JPS626502A - 円偏波アレーアンテナ及び当該アンテナの給電方法 - 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） 本発明は、配列面に対して垂直な方向と角度θをなす方
向での所定の楕円偏波を実現するアンテナに関するもの
である。

（従来の技術） クロスダイポールアンテナ、円偏波マイクロストリップ
アンテナ等の円偏波を励振するアンテナにおいては、通
常、ボアサイトの方向（配列面に対して垂直な方向）で
最も軸比特性が良好となるように設計されており、そこ
から離れるにしたがって軸比は劣化する。第５図に円偏
波で動作する２点給電の円形マイクロストリップアンテ
ナの軸比の角度特性の計算値を示す。縦軸はｄＢ表示し
た軸比、横軸はボアサイト方向からの角度を示す。

（発明が解決しようとする問題点） この結果からたやすく類推できるように、これらのアン
テナを素子として円偏波アレーアンテナを構成した場合
も同様に、ボアサイトの方向で最も軸比特性が良好とな
り、ボアサイトの方向から離れるに伴って軸比特性は劣
化することとなる。

このため、ボアサイトから離れた方向に放射ビームを持
つようなアンテナを構成する場合、放射ビームの方向の
軸比特性が劣化し、良好な円偏波特性が得られないのと
ともに、交差偏波に対しても識別度が低下するという欠
点があった。

本発明の目的は、配列面に対して垂直な方向と角度θを
なす方向において、円偏波が発生可能なアレーアンテナ
を各々の素子に対応した振幅と位相で励振することで適
当な楕円偏波を発生し、所定の楕円偏波率を実現するこ
とが可能な円偏波アンテナを提供することにある。

（問題点を解決するだめの手段） 本発明は、配列面に対して垂直な方向（ボアサイトの方
向）と角度θをなす特定方向の楕円偏波率が所定の値と
なるような振幅と位相で、各々の放射素子を励振したこ
とを主要な特徴とする。

従来の技術においては、個々の放射素子の楕円偏波率を
最良にするべく、円偏波励振しており、それ故に、素子
の配列方向に対して垂直方向を向いた放射ビームの方向
で軸比が最良となる点で本発明と異なる。

（発明の原理） 本発明の基本原理を以下に示す。第１図に原理を説明す
るためのアンテナ構成図を示す。１は放射素子、２は移
相器、３は電力分配器である。Ｎ個の素子よりなるアレ
ーアンテナにおいて、素子＃ｉの放射パタンのθ成分を
Ｅθｉ＝ｇｉ（θ、φ）。

φ成分をＥφ１＝ｈｉ（θ、φ）、素子の励振電流Ｍｉ
の素子＃１に対する振幅比、位相差をそれぞれＡｔ　＋
Δｉ、素子が原点から離れていることに起因する（θ、
φ）方向での位相の進みを座標原点に換算したものをδ
ｉとする。このとき ψｉ＝Δｉ＋δ１（１） と置いて、素子＃ｉの励振電流Ｍｉを Ｍｉ　＝　Ａｉ　ｌ−ψ１（２） として書き直せば、すべての素子による放射パタンのθ
成分をＥｄおよびφ成分式は Ｅθ＝　Σ　　ｇｉ　　−Ｍｉ　　　　　　　（３）＋
−１ Ｅφ　＝Σ　ｈｉ　　−Ｍｉ　　　　　　　（４）１＋
１ となシ、右旋成分ＥＲ１左旋成分ＥＬは、全体のＥｄ。

Ｅφを用いて ＥＲ＝　Ｅθ＋ｊＥφ　　　　　　　（５）ＥＬ　＝　
Ｅｄ−ｊＥφ　　　　　　　（６）と書けるから Ｇｉ　＝　ｇｉ　＋　ｊｈｉ　＝＝Ｋｉ乙α１（７）と
おくことによシ、右旋成分ＥＲ、左旋成分ＥＬはＥＲ＝
Σ　　Ｇｉ　　−Ｍｉ　　　　　　　（８）ＥＬ＝Σ　
　Ｇｉ　　−Ｍｉ　　　　　　　（９）＋−１ と簡単に表せる。ここで、Ｇｉ　＝　ｇｉ−ｊ　ｈｉを
示す。

さて、アレーアンテナの放射パタンをある（θ。

φ）方向において、例えば右旋成分を最大とし、左旋成
分ＥＬを零とするには、まず９式（８）のすべてのＧ１
・Ｍｉが同位相とな９２式（９）で示される和が零とな
ればよい。従って、位相の基準を適当にきめることによ
りＮ個の各素子の位相Δ、はψｉ＋αｉ＝一定　（ｉ＝
１．２．・・・、Ｎ）０ωとでき、このとき右旋成分Ｅ
Ｒが最大となる０式（９）のＧｉは軸比を良くしだい方
向（θ、φ）から求められ、このとき、軸比が零となる
振幅比Ａ１は式１式％ より決定できる。

すなわち、式（１０）から得られた位相差７１１式αυ
から得られた振幅比Ａ、で各素子を励振することによシ
、（θ、φ）方向の軸比を改善することができる。式（
８）　、　（９）において右辺を適当な複素数となるよ
うに振幅比Ａ、を決定すれば、そこでの任意の楕円偏波
率が実現できる。

（実施例１） 第２図に、本発明の実施例を示す。１は放射素子、２は
移相器、３は電力分配器である。本実施例は、２点給電
の同一の円形マイクロストリップアンテナ素子を２素子
用いたアレーアンテナを例としたもので、＃１および＃
２の素子は各々φ１とφ２．φ３とφ４の２点から給電
されている。φ＝０方向で給電したときの円形マイクロ
ストリップアンテナ素子の放射指向性は以下の式で与え
られる。

ｇ（θ、φ）＝、ｇｔｏｏｓφ　　　　Ｃ２）ｈ（θ、
φ）　＝Ｅｐ　ｓｉｎφ　　　　Ｃ３）ただし、Ｊｉ（
η）はｉ次の第１種Ｂｅ５ｓｅｌ関数を意味。

しておシ、Ｅｔ、　Ｅｐ　、ηは Ｅｔ　＝　ＣＪ２　（η）−Ｊ。（η）〕　　　　αΦ
Ｅｐ　＝　ＣＪ２　（η）＋Ｊｏ（η）〕卿θ　　αの
η＝ｋｏａａｉｎθ　　　　　　Ｃ１６）で与えられ、
ｋｏとａは自由空間中の伝搬定数および円形マイクロス
トリップアンテナの半径である。

本実施例は、発明の原理で述べたＮ＝４の場合に相当し
、式（３）および式（４）におけるｇｉ（θ、φ）およ
びｈｉ（θ、φ）はマイクロストリップアンテナがφｉ
で給電されるとき次式で与えられる。

ｇｉ　　（θ、φ）＝ｇ（θ、φ−φｉ）αＤｈｉ　　
（θ；φ）＝ｈ（θ、φ−φｉ）Ｃ８）ここで１式（力
であたえられるＧｉの偏角αｉはｔａｎ　ａｉ　＝（Ｅ
ｔ　／　Ｅｐ　）　ｔｍ　（φ−φｉ）　　α印であた
えられる。このとき、各素子の給電位置を表すφｉを変
化させることによシ、ａｉを任意にえらぶことかでき、
例えば、θ＝θ。、φ＝φ。方向での軸比と利得を良く
する場合、素子の励振振幅Ａ１を１として を満足するように給電位置φｉをきめる。例えば、原点
に換算した位相ψｉおよび給電位置φｉは（θ。。

φ。）＝（５０°、Ｏｏ）での軸比を最適てするとき、
ψ１−１４１．２°台−１４１．２°ψ、−１２８，５
°ψ、−１２８，５°　Ｃυφ１−４５°　φ、−４５
°　φ、−５７．３°φ、−５７．３°　（２つとすれ
ばよい。第３図にこのときの軸比の角度特性の計算値を
示す。第５図との比較から明らかなように、５０°近辺
での軸比特性が改善されることが明らかである。

なお、ここでは２点給電マイクロストリップアンテナを
素子を２素子用いたアレーアンテナの場合について示し
たが、素子数は何票子であっても同様に軸比特性を改善
することができる。また、素子の種類については、１点
給電円偏波マイクロストリップアンテナ、クロスダイポ
ールアレーアンテナ、クロススロットアレーアンテナ等
においても同様に軸比特性を改善することができる。

（実施例２） １素子の円形マイクロストリップアンテナを２点給電し
て用いるとき、素子の（θ０．φｏ）＝（５０？０°）
方向において右旋と左旋の比Ｉ　ＥＲ／ＥＬ　ｌ　＝２
とした実施例を示す。

本実施例は、発明の原理で述べたＮ＝２の場合に相当し
、それぞれの給電点＃１．＃２におけるθ方向、φ方向
の放射指向性ｇｉ　、　ｈ、’　（ｉ＝１　、２）は次
式で与えられる。

ｇｉ（θ、φ）＝ｇ（θ、φ−φｉ）　　　（２３）ｈ
＋（θ、φ）＝ｈ（θ、φ−φｉ）　　　（２Φここで
１式（７）であたえられるＧｉの偏角内は−（φ−φｔ
　）　＝　（Ｅｐ／　Ｅｔ　）　”　　ｌ７１（２５）
で与えられる。このとき、各素子の給電位置を表すφｉ
を変化させることにより、Ｃ１を任意にえらぶこともで
きる。ここでは、例として、給電位置をφ１＝０．φ２
＝９０°ときめて、θ＝θ０．φ＝０方向でＥＲ／ＥＬ
＝Ｃ（実数）を実現することを考える。

式００およびαυから、＃２の素子の＃１に対する振幅
比Ａ２＋位相差Δ２は次式で与えられる。

α１＝Ｏ２α２＝−９０°　　　　　　Ｃ０Ａ２＝　Ｉ
　ｋ＋（１−Ｃ）／に２（１＋Ｃ）　ｌ　　　（２７）
Δ、＝０°、　　Δ２＝９０°　　　　　　　Ｃ８）′
φ、＝０°、　　φ２＝９０°　　　　　　　（２９）
第４図と第５図に（θ０．φ。）＝（５０°、０°）の
方向でのＥＲ／ＥＬ　＝　−２としたときのφ。二〇°
でのＥＲ／　ＥＬの振幅特性の計算例を示す。図から明
らかなように、上記の関係を与えるときθ。＝５０°で
ＥＲ／ＥＬ　＝　−２が実現されている。このときＥＲ
／／′ＥＬ　＝　０．５の特性をもつ不要波は除去でき
る。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の方法によれば、配列の正
面方向以外において所定の楕円偏波が得られる。これに
よシ、ボアサイトにないビーム方向の楕円偏波率の劣化
による損失を低減でき、かつ交差偏波に対しても識別度
の高い円偏波アンテナの提供が可能であるという利点が
ある。また、ビーム方向から外れた方向の楕円偏波率を
指定することによシ反射波の軽減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるアンテナの構成例、第２図は本発
明によるアンテナの実施例、第３図は第２図のアンテナ
の特性の計算結果を示す図、第４図は（θ。、φ。）＝
（５０°、０°）の方向でのＥＲ／ＥＬ＝−２としたと
きの鉛直方向からの角度に対するＥＲ／ＥＬの振幅特性
の計算値を示す図、第５図は従来の２点給電マイクロス
トリップアンテナの軸比の角度特性を計算結果を示す図
である。 ｌ・・・放射素子 ２・・・移相器 ３・・・電力分配器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の放射素子を有し、各放射素子から放射され
   るビームが素子の配列面に対して特定の角度をとる円偏
   波アレーアンテナの給電方法において、 各放射素子の配列位置、及び励振電流の振幅と位相を、
   ビーム方向で円偏波を構成する互に直交する２つの成分
   のうちひとつの成分を零とするように給電することを特
   徴とする円偏波アレーアンテナの給電方法。
2. （２）複数個の放射素子を有し、かつ該放射素子から放
   射されるビームが配列面に対して特定の角度をとる円偏
   波アレーアンテナにおいて、前記の放射素子の各々のア
   ンテナの配列位置及び励振電流の振幅と位相を、前記ビ
   ーム方向に対して所定の角度をなす方向から到来する妨
   害波のもつ楕円偏波率特性と逆の特性となる値で励振し
   たことを特徴とする円偏波アレーアンテナ。