JPWO2018211747A1 - アレーアンテナ装置 - Google Patents

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Abstract

第１の壁面（１ａ）に複数のプローブ挿入用孔（２）が施され、第１の壁面（１ａ）と対向している第２の壁面（１ｂ）に複数の接続軸挿入用孔（３）が施されている導波路（１）と、複数のプローブ挿入用孔（２）のそれぞれに挿入されており、一端に複数の円偏波素子アンテナ（４）の中のいずれか１つが接続されている複数の給電プローブ（５）と、複数の接続軸挿入用孔（３）のそれぞれに挿入されており、一端が複数の給電プローブ（５）の他端とそれぞれ接続されている複数の接続軸（６）と、一端が複数の接続軸（６）の他端とそれぞれ接続されている複数の回転軸（７）と、複数の回転軸（７）のそれぞれを回転させる複数の回転装置（８）と、複数の回転装置（８）の回転を個別に制御する制御装置（９）とを備えている。

Description

この発明は、複数の円偏波素子アンテナを備えているアレーアンテナ装置に関するものである。
近年、無線通信又はレーダの高機能化及び高性能化に対応するため、無線通信又はレーダに適用されるアンテナ装置として、放射パターンの走査又は指向性の制御が可能なフェーズドアレーアンテナが広く使用されている。
フェーズドアレーアンテナは、複数の素子アンテナが配列され、複数の素子アンテナのそれぞれに移相器が接続されているアレーアンテナ装置である。
フェーズドアレーアンテナの移相器として、ダイオード又はトランジスタなどの半導体スイッチを用いて、伝送線路を切り替えることで、素子アンテナの放射位相を変更するディジタル移相器が広く用いられる。
ディジタル移相器は、チップ化することで小型化が可能である。また、ディジタル移相器は、電子的に通過移相を制御できるため、制御が容易である。
しかしながら、ディジタル移相器は、伝送線路上に多数の半導体スイッチを設ける必要があるため、通過損失が大きくなるデメリットがある。
以下の特許文献１には、ディジタル移相器を用いずに、複数の素子アンテナの放射位相を制御するアレーアンテナ装置が開示されている。
特許文献１に開示されているアレーアンテナ装置は、平行な金属平板で構成された導波路を備えており、導波路を構成している平行な金属平板には複数の穴が設けられている。
複数の円偏波素子アンテナの中心軸は、絶縁性のカップリングを介して、金属平板に設けられている穴に挿入されることで、平行な金属平板を貫通している。
また、複数の円偏波素子アンテナの中心軸は、アンテナの背面に設けられている歯車に取り付けられており、歯車は、モータによって回転するウォーム軸と噛み合うように配置されている。
これにより、アレーアンテナ装置の製造後、あるいは、アレーアンテナ装置を用いる通信システム又はレーダーシステムの運用中に、モータがウォーム軸を回転させることで、複数の円偏波素子アンテナを同じ方向に同じ速度で一斉に回転させることができる。
複数の円偏波素子アンテナを回転させることで、複数の円偏波素子アンテナの基準位相方向を調整することができる。
特開平１１−３１７６１９号公報
従来のアレーアンテナ装置は以上のように構成されているので、アレーアンテナ装置の製造後、あるいは、アレーアンテナ装置を用いる通信システム又はレーダーシステムの運用中に、複数の円偏波素子アンテナの基準位相方向を調整することができる。しかし、複数の円偏波素子アンテナは、同じ方向に同じ速度で一斉に回転するため、基準位相方向が変わるだけであり、複数の円偏波素子アンテナの位相を個別に調整することができない。そのため、アレーアンテナ装置の励振位相分布は変わらないので、所望の放射パターンを形成することができないという課題があった。
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、複数の円偏波素子アンテナの位相を個別に調整することができるアレーアンテナ装置を得ることを目的とする。
この発明に係るアレーアンテナ装置は、第１の壁面に複数のプローブ挿入用孔が施され、第１の壁面と対向している第２の壁面に複数の接続軸挿入用孔が施されている導波路と、複数のプローブ挿入用孔のそれぞれに挿入されており、一端に複数の円偏波素子アンテナの中のいずれか１つが接続されている複数の給電プローブと、複数の接続軸挿入用孔のそれぞれに挿入されており、一端が複数の給電プローブの他端とそれぞれ接続されている複数の接続軸と、一端が複数の接続軸の他端とそれぞれ接続されている複数の回転軸と、複数の回転軸のそれぞれを回転させる複数の回転装置と、複数の回転装置の回転を個別に制御する制御装置とを設けたものである。
この発明によれば、複数の円偏波素子アンテナの位相を個別に調整することができる効果がある。
この発明の実施の形態１によるアレーアンテナ装置を示す斜視図である。 図１のアレーアンテナ装置におけるＡ−Ａ断面図である。 この発明の実施の形態２によるアレーアンテナ装置を示す斜視図である。 図３のアレーアンテナ装置におけるＡ−Ａ断面図である。 この発明の実施の形態２による他のアレーアンテナ装置を示す斜視図である。 図５のアレーアンテナ装置におけるＡ−Ａ断面図である。 この発明の実施の形態３によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態４によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。 図８に示すアレーアンテナ装置における絶縁体５０及び接続軸６を示す斜視図である。 この発明の実施の形態５によるアレーアンテナ装置における絶縁体５０及び接続軸６を示す断面図である。 図１０に示すアレーアンテナ装置における絶縁体５０及び接続軸６を示す斜視図である。 この発明の実施の形態５による他のアレーアンテナ装置における絶縁体５０及び接続軸６を示す断面図である。 図１２に示すアレーアンテナ装置における絶縁体５０及び接続軸６を示す斜視図である。 この発明の実施の形態５による他のアレーアンテナ装置における絶縁体５０及び接続軸６を示す断面図である。 図１４に示すアレーアンテナ装置における絶縁体５０及び接続軸６を示す斜視図である。
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
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装置を示す斜視図である。
図２は、図１のアレーアンテナ装置におけるＡ−Ａ断面図である。
図１及び図２において、導波路１は、２つの広壁面と、広壁面よりも面積が狭い２つの狭壁面とを有する矩形導波管である。
２つの広壁面は対向しており、２つの広壁面のうちの一方の広壁面は、第１の壁面１ａであり、２つの広壁面のうちの他方の広壁面は、第２の壁面１ｂである。
２つの狭壁面は対向しており、２つの狭壁面のうちの一方の狭壁面は、側壁１ｃであり、２つの狭壁面のうちの他方の狭壁面は、側壁１ｄである。
図１では、導波路１が、２つの広壁面と、２つの狭壁面とを有する例を示しているが、２つの広壁面と、２つの狭壁面とが同じ面積であってもよい。
また、導波路１は、高周波信号が入出力される給電端子１ｅを有しており、給電端子１ｅと対向している導波路１の端部には、短絡壁１ｆが設けられている。
プローブ挿入用孔２は、円偏波素子アンテナ４の給電プローブ５を挿入できるように、導波路１の第１の壁面１ａに施されている穴である。
図１では、円偏波素子アンテナ４の素子配列に対応するように、複数のプローブ挿入用孔２が所定の間隔で第１の壁面１ａに施されている。
プローブ挿入用孔２の穴径は、導波路１内を伝搬する高周波信号の波長と比べて十分小さい大きさである。
接続軸挿入用孔３は、接続軸６を挿入できるように、導波路１の第２の壁面１ｂに施されている穴である。
接続軸挿入用孔３の穴径は、導波路１内を伝搬する高周波信号の波長と比べて十分小さい大きさである。
円偏波素子アンテナ４は、導線が螺旋形状しているヘリカルアンテナであり、円偏波素子アンテナ４の末端には、給電プローブ５が接続されている。
給電プローブ５は、一端が円偏波素子アンテナ４の末端と接続されている導体であり、導波路１の第１の壁面１ａに施されているプローブ挿入用孔２に挿入されている。
給電プローブ５における導波路１の内部への挿入長は、アレーアンテナ装置の励振振幅分布と、導波路１の給電端子１ｅにおけるインピーダンス特性とに基づいて決定される。
接続軸６は、例えば誘電体などの絶縁体で形成されている。
接続軸６は、導波路１の第２の壁面１ｂに施されている接続軸挿入用孔３に挿入されており、一端が給電プローブ５の他端と接続されている。
給電プローブ５と接続軸６との接続方法としては、例えば、接続軸６にネジ穴を設けて、給電プローブ５に雄ネジを設けることで、給電プローブ５と接続軸６とをネジ止めする方法が考えられる。
また、接続軸６に嵌め合い穴を設けて、給電プローブ５を接続軸６の嵌め合い穴に圧入する方法が考えられる。
また、接続軸６上に給電プローブ５を構成する導体パターンを形成する方法が考えられる。
回転軸７は、金属導体で形成されており、一端が接続軸６の他端と接続されている。
接続軸６と回転軸７との接続方法は、給電プローブ５と接続軸６との接続方法と同様である。
接続軸６と回転軸７との接続位置は、導波路１の外部である。
回転装置８は、例えば、直流モータ、交流モータ、ステッピングモータなどの電動機で実現される。
回転装置８は、回転軸７を回転させることで、円偏波素子アンテナ４を回転させる。
制御装置９は、回転駆動装置１０及び回転制御装置１１を備えており、複数の回転装置８の回転を個別に制御する装置である。
回転駆動装置１０は、例えば、半導体集積回路、通信機器などのネットワークインタフェース、電源回路、駆動電流発生回路などで実現されるモータドライバである。
回転駆動装置１０は、回転制御装置１１から出力された指令値に対応する駆動電流を回転装置８に出力することで、回転軸７が所定の角度まで回転するように回転装置８を駆動する。
回転制御装置１１は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）又はハードディスクなどの記憶装置、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を実装している半導体集積回路又はワンチップマイコン、キーボード又はマウスなどのユーザインタフェース及び通信機器などのネットワークインタフェースを備えている。
回転制御装置１１は、例えば、ユーザインタフェースによって入力された情報、あるいは、記憶装置に記憶された情報に基づいて、回転軸７の回転角度などを算出し、ネットワークインタフェースを通じて、算出した回転角度などを示す指令値を回転駆動装置１０に出力する。
次に動作について説明する。
導波路１における第１の壁面１ａ及び第２の壁面１ｂの面積のそれぞれは、側壁１ｃ及び側壁１ｄのそれぞれの面積以上である。
このため、導波路１の給電端子１ｅから高周波信号が導波路１内に入力されると、導波路１の内部には、側壁１ｃ，１ｄの壁面に平行な電界を主に有する電磁界分布が生じる。
円偏波素子アンテナ４の給電プローブ５は、導波路１の側壁１ｃ，１ｄと略平行に導波路１の内部に挿入されているので、導波路１の内部に生じている電界と結合を生じる。
その結果、給電プローブ５には、電流が流れるため、円偏波素子アンテナ４に電力が供給される。これにより、円偏波素子アンテナ４から円偏波が空間に放射される。
このとき、各々の円偏波素子アンテナ４から放射される円偏波の素子間位相差は、各々の給電プローブ５に流れる電流の位相差と、各々の円偏波素子アンテナ４の物理的な回転角の差とによって定められる。
各々の給電プローブ５に流れる電流の位相差は、導波路１の内部の電磁界分布と、各々の円偏波素子アンテナ４の位置とによって決まり、理論的手法、あるいは、電磁界シミュレーションなどによって求めることが可能である。
各々の円偏波素子アンテナ４は、給電プローブ５及び接続軸６を介して、各々の回転軸７と接続され、各々の回転軸７は、各々の回転装置８と接続されている。
このため、制御装置９は、各々の回転装置８を個別に制御することで、各々の円偏波素子アンテナ４の回転角を個別に制御することができる。
制御装置９の回転制御装置１１は、所望の放射パターンを実現するためのアレーアンテナ装置の励振位相分布を算出する。
アレーアンテナ装置の励振位相分布は、例えば、ユーザインタフェースによって入力された情報、あるいは、記憶装置に記憶された情報から算出することができる。励振位相分布の算出処理自体は、公知の技術であるため、詳細な説明は省略する。
励振位相分布の算出に用いる情報として、例えば、高周波信号の周波数に関する情報、複数の円偏波素子アンテナ４の配列に関する情報、給電プローブ５における導波路１の内部への挿入長に関する情報、所望の放射パターンに関する情報又は放射パターンの切り替え速度に関する情報などがある。所望の放射パターンに関する情報としては、ビーム走査方向、サイドローブ又はヌルなどに関する条件などが該当する。
また、回転制御装置１１は、各々の給電プローブ５に流れる電流の位相差を考慮して、励振位相分布に対応する回転軸７の回転角度を算出するとともに、所定の放射パターンの切り替え時間に対応する回転軸７の回転速度を算出する。
励振位相分布に対応する回転軸７の回転角度と、回転軸７の回転速度とを算出する処理自体は、公知の技術であるため、詳細な説明は省略する。
回転制御装置１１は、ネットワークインタフェースを通じて、算出した回転軸７の回転角度と回転軸７の回転速度とを示す指令値を回転駆動装置１０に出力する。
回転駆動装置１０は、回転制御装置１１から出力された指令値に基づいて、各々の回転軸７を回転駆動させるために必要な駆動電流を生成し、生成した駆動電流を各々の回転装置８に出力する。
この結果、各々の円偏波素子アンテナ４は、回転制御装置１１によって算出された回転角度及び回転速度で、それぞれ個別に回転されることで、所望の放射パターンの実現に必要な励振位相分布に対応する角度配置になる。
これにより、各々の円偏波素子アンテナ４から放射される円偏波の素子間位相差は、上記の励振位相分布と同一となるため、所望の放射パターンが実現される。
所望の放射パターンの実現は、アレーアンテナ装置の製造後、あるいは、アレーアンテナ装置を用いる通信システム又はレーダーシステムの運用中においても、回転制御装置１１からの指令値を適宜変更することで可能である。これは、回転制御装置１１のユーザインタフェースからの入力値を適宜変更する、あるいは、回転制御装置１１の記憶装置に記憶されている情報を適宜読み替えることで可能である。
導波路１内を伝搬する高周波信号は、導波路１の第２の壁面１ｂに施されている接続軸挿入用孔３から少なからず外部に漏洩する。
ただし、接続軸挿入用孔３の穴径は、導波路１内を伝搬する高周波信号の波長と比べて十分小さい大きさであるため、接続軸挿入用孔３から外部に漏洩する高周波信号は、少ない。また、接続軸６と回転軸７との接続位置は、導波路１の外部である。
このため、導波路１の内部に生じている電界と回転軸７との結合は、ほとんどない。よって、電力効率が高いアレーアンテナ装置を実現することができる。
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、第１の壁面１ａに複数のプローブ挿入用孔２が施され、第１の壁面１ａと対向している第２の壁面１ｂに複数の接続軸挿入用孔３が施されている導波路１と、複数のプローブ挿入用孔２のそれぞれに挿入されており、一端に複数の円偏波素子アンテナ４の中のいずれか１つが接続されている複数の給電プローブ５と、複数の接続軸挿入用孔３のそれぞれに挿入されており、一端が複数の給電プローブ５の他端とそれぞれ接続されている複数の接続軸６と、一端が複数の接続軸６の他端とそれぞれ接続されている複数の回転軸７と、複数の回転軸７のそれぞれを回転させる複数の回転装置８と、複数の回転装置８の回転を個別に制御する制御装置９とを設けるように構成している。これにより、複数の円偏波素子アンテナ４の位相を個別に調整することができる効果がある。
この実施の形態１では、円偏波素子アンテナ４がヘリカルアンテナである例を示しているが、これに限るものではなく、例えば、円偏波素子アンテナ４が、パッチアンテナ、スパイラルアンテナ又はカールアンテナであってもよい。
この実施の形態１では、複数の円偏波素子アンテナ４が、導波路１の管軸中心線の一方の側に等間隔で配置されている例を示している。
これは一例に過ぎず、例えば、隣接している円偏波素子アンテナ４が、管軸中心線を挟んで、互いに反対の位置に並ぶように配置されていてもよい。
また、隣接している円偏波素子アンテナ４の間隔がそれぞれ異なるように配置されていてもよい。
また、複数の円偏波素子アンテナ４が、物理的に干渉しない範囲で任意の位置に配置されていてもよい。
この実施の形態１では、複数の給電プローブ５における導波路１の内部への挿入長が全て同一の長さである例を示しているが、アレーアンテナ装置の励振振幅分布と、導波路１の給電端子１ｅにおけるインピーダンス特性とに基づいて決定されていればよい。このため、複数の給電プローブ５における導波路１の内部への挿入長が互いに異なる長さであってもよい。
この実施の形態１では、給電端子１ｅと対向している導波路１の端部に短絡壁１ｆが設けられている例を示しているが、短絡壁１ｆに電波吸収体１ｇが設けられていてもよい。
短絡壁１ｆに電波吸収体１ｇが設けられている場合、複数の円偏波素子アンテナ４から放射されずに、導波路１の内部に残っている高周波信号の電力を吸収することができる。
これにより、導波路１の内部に残っている高周波信号の電力が短絡壁１ｆで反射されないため、アレーアンテナ装置の設計が容易になるなどの効果が得られる。
実施の形態２．
上記実施の形態１では、導波路１が矩形導波管である例を示したが、この実施の形態２では、導波路１がラジアルライン導波路である例を説明する。
図３は、この発明の実施の形態２によるアレーアンテナ装置を示す斜視図である。
図４は、図３のアレーアンテナ装置におけるＡ−Ａ断面図である。
図３及び図４において、図１及び図２と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
導波路２１は、円形の平板である第１の壁面２１ａと、円形の平板である第２の壁面２１ｂとを有するラジアルライン導波路である。
導波路２１の側壁として、短絡壁２１ｃが設けられている。
同軸プローブ挿入用孔２２は、同軸プローブ２３を挿入できるように、導波路２１の第２の壁面２１ｂに施されている穴である。
同軸プローブ２３は、同軸プローブ挿入用孔２２に挿入されており、高周波信号を導波路２１の内部に入出力するためのプローブである。
同軸端子２４は、導波路２１における第２の壁面２１ｂの下部に設けられており、同軸プローブ２３と接続されている端子である。
次に動作について説明する。
同軸端子２４から同軸プローブ２３を介して、高周波信号が導波路２１内に入力されると、導波路２１の内部には、短絡壁２１ｃの壁面に平行な電界を主に有する電磁界分布が生じる。
円偏波素子アンテナ４の給電プローブ５は、導波路２１の短絡壁２１ｃと略平行に導波路２１の内部に挿入されているので、導波路２１の内部に生じている電界と結合を生じる。
その結果、給電プローブ５には、電流が流れるため、円偏波素子アンテナ４に電力が供給される。これにより、円偏波素子アンテナ４から円偏波が空間に放射される。
このとき、各々の円偏波素子アンテナ４から放射される円偏波の素子間位相差は、各々の給電プローブ５に流れる電流の位相差と、各々の円偏波素子アンテナ４の物理的な回転角の差とによって定められる。
各々の給電プローブ５に流れる電流の位相差は、導波路２１の内部の電磁界分布と、各々の円偏波素子アンテナ４の位置とによって決まり、理論的手法、あるいは、電磁界シミュレーションなどによって求めることが可能である。
各々の円偏波素子アンテナ４は、給電プローブ５及び接続軸６を介して、各々の回転軸７と接続され、各々の回転軸７は、各々の回転装置８と接続されている。
このため、制御装置９は、各々の回転装置８を個別に制御することで、各々の円偏波素子アンテナ４の回転角を個別に制御することができる。
制御装置９の回転制御装置１１は、上記実施の形態１と同様に、所望の放射パターンを実現するためのアレーアンテナ装置の励振位相分布を算出する。
また、回転制御装置１１は、上記実施の形態１と同様に、各々の給電プローブ５に流れる電流の位相差を考慮して、励振位相分布に対応する回転軸７の回転角度を算出するとともに、所定の放射パターンの切り替え時間に対応する回転軸７の回転速度を算出する。
回転制御装置１１は、ネットワークインタフェースを通じて、算出した回転軸７の回転角度と回転軸７の回転速度とを示す指令値を回転駆動装置１０に出力する。
回転駆動装置１０は、上記実施の形態１と同様に、回転制御装置１１から出力された指令値に基づいて、各々の回転軸７を回転駆動させるために必要な駆動電流を生成し、生成した駆動電流を各々の回転装置８に出力する。
この結果、各々の円偏波素子アンテナ４は、回転制御装置１１によって算出された回転角度及び回転速度で、それぞれ個別に回転されることで、所望の放射パターンの実現に必要な励振位相分布に対応する角度配置になる。
これにより、各々の円偏波素子アンテナ４から放射される円偏波の素子間位相差は、上記の励振位相分布と同一となるため、所望の放射パターンが実現される。
所望の放射パターンの実現は、アレーアンテナ装置の製造後、あるいは、アレーアンテナ装置を用いる通信システム又はレーダーシステムの運用中においても、回転制御装置１１からの指令値を適宜変更することで可能である。これは、回転制御装置１１のユーザインタフェースからの入力値を適宜変更する、あるいは、回転制御装置１１の記憶装置に記憶されている情報を適宜読み替えることで可能である。
導波路２１内を伝搬する高周波信号は、導波路２１の第２の壁面２１ｂに施されている接続軸挿入用孔３から少なからず外部に漏洩する。
ただし、接続軸挿入用孔３の穴径は、導波路２１内を伝搬する高周波信号の波長と比べて十分小さい大きさであるため、接続軸挿入用孔３から外部に漏洩する高周波信号は、少ない。また、接続軸６と回転軸７との接続位置は、導波路２１の外部である。
このため、導波路２１の内部に生じている電界と回転軸７との結合は、ほとんどない。よって、電力効率が高いアレーアンテナ装置を実現することができる。
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、第１の壁面２１ａに複数のプローブ挿入用孔２が施され、第１の壁面２１ａと対向している第２の壁面２１ｂに複数の接続軸挿入用孔３が施されている導波路２１と、複数のプローブ挿入用孔２のそれぞれに挿入されており、一端に円偏波素子アンテナ４が接続されている複数の給電プローブ５と、複数の接続軸挿入用孔３のそれぞれに挿入されており、一端が複数の給電プローブ５の他端とそれぞれ接続されている複数の接続軸６と、一端が複数の接続軸６の他端とそれぞれ接続されている複数の回転軸７と、複数の回転軸７のそれぞれを回転させる複数の回転装置８と、複数の回転装置８の回転を個別に制御する制御装置９とを設けるように構成している。これにより、複数の円偏波素子アンテナ４の位相を個別に調整することができる効果がある。
この実施の形態２では、円偏波素子アンテナ４がヘリカルアンテナである例を示しているが、これに限るものではなく、例えば、円偏波素子アンテナ４が、パッチアンテナ、スパイラルアンテナ又はカールアンテナであってもよい。
この実施の形態２では、複数の円偏波素子アンテナ４が、導波路２１の中心に対して同心円状に等間隔で配置されている例を示している。
これは一例に過ぎず、例えば、複数の円偏波素子アンテナ４が、楕円状に配置されていてもよい。
また、隣接している円偏波素子アンテナ４の間隔がそれぞれ異なるように配置されていてもよい。
また、複数の円偏波素子アンテナ４が、物理的に干渉しない範囲で任意の位置に配置されていてもよい。
この実施の形態２では、複数の給電プローブ５における導波路２１の内部への挿入長が全て同一の長さである例を示しているが、アレーアンテナ装置の励振振幅分布と、導波路２１の同軸端子２４におけるインピーダンス特性とに基づいて決定されていればよい。このため、複数の給電プローブ５における導波路２１の内部への挿入長が互いに異なる長さであってもよい。
この実施の形態２では、導波路２１の側壁として短絡壁２１ｃが設けられている例を示しているが、短絡壁２１ｃに電波吸収体２１ｄが設けられていてもよい。
短絡壁２１ｃに電波吸収体２１ｄが設けられている場合、複数の円偏波素子アンテナ４から放射されずに、導波路２１の内部に残っている高周波信号の電力を吸収することができる。
これにより、導波路２１の内部に残っている高周波信号の電力が短絡壁２１ｃで反射されないため、アレーアンテナ装置の設計が容易になるなどの効果が得られる。
この実施の形態２では、導波路２１が、円形の平板である第１の壁面２１ａと、円形の平板である第２の壁面２１ｂとを有するラジアルライン導波路である例を示している。
これは一例に過ぎず、例えば、図５に示すように、導波路３１が、矩形の平板である第１の壁面３１ａと、矩形の平板である第２の壁面３１ｂとを有する平行平板導波路であってもよい。
図５は、この発明の実施の形態２による他のアレーアンテナ装置を示す斜視図である。
図６は、図５のアレーアンテナ装置におけるＡ−Ａ断面図である。
導波路３１が平行平板導波路である場合でも、導波路３１の側壁である短絡壁３１ｃに電波吸収体３１ｄが設けられていてもよい。
実施の形態３．
この実施の形態３では、偏波変換板４１を備えているアレーアンテナ装置について説明する。
図７は、この発明の実施の形態３によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。図７において、図１及び図２と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
偏波変換板４１は、図中、円偏波素子アンテナ４の上部に、円偏波素子アンテナ４と所定の距離だけ離して配置されている。
偏波変換板４１は、円偏波素子アンテナ４から放射された円偏波を直線偏波に変換して、直線偏波を空間に出力し、空間から到来してきた直線偏波を円偏波に変換して、変換した円偏波を円偏波素子アンテナ４に出力するポラライザである。
偏波変換板４１は、誘電体基板４２と、蛇行している複数の線路導体パターン４３とを備えており、複数の線路導体パターン４３が誘電体基板４２上に形成されている。
図７のアレーアンテナ装置は、偏波変換板４１が図１及び図２のアレーアンテナ装置に適用されている例を示しているが、偏波変換板４１が、図３及び図４のアレーアンテナ装置、あるいは、図５及び図６のアレーアンテナ装置に適用されているものであってもよい。
次に動作について説明する。
アレーアンテナ装置が送信アンテナとして使用される場合、複数の円偏波素子アンテナ４から円偏波が放射される。
偏波変換板４１は、複数の円偏波素子アンテナ４から放射された円偏波を直線偏波に変換して、直線偏波を空間に放射する。
このとき、偏波変換板４１から空間に放射される直線偏波の素子間位相差は、複数の円偏波素子アンテナ４から放射された円偏波の素子間位相差と変わらないため、偏波変換板４１から直線偏波が空間に放射される場合でも、所望の放射パターンを実現することができる。
アレーアンテナ装置が受信アンテナとして使用される場合、直線偏波が偏波変換板４１に入射される。
偏波変換板４１は、入射された直線偏波を円偏波に変換して、円偏波を複数の円偏波素子アンテナ４に出力する。
複数の円偏波素子アンテナ４は、偏波変換板４１から出力された円偏波を受信する。
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、円偏波素子アンテナ４から放射された円偏波を直線偏波に変換して、直線偏波を空間に出力し、空間から到来してきた直線偏波を円偏波に変換して、変換した円偏波を円偏波素子アンテナ４に出力する偏波変換板４１を備えるように構成したので、上記実施の形態１，２と同様の効果を奏するほかに、直線偏波の放射パターンを実現することができる効果を奏する。
実施の形態４．
この実施の形態４では、それぞれの接続軸６と一体形成されている複数の絶縁体５０を備えているアレーアンテナ装置について説明する。
図８は、この発明の実施の形態４によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。
図９は、図８に示すアレーアンテナ装置における絶縁体５０及び接続軸６を示す斜視図である。
図８及び図９において、図１及び図２と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
絶縁体５０は、誘電体などの絶縁物で形成されている。
絶縁体５０は、プローブ挿入用孔２に挿入されており、接続軸６と一体形成されている。
図８及び図９では、便宜上、絶縁体５０と接続軸６の境目を破線で示しているが、絶縁体５０と接続軸６は、一体形成物である。
絶縁体５０は、アンテナ部５１と、軸部５２とを備えている。
アンテナ部５１は、円偏波素子アンテナ４が導体パターン４ａとして表面に施されている。
軸部５２は、給電プローブ５が導体パターン５ａとして表面に施されており、接続軸６と軸を一体形成している。
導体パターン４ａと導体パターン５ａは、互いに接続されている。
この実施の形態４のアレーアンテナ装置は、接続軸６と一体形成されている絶縁体５０を備えており、絶縁体５０は、アンテナ部５１と、軸部５２とを備えている。
円偏波素子アンテナ４は、導体パターン４ａとしてアンテナ部５１の表面に施されており、給電プローブ５は、導体パターン５ａとして軸部５２の表面に施されている。
したがって、円偏波素子アンテナ４、給電プローブ５及び接続軸６を一つの部品として構成することが可能である。
一つの部品として構成されていれば、円偏波素子アンテナ４と給電プローブ５との接続が不要になり、また、給電プローブ５と接続軸６との接続が不要となり、アレーアンテナ装置の製造性、製造精度及び構造の頑強性などが向上する。
以上で明らかなように、この実施の形態４によれば、複数のプローブ挿入用孔２のそれぞれに挿入されており、複数の接続軸６のそれぞれと一体形成されている複数の絶縁体５０を備え、複数の絶縁体５０のそれぞれが、複数の円偏波素子アンテナ４のそれぞれが導体パターン４ａとして表面に施されているアンテナ部５１と、複数の給電プローブ５のそれぞれが導体パターン５ａとして表面に施されており、複数の接続軸６のそれぞれと軸を一体形成している軸部５２とを備えているアレーアンテナ装置を構成している。したがって、この実施の形態４に係るアレーアンテナ装置は、上記実施の形態１、２同様の効果を奏するほかに、アンテナの製造性、製造精度及び構造の頑強性などの向上を実現することができる。
この実施の形態４では、接続軸６と一体形成されている絶縁体５０を備える構成が図１及び図２に示すアレーアンテナ装置に適用されている例を示しているが、これに限るものではない。例えば、接続軸６と一体形成されている絶縁体５０を備える構成が、図３及び図４に示すアレーアンテナ装置、あるいは、図５及び図６に示すアレーアンテナ装置に適用されているものであってもよい。
実施の形態５．
実施の形態４のアレーアンテナ装置は、給電プローブ５としての導体パターン５ａが軸部５２の表面に施されている例を示している。
この実施の形態５では、導体パターン５ａが、軸部５２に施されている溝５３の底面５３ａに施されている例を示しているアレーアンテナ装置を説明する。
図１０は、この発明の実施の形態５によるアレーアンテナ装置における絶縁体５０及び接続軸６を示す断面図である。
図１１は、図１０に示すアレーアンテナ装置における絶縁体５０及び接続軸６を示す斜視図である。
図１０及び図１１において、図１、図８及び図９と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
絶縁体５０に含まれる軸部５２には、長手方向が軸方向の溝５３が施されている。
溝５３の底面５３ａには、給電プローブ５としての導体パターン５ａが施されている。
溝５３の底面５３ａの位置は、接続軸６の回転中心６ａの位置である。
この実施の形態５のアレーアンテナ装置では、給電プローブ５としての導体パターン５ａが、溝５３の底面５３ａに施されている。また、溝５３の底面５３ａの位置が、接続軸６の回転中心６ａの位置である。
したがって、この実施の形態５のアレーアンテナ装置では、実施の形態４のアレーアンテナ装置と比べて、軸部５２の回転に伴う給電プローブ５の位置の変化が小さくなるため、軸部５２の回転に伴うアンテナ特性の変化を小さくすることができる。
この実施の形態５のアレーアンテナ装置では、給電プローブ５としての導体パターン５ａが、溝５３の底面５３ａに施されているが、図１２及び図１３に示すように、導体パターン５ａが、軸部５２における外周面の一部を囲んでいるものであってもよい。
図１２は、この発明の実施の形態５による他のアレーアンテナ装置における絶縁体５０及び接続軸６を示す断面図である。
図１３は、図１２に示すアレーアンテナ装置における絶縁体５０及び接続軸６を示す斜視図である。
図１２及び図１３では、導体パターン５ａが、軸部５２における外周面の一部を囲んでいるアレーアンテナ装置を示しているが、図１４及び図１５に示すように、導体パターン５ａが、軸部５２における外周面の全体を囲んでいるアレーアンテナ装置であってもよい。
図１４は、この発明の実施の形態５による他のアレーアンテナ装置における絶縁体５０及び接続軸６を示す断面図である。
図１５は、図１４に示すアレーアンテナ装置における絶縁体５０及び接続軸６を示す斜視図である。
導体パターン５ａが、軸部５２における外周面の一部又は全体を囲んでいるアレーアンテナ装置は、導体パターン５ａが、溝５３の底面５３ａに施されているアレーアンテナ装置と同様に、軸部５２の回転に伴うアンテナ特性の変化を小さくすることができる。
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
この発明は、複数の円偏波素子アンテナを備えているアレーアンテナ装置に適している。
１ 導波路、１ａ 第１の壁面、１ｂ 第２の壁面、１ｃ，１ｄ 側壁、１ｅ 給電端子、１ｆ 短絡壁、１ｇ 電波吸収体、２ プローブ挿入用孔、３ 接続軸挿入用孔、４ 円偏波素子アンテナ、４ａ 導体パターン、５ 給電プローブ、５ａ 導体パターン、６ 接続軸、６ａ 回転中心、７ 回転軸、８ 回転装置、９ 制御装置、１０ 回転駆動装置、１１ 回転制御装置、２１ 導波路、２１ａ 第１の壁面、２１ｂ 第２の壁面、２１ｃ 短絡壁、２１ｄ 電波吸収体、２２ 同軸プローブ挿入用孔、２３ 同軸プローブ、２４ 同軸端子、３１ 導波路、３１ａ 第１の壁面、３１ｂ 第２の壁面、３１ｃ 短絡壁、３１ｄ 電波吸収体、４１ 偏波変換板、４２ 誘電体基板、４３ 線路導体パターン、５０ 絶縁体、５１ アンテナ部、５２ 軸部、５３ 溝、５３ａ 底面。
近年、無線通信又はレーダの高機能化及び高性能化に対応するため、無線通信又はレーダに適用されるアンテナ装置として、放射パターンの走査又は指向性の制御が可能なフェーズドアレーアンテナが広く使用されている。
フェーズドアレーアンテナは、複数の素子アンテナが配列され、複数の素子アンテナのそれぞれに移相器が接続されているアレーアンテナ装置である。
フェーズドアレーアンテナの移相器として、ダイオード又はトランジスタなどの半導体スイッチを用いて、伝送線路を切り替えることで、素子アンテナの放射位相を変更するディジタル移相器が広く用いられる。
ディジタル移相器は、チップ化することで小型化が可能である。また、ディジタル移相器は、電子的に通過位相を制御できるため、制御が容易である。
しかしながら、ディジタル移相器は、伝送線路上に多数の半導体スイッチを設ける必要があるため、通過損失が大きくなるデメリットがある。
以上で明らかなように、この実施の形態４によれば、複数のプローブ挿入用孔２のそれぞれに挿入されており、複数の接続軸６のそれぞれと一体形成されている複数の絶縁体５０を備え、複数の絶縁体５０のそれぞれが、複数の円偏波素子アンテナ４の中のいずれか１つが導体パターン４ａとして表面に施されているアンテナ部５１と、複数の給電プローブ５の中のいずれか１つが導体パターン５ａとして表面に施されており、複数の接続軸６の中のいずれか１つと軸を一体形成している軸部５２とを備えているアレーアンテナ装置を構成している。したがって、この実施の形態４に係るアレーアンテナ装置は、上記実施の形態１、２同様の効果を奏するほかに、アンテナの製造性、製造精度及び構造の頑強性などの向上を実現することができる。

Claims (16)

  1. 第１の壁面に複数のプローブ挿入用孔が施され、前記第１の壁面と対向している第２の壁面に複数の接続軸挿入用孔が施されている導波路と、
    前記複数のプローブ挿入用孔のそれぞれに挿入されており、一端に複数の円偏波素子アンテナの中のいずれか１つが接続されている複数の給電プローブと、
    前記複数の接続軸挿入用孔のそれぞれに挿入されており、一端が前記複数の給電プローブの他端とそれぞれ接続されている複数の接続軸と、
    一端が前記複数の接続軸の他端とそれぞれ接続されている複数の回転軸と、
    前記複数の回転軸のそれぞれを回転させる複数の回転装置と、
    前記複数の回転装置の回転を個別に制御する制御装置と
    を備えたアレーアンテナ装置。
  2. 前記導波路は、矩形導波管であり、
    前記矩形導波管は、２つの広壁面と、面積が前記広壁面の面積以下である２つの狭壁面とを有しており、
    前記第１の壁面は、前記２つの広壁面のうちの一方の広壁面であり、
    前記第２の壁面は、前記２つの広壁面のうちの他方の広壁面であることを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ装置。
  3. 前記導波路の端部に短絡壁が設けられていることを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ装置。
  4. 前記短絡壁に電波吸収体が設けられていることを特徴とする請求項３記載のアレーアンテナ装置。
  5. 前記導波路における前記第１の壁面及び前記第２の壁面のそれぞれが円形の平板であり、前記導波路がラジアルライン導波路であることを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ装置。
  6. 前記導波路の側壁として、短絡壁が設けられていることを特徴とする請求項５記載のアレーアンテナ装置。
  7. 前記短絡壁に電波吸収体が設けられていることを特徴とする請求項６記載のアレーアンテナ装置。
  8. 前記導波路における前記第１の壁面及び前記第２の壁面のそれぞれが矩形の平板であり、前記導波路が平行平板導波路であることを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ装置。
  9. 前記導波路の側壁として、短絡壁が設けられていることを特徴とする請求項８記載のアレーアンテナ装置。
  10. 前記短絡壁に電波吸収体が設けられていることを特徴とする請求項９記載のアレーアンテナ装置。
  11. 前記複数の円偏波素子アンテナからそれぞれ放射された円偏波を直線偏波に変換して、前記直線偏波を空間に出力し、空間から到来してきた直線偏波を円偏波に変換して、変換した円偏波を前記複数の円偏波素子アンテナのそれぞれに出力する偏波変換板を備えていることを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ装置。
  12. 前記複数の円偏波素子アンテナのそれぞれは、ヘリカルアンテナ、パッチアンテナ、スパイラルアンテナ又はカールアンテナであることを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ装置。
  13. 前記複数のプローブ挿入用孔のそれぞれに挿入されており、前記複数の接続軸のそれぞれと一体形成されている複数の絶縁体を備え、
    前記複数の絶縁体のそれぞれは、
    前記複数の円偏波素子アンテナのそれぞれが導体パターンとして表面に施されているアンテナ部と、
    前記複数の給電プローブのそれぞれが導体パターンとして表面に施されており、前記複数の接続軸のそれぞれと軸を一体形成している軸部とを備えていることを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ装置。
  14. 前記複数の絶縁体のそれぞれに含まれる軸部には、長手方向が軸方向の溝が施されており、
    前記複数の給電プローブとしての導体パターンが、前記軸部に施されている溝の底面にそれぞれ施されていることを特徴とする請求項１３記載のアレーアンテナ装置。
  15. 前記溝の底面の位置が、前記接続軸の回転中心の位置であることを特徴とする請求項１４記載のアレーアンテナ装置。
  16. 前記複数の給電プローブとしての導体パターンが、前記軸部における外周面の一部又は全体をそれぞれ囲んでいることを特徴とする請求項１３記載のアレーアンテナ装置。
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