・・・・・、Ｈ１４
よりなる第１カプラ群Ｈいそれぞれ８つの３ｄＢカプラ
鳩８、・・・・・・、Ｈ２８およびＨ８８、・・・・・
・。Ｈ３８よりなる第２および第３カプラ群Ｈ２、Ｈ５
、それぞれ４つの３ｄＢカプラＨ４ｔ、・・・・・・・
・・。

Ｈ４およびＨ５１、・・・・・・、鴇、よりなる第４お
よび第５カプラ群Ｈ４、Ｈ３、上記第３カプラ群Ｈ５の
３ｄＢカプラＨ８１、Ｈ８２、Ｈ３７およびＨ８，と素
子Ｅｙ　　、Ｅｙ−、Ｅｘ＋およびＥｘ−との間にそれ
ぞれ接続された角周波数ωに対する振幅補償特性Ａ（ω
）の４つの振幅補償回路ＡＩ　（ω）、Ａ２（→、Ａ３
（（ロ）およびＡ４（→、上記第５カフラ群Ｈ，（７）
　３ｄＢカプラｆ（５，、Ｈｓ２、■、３および人と素
子Ｅｘ＋ｙ”　、　Ｅｘ＋ｙ−、Ｅｘ　ｙ−およびＥｘ
　ｙ＋との間にそれぞれ接続された位相補償特性がＰ（
→の４つの位相補償回路ＰＩ（（ロ）、ｐ２（→、Ｐ３
（ロ）およびＰ４（ロ）で構成されている。

上記第１ないし第５カプラ群Ｈ３ないし鳩の各カプラ（
Ｈ）は、第４図に示すように、端子■より１なる波を入
力すると端子■および■に電圧でそれ第１カプラ群Ｈ７
の３ｄＢカプラＨ，、、Ｈ，２の端子■、およびＨｌｌ
、Ｈ１４の端子■はそれぞれＸ＋、ｘ−方向、およびｙ
、ｙ一方向に対応した給電回路２の給電端子Ｆｘ＋、　
Ｆｘ−およびＦｙ＋、　Ｆｙ−をなしており、これらの
うちいずれかの端子から給電を行なうと、アンテナ系１
は、以下に述べるように、その給電中の端子に対応した
方位を主放射方向とする鋭い指向性を示す。なお、上記
各３ｄＢカプラの使用しな・い端子には、波の反射を防
ぐためのダミー３が接続されている。

上記第１カプラ群ｆ（、の３ｄＢカプラＨ１１の端子■
は第２カプラ群Ｈ２の３ｄＢカプラＨ２１の端子■に接
続されており、このカプラＨ２，の端子■、■はそれぞ
れ第３カプラ群Ｈ８の３ｄＢカプラＨ８１およびＨ５２
の端子■に接続されている。３ｄＢカプラＨ３Ｉの端子
■は振幅補償回路Ａ　’（ｍ）を介して放射素子Ｅｙ＋
に接続されており、Ｈ３２の端子■は振幅補償回路Ａ２
（ロ）を介して素子ＥＶ−に接続されている。

上記３ｄＢカプラＨ１，の端子■は第２カプラ群鶴の３
ｄＢカプラち　の端子■に接続されており、このカプラ
Ｈ７，の端子■、■はそれぞれ第３カプラ群Ｈ８の３ｄ
Ｂカプラへ、の端子■、Ｈ３４の端子■に接続されてい
る。Ｈ３３の端子■は第４カプラ群Ｈ４１の端子■に接
続され、Ｈ２１の端子■、■はそれぞれ第５カプラ群Ｈ
５のＨ５，、Ｈ，の端子■に接続されている。Ｈ５，の
端子■は位相補償回路Ｐ　１Ｌｆｆｌ）を介して放射素
子Ｅｘ＋ｙ＋に接続され、Ｈ，、の端子■は位相補償回
路ｐ２に）を介して素子Ｅｘ＋ｙ−に接続されている。

また、Ｈ％　の端子■は第４カプラ群Ｈ４の３ｄＢカプ
ラＨ４３の端子■に接続され、Ｈ４３の端子■５■はそ
れぞれ第５カプラ群への３ｄＢカプラベＨ，３，Ｈ５，
の端子■に接続されている。Ｈ３，の端子■は位相補償
回路Ｐ３（ω）を介してＥｘ−ｙ−に接続されており、
Ｈ５４の端子■は位相補償回路ｐ４（ハ）を介して素子
Ｅｘ　ｙ　　に接続されている。

従って、上記給電端子Ｆｘ　　に入力された振幅１゜角
周波数ωなる波は、３ｄＢカプラＨ１，の端子■、て現
われる。すると、Ｈ６１の端子■、Ｈ５２の端子放射素
子Ｅｘ＋ｙ＋およびＥｘ＋ｙ−、Ｅｙ＋　およびＥｙ−
１の相対複素振幅で励振され、前に〔作用〕の項で説明
したように、？方向を主放射方向とし゛、広帯域にわた
ってサイドローブおよびバックローブのレベルが抑えら
れた鋭い単指向性を示す（前出の式■〕。同様に、給電
端子Ｆｙ＋、　Ｆｘ　　、　Ｆｙ−よりそれぞれ給電す
ると、アンテナ系１は、上記のＦｘ＋から給電したのと
全く同じようにして、それぞれ対応するｙ＋、ｘ−１ｙ
−の方向を主放射方向とし、広帯域にわたってサイドロ
ーブおよびバックローブのレベルが抑えられた鋭い単指
向性を示す。なお、上記実施例において、給電回路２の
カプラ等の回路素子を接続する線路およびアンテナ系１
へ到る線路の長さは、どのルートを通っても、経由する
線路による位相変位が等しくなるような線路長に設定さ
れている。

上記実施例においては、位相補償回路Ｐ（→（Ｐｌ（９
））、・・・・・・Ｐ’（→〕は、正方形の各頂点の素
子Ｅｘ＋ｙ”。

Ｅｘ＋ｙ−、Ｅｘ−ｙ−、Ｅｘ−ｙ”　ニ接ａされｆ給
電系統！ｃすれぞれ挿入されているが、位相補償の精度
をさらに高めたい場合ぼ、Ｐに）＝　必θ十ＰＦ）を満
足する補償特性ｐｔｔｍ）の二次位相補償回路（Ｐｌ”
）、・・・、Ｐ：ｔｃｖ）　）を、たとえば第３図に示
すように、正方形の各辺の中点の素子Ｅｘ”　、　Ｅｘ
−、Ｅｙ”　、　Ｅｙ−に接続された各振幅補償回路Ａ
（至）と直列に接続すればよい。この場合のアンテナ系
１の指向性は前述の式■で与えられ、たとえば給電端子
Ｆｘ　　より給電した時の放射素子Ｅｘ　ｙ　　および
Ｅｘｙ　、Ｅ７　　勿よびＥｙ−、Ｅｘｙ　　およびＥ
ｘ−ｙ−の相対複素振幅はｅｊＰ″）：　ｊ２１Ａ（Ｇ
）１　ｅＪ　（囲＋　’−）　−Ｊ　’（’９　　テ表
ｔ、　サレル。

、　　−ｅ 〔発明の効果〕 以上、詳細に説明したように、この発明によれば、比較
的簡単な給電回路と放射素子配列−こより、広帯域特性
を有して、サイドローブレベルが低く、バックローブが
抑圧された尖鋭なビームパターンの指向特性を互いに直
角な４つの方向に示し得る、特に航空機搭載電波方探用
アンテナとして好適な方形アレイアンテナが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の方形アレイアンテナの基本構成を
示すブロック図、第２図はこの発明の方形アレイアンテ
ナの一実施例のブロック図、第３図はこの発明の他の実
施例のブロック図、第４図は上記実施例に使用する３ｄ
Ｂカプラの作用を説明するためのブロック図テアル。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）任意のＸＹ平面の原点に中心Ｏを有し、各辺がＸ
   軸またはＹ軸と直交する一辺ｄの正方形のｘ＾＋方向、
   ｙ＾＋方向、ｘ＾−方向、ｙ＾−方向の各辺の中点にそ
   れぞれ位置する放射素子Ｅｘ＾＋、Ｅｙ＾＋、Ｅｘ＾−
   、Ｅｙ＾−およびｘ＾＋方向とｙ＾＋方向、ｙ＾＋方向
   とｘ＾−方向、ｘ＾−方向とｙ＾−方向、ｙ＾−方向と
   ｘ＾＋方向との間の各頂点にそれぞれ配置された放射素
   子Ｅｘ＾＋ｙ＾＋、Ｅｘ＾−ｙ＾＋、Ｅｘ＾−ｙ＾−、
   Ｅｘ＾＋ｙ＾−の合計８素子よりなるアンテナ系と；ｘ
   ＾＋、ｙ＾＋、ｘ＾−、ｙ＾−の各方向にそれぞれ対応
   させて設けられた４つの給電端子Ｆｘ＾＋、Ｆｙ＾＋、
   Ｆｘ＾−、Ｆｙ＾−を有して、振幅１、角周波数ωの高
   周波を給電端子Ｆｘ＾＋より給電すると、放射素子Ｅｘ
   ＾＋ｙ＾＋およびＥｘ＾＋ｙ＾−、Ｅｙ＾＋およびＥｙ
   ＾−、Ｅｘ＾−ｙ＾＋およびＥｘ＾−ｙ＾−を▲数式、
   化学式、表等があります▼の相対複素振 幅で励振し、給電端子Ｆｙ＾＋より給電すると、素子Ｅ
   ｘ＾＋ｙ＾＋およびＥｘ＾−ｙ＾＋、Ｅｘ＾＋およびＥ
   ｘ＾−、Ｅｘ＾＋ｙ＾−およびＥｘ＾−ｙ＾−を、給電
   端子Ｆｘ＾−より給電すると素子Ｅｘ＾−ｙ＾＋および
   Ｅｘ＾−ｙ＾−、Ｅｙ＾＋およびＥｙ＾−、Ｅｘ＾＋ｙ
   ＾＋およびＥｘ＾＋ｙ＾−を、また給電端子Ｆｙ＾−よ
   り給電すると、素子Ｅｘ＾＋ｙ＾−およびＥｘ＾−ｙ＾
   −、Ｅｘ＾＋およびＥｘ＾−、Ｅｘ＾＋ｙ＾＋およびＥ
   ｘ＾−ｙ＾＋をそれぞれ上記相対複素振幅で励振する、
   振幅補償特性が近似的にＡ（ω）＝ｓｉｎ（π／２・ω
   ／ω＿０）の振幅補償回路（ω＿０：ｄが１／２波長に
   等しくなる角周波数）およびこれにより生じる位相変位
   ▲数式、化学式、表等があります▼を補償するための位
   相補償特性がｐ（ω）の位相補償回路を含む給電回路と
   ； を備えたことを特徴とする方形アレイアンテナ。
2. （２）前記振幅補償回路が前記正方形の各辺の中点の素
   子に接続された各給電系統にそれぞれ挿入されており、
   前記位相補償回路が正方形の各頂点の素子に接続された
   各給電系統にそれぞれ挿入されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の方形アレイアンテナ。
3. （３）前記各振幅補償回路と直列に▲数式、化学式、表
   等があります▼ となる位相補償特性ｐ＿２（ω）の二次位相補償回路を
   挿入したことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
   方形アレイアンテナ。