WO2000045465A1 - Switched circular polarization antenna and switched circular polarization phased-array antenna - Google Patents

Switched circular polarization antenna and switched circular polarization phased-array antenna Download PDF

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WO2000045465A1
WO2000045465A1 PCT/JP1999/006483 JP9906483W WO0045465A1 WO 2000045465 A1 WO2000045465 A1 WO 2000045465A1 JP 9906483 W JP9906483 W JP 9906483W WO 0045465 A1 WO0045465 A1 WO 0045465A1
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phase
radiating element
phase shift
circularly polarized
hybrid circuit
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Application number
PCT/JP1999/006483
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Inventor
Tsunehisa Marumoto
Original Assignee
Nec Corporation
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04Resonant antennas
    • H01Q9/0407Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0428Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna radiating a circular polarised wave
    • H01Q9/0435Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna radiating a circular polarised wave using two feed points

Definitions

  • the present invention relates to a circularly polarized antenna and a circularly polarized phased array antenna that radiate circularly polarized waves, and more particularly, to a circularly polarized wave switching type antenna and a circularly polarized wave switching type phased antenna having a function of switching the rotation direction of circularly polarized waves.
  • a circularly polarized wave switching type antenna and a circularly polarized wave switching type phased antenna having a function of switching the rotation direction of circularly polarized waves.
  • FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of a conventional circularly polarized wave switching type antenna.
  • the conventional circularly-polarized switching antenna includes a radiating element 111, a 90 ° hybrid circuit 113, and a switching circuit 119.
  • the radiating element 111 is a two-point feeding type patch antenna having two feeding points llla and 111b.
  • the feed points 1 1 1 a and 1 1 1 b are arranged in a direction at about 90 ° from the center of the radiating element 1 1 1.
  • the 90 ° hybrid circuit 113 has four terminals 113a, 113b, 113c, and 113d, and has the following functions. That is, when power is input from the terminal 113a, the input power is divided into two equal parts so that the terminal 113c leads the terminal 113d by 90 ° in phase. Amplitude power is output from terminals 113c and 113d, respectively. On the other hand, when power is input from terminal 113b, the input power is bisected so that terminal 113c has a 90 ° phase delay with respect to terminal 113d. The same amplitude power is output from each of the terminals 113c and 113d. In this specification, there are expressions indicating phase angles such as 0 °, 90 °, and 180 °, but these values are also nominal values and deviations, and the actual exact angle is different from the nominal value. Note in advance that it is slightly off.
  • Terminals 113c and 113d of the 90 ° hybrid circuit 113 having such a function are connected to feed points 111a and 111b of the radiating element 111, respectively.
  • the switching circuit 1 19 switches the rotation direction of the circularly polarized wave radiated from the radiating element 1 11.
  • the switching circuit 119 has three terminals 119a, 119b, and 119c. A power supply for exciting the radiating element 111 is supplied to the terminal 119a. This power is output from one of the terminals 119b and 119c.
  • Terminals 119b and 119c are connected to terminals 113a and 113b of the 90 ° hybrid circuit 113, respectively.
  • the terminal 119b of the switching circuit 119 is turned on, and the terminal 119c is turned off.
  • the supplied power is output from the terminal 119b and input to the terminal 113a of the 90 ° hybrid circuit 113.
  • This feed power is split into two by the 90 ° hybrid circuit 113 and supplied to the feed points 1 1 a and 1 1 b of the radiating element 1 1 1.
  • the phase of the power supplied to the feeding point 111b is advanced by 90 ° with respect to the power supplied to the feeding point 111b.
  • the rotation direction of the circularly polarized wave radiated from the radiating element 1 1 1 can be switched.
  • Most of the power supplied to the radiating element 111 is radiated as right-handed or left-handed circularly polarized light as the main polarization. However, part of the feed power is radiated as cross-polarization (circular polarization opposite to the main polarization) for the following reasons.
  • the 90 ° hybrid circuit 1 13 The output is a power supply that is 90 ° ahead of the terminal 113d. Therefore, the phase of the reflected power from the radiating element 111 is also 90 ° ahead of the terminal 113c side of the 90 ° hybrid circuit 113 relative to the terminal 113d side. Therefore, the reflected power synthesized by the 90 ° hybrid circuit 113 is output from the terminal 113 b of the 90 ° hybrid circuit 113 to the terminal 119c of the switching circuit 119. .
  • the terminal 119c side of the switching circuit 119 is in an off state, that is, a cutoff state. Therefore, the reflected power returned to the terminal 119c is reflected by the reproduction switching circuit 119 and input to the terminal 113b of the 90 ° hybrid circuit 113.
  • the input power is adjusted so that the terminal 113c has a 90 ° phase delay with respect to the terminal 113d. 2 distributed. For this reason, the left-handed circularly polarized wave is re-emitted from the radiating element 11 1 based on the reflected power output from the terminals 113 c and 113 d of the 90 ° hybrid circuit 113.
  • the left-hand circular polarization based on the reflected power is a cross-polarization of the right-hand circular polarization based on the feed power.
  • the conventional circularly-polarized switching antenna shown in FIG. 8 simultaneously radiates not only the main polarization based on the feed power but also the cross polarization based on the reflected power. As a result, there is a problem that the cross polarization discrimination degree is reduced.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to improve the cross polarization discrimination of a circularly polarized wave switching type antenna.
  • a circularly polarized wave switching antenna includes a radiating element having two power supply points and radiating two linearly polarized waves orthogonal to each other;
  • the first and second phase shifters with 180 ° phase shift connected to the A 90 ° hybrid circuit with two 90 ° phase differences, connected to the first and second phase shifters, and the other end terminated, and the phase shift of the first and second phase shifters set to 0 ° Or a control means for switching to 180 ° to emit right-handed or left-handed circularly polarized waves from the radiating element.
  • the circularly polarized wave switching antenna of the present invention has a radiation element having two feed points and emitting two linearly polarized waves orthogonal to each other, and four terminals and a first terminal.
  • a 90 ° hybrid circuit that is supplied with power to excite the radiating element, a non-reflective termination coupled to the second terminal of the 90 ° hybrid circuit, and one end coupled to one feed point of the radiating element.
  • a first phase shifter having the other end coupled to the third terminal of the 90 ° hybrid circuit and having a phase shift of 180 °, and one end coupled to the other feed point of the radiating element and the other.
  • a second phase shifter whose end is coupled to the fourth terminal of the 90 ° hybrid circuit and the phase shift is 180 °, and the phase shift of the first and second phase shifters is 0 ° or 180 °
  • Control means for controlling the radiating element to emit right-handed or left-handed circularly polarized waves by switching to It may be composed of
  • the control means switches both the phase shift amounts of the first and second phase shifters to 0 ° or 180 ° as the polarization radiated from the radiating element, and changes the circular polarization in the first rotational direction.
  • a wave is generated, and the phase shift amounts of the first and second phase shifters are switched to 0 °, 180 ° or 180 ° and 0 °, respectively, to generate a circularly polarized wave having a reverse rotation to the first rotation direction. .
  • the power supply output from the third terminal of the 90 ° hybrid circuit is 90 ° ahead of the power supply output from the fourth terminal. Therefore, if both the first and second phase shifters are in the 0 ° state or the 180 ° state, one feed point of the radiating element will be fed 90 ° ahead of the other feed point. Power is provided. On the other hand, if one of the first and second phase shifters is in the 0 ° state and the other is in the 180 ° state, one feed point of the radiating element is 90 ° away from the other feed point. ° Supply power with a delayed phase is provided. Therefore, by controlling the operation of the two phase shifters, the rotation direction of the circularly polarized wave can be switched.
  • the reflected power reflected at each feed point of the radiating element is combined by a 90 ° hybrid circuit and output from the second terminal.
  • the reflected power output from the second terminal is absorbed by the non-reflective termination. Therefore, the 90 ° hybrid circuit side Since the returned power can be reduced, radiation of cross-polarization based on the reflected power can be suppressed. Therefore, according to the present invention, the cross polarization discrimination of the circularly polarized wave switching type antenna can be improved.
  • circularly-polarized switching antennas are cascaded to a 90 ° hybrid circuit and controlled by control means so that the amount of phase shift becomes 180 ° / 2 m (n is a natural number, m may be a different natural number from 1 to ⁇ ) third phase shifters. Since the above-mentioned circularly polarized wave switching type antenna has the function of 180 ° phase shifter, the radiation phase is (seozs 1 ). Can be controlled in steps.
  • One configuration example of the first and second phase shifters is a switched line type phase shifter. Thereby, the electrical characteristics of the first and second phase shifters can be improved.
  • One configuration example of the third phase shifter is a loaded line type phase shifter. Thereby, the electrical characteristics of the third phase shifter can be improved.
  • the circularly-polarized switched phased array antenna of the present invention has a radiating element having two feed points and radiating two linearly polarized waves orthogonal to each other, and a transfer element connected to each feed point of the radiating element.
  • the first and second phase shifters with 180 ° phase amount and the input signal were split into two with a phase difference of 90 ° and connected to the first and second phase shifters, and the other end was terminated.
  • a plurality of radiating elements, first and second phase shifters, a 90 ° hybrid circuit, and a plurality of control means are arranged in an array.
  • a circularly-polarized switched phased array antenna of the present invention includes a radiating element having two feed points and emitting two linearly polarized waves orthogonal to each other, a four-terminal terminal, and a first terminal.
  • a 90 ° hybrid circuit in which power is supplied to the terminals to excite the radiating element, a non-reflective termination coupled to the second terminal of the 90 ° hybrid circuit, and one end coupled to one feed point of the radiating element
  • a first phase shifter having the other end coupled to the third terminal of the 90 ° hybrid circuit and having a phase shift of 180 °; and one end coupled to the other feed point of the radiating element.
  • Control unit for controlling A plurality may be provided and each unit may be arranged in an array.
  • the control means switches both the phase shift amounts of the first and second phase shifters to 0 ° or 180 ° as the polarization radiated from the radiating element and changes the phase shift amount in the first rotational direction. Generate a circularly polarized wave and switch the phase shift amounts of the first and second phase shifters to 0 °, 180 °, 180 °, and 0 °, respectively, to switch the first rotation direction and the reverse rotation. Generate circular polarization.
  • phase shift amount in the coupled and control means in cascade hybrid circuit is controlled to be 1 8 0 ° Z 2 m ( n is a natural number, m May be different natural numbers from 1 to n) third phase shifters.
  • phased array antenna with the above-described circularly polarized wave switching type antenna as one unit, a circularly polarized wave switching type phased array antenna having a high degree of cross polarization discrimination can be realized.
  • One configuration example of the first and second phase shifters is a switched line type phase shifter. Thereby, the electrical characteristics of the first and second phase shifters can be improved.
  • One configuration example of the third phase shifter is a loaded line type phase shifter. Thereby, the electrical characteristics of the third phase shifter can be improved.
  • each unit may be two-dimensionally arranged.
  • two-dimensional electronic scanning in the beam direction can be realized with a high degree of cross polarization identification.
  • the above-described circular polarization switching type has a multilayer structure including a layer on which a radiating element included in each unit is formed and a layer on which first and second phase shifters included in each unit are formed. May be provided.
  • a distribution unit for distributing and supplying power to the 90 ° hybrid circuit included in each unit is further provided, and a layer in which the first and second phase shifters included in each unit are formed; It may have a multilayer structure including a layer on which the means are formed.
  • FIG. 1 shows the configuration of a first embodiment of a circularly polarized switching antenna according to the present invention. It is a block diagram.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of the reverse-circularly-polarized radiation power of the circularly-polarized switching antenna shown in FIG.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of the reverse-circularly polarized radiation power of the circularly polarized switching antenna shown in FIG.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a second embodiment of a circular polarization switching antenna according to the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the entire configuration of a circularly polarized wave switching type phased array antenna according to the present invention.
  • FIG. 6 is an exploded view showing the structure of the antenna unit.
  • FIG. 7 is a plan view showing an arrangement of one antenna unit formed on the antenna unit layer.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a conventional circularly polarized wave switching type antenna.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a circularly polarized wave switching type antenna according to a first embodiment of the present invention.
  • the radiating element 11 is a two-point feed type patch antenna having two feed points 11a and 11b.
  • the feed points 11a and 11b are arranged in a direction at about 90 ° from the center of the radiating element 11 so that two linearly polarized waves orthogonal to each other are radiated from the radiating element 11. .
  • the radiating element 11 has a circular shape, and the feeding points 11 a and 11 b are arranged on the outer periphery of the radiating element 11. However, the feeding points 11 a and 11 b may be arranged on the lower surface of the radiating element 11.
  • the shape of the radiating element 11 is not limited to a circle, but may be a 90 ° rotationally symmetrical shape such as a square.
  • the 90 ° hybrid circuit 13 has four terminals 13a, 13b, 13c, and 13d, and has the following functions. That is, when power is input from the first terminal 13a, the input power is divided by two so that the third terminal 13c side is advanced by 90 ° with respect to the fourth terminal 13d side. Then, power of the same amplitude is output from each of terminals 13c and 13d.
  • the 90 ° hybrid circuit 13 having such a function includes, for example, a branch line type hybrid circuit and a 3 dB coupling line type directional coupler. Also, by adding a transmission line having an appropriate line length to the input / output terminal of the rat race ring circuit, a 90 ° hybrid circuit 13 having the same function can be configured.
  • Power supply power for exciting the radiating element 11 is supplied to the terminal 13 a of the 90 ° hybrid circuit 13.
  • a non-reflective termination 14 is coupled to a terminal 13 b of the 90 ° hybrid circuit 13.
  • the non-reflection terminal 14 is formed by depositing a film resistor matching the same characteristic impedance as the terminal 13 b of the 90 ° hybrid circuit 13. This film resistance is formed by, for example, Ta, NiCr, and Ti.
  • a non-reflection terminator externally attached by soldering, connector connection, or the like may be used.
  • phase shift circuit (first phase shifter) with a phase shift of 180 ° 1 2 a is connected.
  • a phase shift circuit (second phase shifter) with a phase shift of 180 ° is provided between the feed point 11 b of the radiating element 11 and the terminal 13 d of the 90 ° hybrid circuit 13. 12 is Are combined.
  • the phase shift circuit 12a is supplied with a first control signal s21 from a control circuit described later (see FIG. 5). Similarly, the second control signal s22 is supplied to the phase shift circuit 12b. The states of the phase shift circuits 12a and 12b are controlled by control signals s21 and s22, respectively.
  • the control signal s 2 1, s 22 2 applied to the phase shift circuits 12 a and 12 b S is “off” (for example, logic level “shi”) ”or“ on ”(for example, logic level“ H ”).
  • the phase when the supplied power passes through the phase shift circuits 12a and 12b changes by 180 ° depending on whether the power supply power is “)” or “)”.
  • the state of the phase shift circuits 12a and 12b when the control signals s21 and s22 are "off” is referred to as the 0 ° state, and the control signals s21 and s
  • phase shifter 12a and 12b when the force S is ON is called the 180 ° state5.
  • 3 c and 13 d are divided into two with the same amplitude. However, the feed power output from terminal 13c is 90 ° ahead of the feed power output from terminal 13d.
  • the feed power divided into two by the 90 ° hybrid circuit 13 is input to the radiating element 11 via the phase shift circuits 12a and 12b, respectively.
  • the polarized waves radiated from the radiating element 11 are classified as follows according to the combination of the states of the phase shift circuits 12a and 12b.
  • a current Ia flows from the feeding point 11a toward the center.
  • current Ib flows from feed point 11b toward the center.
  • the directions in which the currents Ia and I flow are almost orthogonal.
  • the phase of the current Ia is ahead of the current Ib by 90 °.
  • the right-handed circularly polarized wave is radiated from the radiating element 11 (however, the radiation direction is from the back side of the paper to the front side; the same applies hereinafter).
  • the radiation phase at this time is based on the right-handed circular polarization. Determine 0 ° as the quasi-phase.
  • phase shift circuit 12a is in the 180 ° state and the phase shift circuit 12b is in the 0 ° state.
  • the power supplied to power supply point 11a is delayed by 90 ° in phase from the power supplied to power supply point 11b.
  • radiating element 11 radiates left-hand circularly polarized light.
  • the radiation phase at this time is determined to be 0 ° as the reference phase of left-hand circular polarization.
  • phase shift circuit 12a is at 0 ° and the phase shift circuit 12b is at 180 °.
  • the power supplied to the power supply point 11a is delayed by 90 ° from the power supplied to the power supply point 11b. Therefore, radiating element 11 emits left-hand circularly polarized light.
  • the radiation phase is shifted by 180 ° with respect to the reference phase in 3 above.
  • Table 1 shows the relationship between the states of the phase shift circuits 12a and 12b shown here and the state of the circularly polarized wave radiated by the radiating element 11.
  • the radiation of the radiating element 11 can be changed to 0 ° right-handed circularly polarized by the combination of the phase shift amounts.
  • 180 ° right-handed circular polarization, 0 ° left-handed circular polarization, and 180 ° left-handed circular polarization it can.
  • the circular polarization switching function and the function of the 180 ° phase shift circuit can be realized together by the phase shift circuits 12a and 12b and the 90 ° hybrid circuit 13.
  • the 180 ° phase shift circuits 12a and 12b are both in the 0 ° state. Or, when it is in the 180 ° state, it becomes left-handed circularly polarized light (circularly polarized light in the first rotation direction). When only one of them is in the 0 ° state and the other is in the 180 ° state, it is right-handed circularly polarized ( (Circularly polarized wave with opposite rotation to the rotation direction of 1).
  • the power supplied to the radiating element 11 is radiated as right-handed or left-handed circularly polarized light.
  • part of the feed power is reflected from the radiating element 11 to the transmission line.
  • the power reflected at the feed point 11a is called first reflected power
  • the power reflected at the feed point 11b is called second reflected power.
  • the power supplied from the terminal 13 c of the 90 ° hybrid circuit 13 has a phase that is 90 ° ahead of the power supplied from the terminal 13 d. Therefore, the phase of the first reflected power is ahead of the phase of the second reflected power by 90 °. Therefore, the reflected power obtained by combining the first and second reflected powers is output from the terminal 13 b of the 90 ° hybrid circuit 13.
  • the circularly polarized wave switching type antenna having such characteristics can be used for, for example, microwave communication, satellite communication, and a radar device using circularly polarized waves which are used while switching between orthogonal circularly polarized waves.
  • the radiating element 11 and the phase shift circuits 12a and 12b, the 90 ° hybrid circuit 13 and the non-reflective termination 14 are all drawn on a plane. It is not necessary to form them on the same plane when forming them, and the present invention is effective even if these are formed in different layers and laminated, and the layers are connected by coupling slots or through holes, power supply pins, etc. .
  • the layer on which the radiating element 11 is formed and the layer on which the phase shift circuits 12a and 12b, the 90 ° hybrid circuit 13 and the non-reflection termination 14 are formed are laminated, and the aforementioned coupling means, namely, The present invention is effective even if the layers are connected by coupling slots or through holes, power supply pins, or the like.
  • the radiating element 11 is not limited to a patch antenna, but may be a dipole antenna or a slot antenna.
  • the transmission line, phase shift circuit, 90 ° hybrid circuit, radiating element, and other devices are all lossless, and the 90 ° hybrid circuit has ideal reflection characteristics, pass-phase characteristics, The explanation will proceed on the assumption that it has the characterization characteristics.
  • Fig. 2 (a) shows the flow of power from the power supply input to terminal 113a of the 90 ° hybrid circuit 113 to the reflected power output from terminal 113b.
  • Figure 2 (b) shows the output from the re-input to terminal 113 b of the 90 ° hybrid circuit 113. The flow of power up to re-radiation by the radiating element 111 is shown.
  • a reflected power of 123 dB is generated at each of the feeding points 111a and 111b. Their reflected power is 90.
  • the power is combined by the hybrid circuit 113 to produce power of 120 dB, which is output from the terminal 113 b to the terminal 119 c of the switching circuit 119.
  • the terminal 119c of the switching circuit 119 is in the off state, that is, the cutoff state. Therefore, the power of _20 dB is totally reflected and re-input to the terminal 113 b of the 90 ° hybrid circuit 113 as it is, and the respective power supply points 1 1 1 a and 1 1 of the radiating element 1 1 1 Resupplied to 1b. As a result, the radiation power of counter-rotating circularly polarized light (cross polarization) based on the mismatch between the radiating element 111 and the transmission line is -20 dB.
  • the total reverse circularly polarized radiation power of the conventional circularly polarized switching antenna is the radiation power (13 O dB) based on the performance of the radiating element 111 and the radiating element 111 and the transmission line. It is the sum of the radiated power (1 2 O dB) based on the mismatch between the two, and is about -19.5 dB (to be precise, the total inverse circularly polarized radiated power increases or decreases depending on the phase relationship between the two).
  • FIG. 3A shows the flow of power from the power supply input to the terminal 13a of the 90 ° hybrid circuit 13 to the reflected power output from the terminal 13b.
  • (b) shows the power flow from re-input to the terminal 13 b of the 90 ° hybrid circuit 13 to re-radiation by the radiating element 11.
  • the power supplied from the terminal 13a of the 90 ° hybrid circuit 13 is set to 0 dB (reference).
  • This power is distributed by the 90 ° hybrid 13 in 13 dB increments, passes through the 180 ° phase shifters 12 a, 12 b, and passes through the power supply points 11 a, 1 1 of the radiating element 11. supplied to b.
  • the radiating element 11 emits a main circularly polarized wave of about 0 dB, and a reverse circularly polarized wave (cross polarization) equivalent to 30 dB. appear.
  • the total counter-rotating circularly radiated power from the circularly polarized switching antenna shown in Fig. 1 is the radiated power (-30 dB) based on the performance of the radiating element 11 alone and the radiating element 11
  • the sum of the radiated power (-40 dB) due to the transmission line mismatch is about 29.5 dB (to be exact, the total counter-rotating circularly polarized radiated power increases or decreases due to the phase relationship between the two.) ).
  • FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a second embodiment of a circular polarization switching antenna according to the present invention.
  • the circularly-polarized switching antenna shown in Fig. 4 is connected to the 90 ° hybrid circuit 13 terminal 13a of the circularly-polarized antenna shown in Fig.
  • Phase shifter 16a, 16b, 16c are cascaded.
  • the phase shift amounts of the phase shift circuits 16a to 16c are 90 °, 45 °, and 22.5 °, respectively. is there.
  • the third control signals s23 and s24 from the control circuit (see FIG. 5) described later are also applied to the phase shift circuits 16a to 16c. , s 25, respectively.
  • the state of each of the phase shift circuits 16a to 16c is controlled by control signals s23 to s25, respectively.
  • the polarization switching is performed by the phase shift circuits 12 a, 12 b, 16 a to 16 c, the 90 ° hybrid circuit 13, and the non-reflection termination 14.
  • Compensator 17 is configured.
  • the phase shift circuits 12a and 12b and the 90 ° hybrid circuit 13 can realize the function of the 180 ° phase shift circuit in addition to the function of switching the circular polarization. Therefore, it can be said that the circularly-polarized switching antenna shown in FIG. 4 includes a 4-bit digital phase shifter. Therefore, it is possible to radiate right-handed and left-handed circularly polarized waves with an arbitrary phase of 22.5 ° steps.
  • phase shift circuits 16 a to 16 c coupled to the terminal 13 a of the 90 ° hybrid circuit 13 is not limited to three. That is, n (n is a natural number) phase shift circuits may be combined.
  • the phase shift amount of each phase shift circuit coupled to terminal 13a of 90 ° hybrid circuit 13 is set to 180 ° Z2 m .
  • m is a different natural number from 1 to n.
  • m l
  • the phase shift amount of the phase shift circuit is set to 90 °.
  • the phase shift amount of each phase shift circuit is set to 90 °, 45 °, 22.5 °, 11.25 °, respectively.
  • the circularly polarized wave switching type antenna includes an n + 1 bit digital phase shifter. Therefore, the radiation phase can be controlled in 360 ° 2 n + 1 steps.
  • FIG. 5 is a block diagram showing an overall configuration of a circularly-polarized-switching phased array antenna according to the present invention.
  • the phased array antenna shown in FIG. 5 has M (M is an integer of 2 or more) antenna units 10.
  • M is an integer of 2 or more
  • Each antenna unit 1 0 Is constituted by the circularly polarized wave switching type antenna shown in FIG.
  • Each antenna unit 10 is coupled to a distribution combiner (distribution means) 30.
  • the power supply for exciting the radiating element 11 of each antenna unit 10 is given to the distributor / combiner 30.
  • the distributing / combining unit 30 distributes the input power supply to each antenna unit 10 and outputs the same to the polarization switching phase shifter 17 of each antenna unit 10.
  • the polarization switching phase shifter 17 of each antenna unit 10 is connected to the output side of a control circuit (control means) 20.
  • the control circuit 20 gives the above-described control signals s 21 to s 25 to the phase shift circuits 12 a, 12 b, 16 a to 16 c of each antenna unit 10. .
  • the control signals s2 1 to s25 are combined to form a control signal s2.
  • This control circuit 20 is formed by a transistor circuit.
  • the antenna unit 1 is composed of the M antenna units 10, the control circuit 20, and the distributor / combiner 30.
  • control circuit 20 is connected to a control device 2 that controls the antenna unit 1.
  • the rotation direction of the circularly polarized wave is set in the control device 2. This setting can be switched.
  • the position of the radiating element 11 of each antenna unit 10 and the working frequency are set in advance. Based on the position and the frequency, an optimal phase shift amount for directing the radiation beam in a desired direction is calculated for each of the M antenna units 10. Then, the control data s1 including the polarization direction is added to the calculation result and the control data s1 including the setting switching timing is output to the control circuit 20.
  • the control circuit 20 includes a logic circuit such as a data distribution circuit and a data latch circuit, and a current source or a voltage source as necessary.
  • the control device 2 and each phase shift circuit included in each antenna unit 10 It is connected to the input side of 12a, 12b, 16a to 16c.
  • the control circuit 20 drives each of the phase shift circuits 12a, 12b, 16a to 16c with a set value and a switching timing based on the control data s1 input from the control device 2. Distribute and supply a control signal s 2 having a current or voltage sufficient for The state of each of the phase shift circuits 12a, 12b, 16a to 16c changes depending on whether the above-mentioned control signal s2 is "on” or "off". The direction of polarization and the amount of phase shift of the antenna unit 10 are determined according to the state of each of the phase shift circuits 12a, 12b, 16a to 16c.
  • the distributing / combining unit 30 distributes the input power supply and outputs it to each antenna unit 10.
  • Each antenna unit 10 radiates based on the above-described settings, and a radiation beam is formed in a desired direction.
  • the circularly-polarized switched antenna shown in Fig. 4 has excellent cross-polarization discrimination, so a phased array antenna should be constructed using this circularly-polarized switched antenna.
  • the direction of rotation of circularly polarized waves can be switched, and a phased array antenna with high cross polarization discrimination can be realized.
  • the circularly-polarized-switching phased array antenna having such characteristics can be used, for example, in microwave communication, satellite communication, and a radar device using circularly-polarized light that is used while switching between orthogonally and circularly polarized waves.
  • FIG. 6 is an exploded view showing the structure of the antenna unit 1.
  • the antenna unit 1 has a multilayer structure as shown in FIG. That is, the parasitic element layer 41, the first dielectric layer 42, the antenna unit layer 43, the second dielectric layer 44, the feeding slot / ground layer (hereinafter abbreviated as the feeding slot layer).
  • the layers 45, the third dielectric layer 46, and the distribution / combination layer 47 are formed in close contact with each other in this order.
  • Each of the above layers 4 :! to 47 is formed by a photolithography technique, an etching technique, a printing technique, or the like during the process, and is multi-layered by lamination or bonding.
  • a parasitic element 18 is formed on the parasitic element layer 41.
  • FIG. 4 does not show the parasitic element 18. However, by using the parasitic element 18, the band of the antenna can be widened.
  • the parasitic element 18 is connected to the antenna via the dielectric layer 42.
  • the antenna unit 10 (particularly, the radiating element 11) of the tena unit layer 43 is electromagnetically coupled.
  • the dielectric layer 42 a dielectric having a relative permittivity of about 1 to 10 such as a printed board, a glass substrate, a ceramic substrate, or a foam material is used. Further, the dielectric layer 42 may be a space (air layer) supported by a spacer or the like.
  • the antenna unit 10 shown in FIG. 4 is formed on the antenna unit layer 43 (note that the symbol shown in FIG. 6 indicates that the antenna unit 10, that is, the radiating element 11 is partially polarized). Means the combination of the wave switching phase shifter 17).
  • a dielectric having a relative permittivity of about 3 to 12 such as a printed board, a glass substrate, or a ceramic substrate is used. Further, a semiconductor substrate such as Si, GaAs or the like may be used.
  • a ground conductor plate 31 and a power supply slot 32 are formed in the power supply slot layer 45.
  • the same material as that of the dielectric layer 44 is used for the dielectric layer 46.
  • the distribution / combination unit 30 shown in FIG. 5 is formed.
  • the mixing / mixing device 30 is electromagnetically coupled to the antenna unit 10 of the antenna unit layer 43 via the power supply slot 32 of the power supply slot layer 45.
  • each of the layers 41 to 47 is described separately, but the layers adjacent to the dielectric layers 42, 44, and 46, for example, the parasitic element layer 41 and the coupling
  • the layers 45 and the like can be realized by forming a pattern on one or both sides of the dielectric layer.
  • the dielectric layer does not necessarily need to be formed of a single material, and may have a configuration in which a plurality of materials are stacked.
  • the parasitic element 18 formed in each layer, the antenna unit 10, the data latch circuit included in the control circuit 20, and the feeding slot 32 are two-dimensionally arranged in a triangular arrangement.
  • the present invention is also effective with a phased array antenna having a one-dimensional array, and the present invention is also effective with an array other than a triangular array, for example, a square lattice array. Also, the lamination structure and the interlayer coupling means shown in FIG. Even so, the present invention is effective.
  • the distributor / synthesizer 30 and the antenna unit 10 are coupled via the power supply slot 32, but the distributor / synthesizer 30 and the antenna unit 10 are connected to the power supply pins or the like. They may be connected by other power supply coupling means, or the distributor / combiner 30 and the antenna unit 10 may be formed in the same layer.
  • the distributor / synthesizer 30 need not be a strip line branch circuit as shown in FIG. 6, but may be another form such as a radial waveguide.
  • the radiating element 11 and the polarization switching phase shifter 17 are formed on the same layer in the antenna unit layer 43, but the radiating element 11 and the polarization switching phase shifter 17 are separated. It is also possible to form them on different layers and stack them, and connect them with a power supply coupling means such as a power supply slot or a power supply pin.
  • FIG. 7 is a plan view showing the arrangement of one antenna unit 10 formed on the antenna unit layer 43.
  • the 90 ° hybrid circuit 13 shown in FIG. 7 is a branch line type hybrid circuit.
  • the branch line type hybrid circuit has a substantially square ring shape.
  • the wavelength of the power supply is ⁇
  • the length of one side of the branch line hybrid circuit is about 4.
  • the four corners of the branch line type hybrid circuit are terminals 13a to 13d, respectively.
  • a strip line 55 a including a gap (cut portion) is formed between the feed point 11 a of the radiating element 11 and the terminal 13 c of the 90 ° hybrid circuit 13 c .
  • a strip line 55b including a gap is formed between a feed point 11b of the element 11 and a terminal 13d of the 90 ° hybrid circuit 13.
  • a strip line 55c is formed from the terminal 13a of the 90 ° hybrid circuit 13 to a position on the glass substrate 50 corresponding to the power supply slot 32 shown in FIG. Have been.
  • phase shift circuits 12a and 12b are switched line type phase shifters. That is, strike Strip lines 51a and 51b having different lengths are arranged on both sides of the lip lines 55a and 55b, respectively, and two lines are provided between the strip lines 55a and 55b and the strip line 51a. Two microwave switches 52b are arranged between the strip lines 55a, 55b and the strip line 51b.
  • the phase shift circuit 12a By switching these microwave switches 52a, 52b to “ON” or “OFF J” and selecting one of the strip lines 51a, 51b as a signal path, the phase shift circuit 12a, It is possible to control the passing phase of 1 2 b.
  • the phase shifters 16 a to l 6 c are loaded line type phase shifters, that is, two strip lines 51 c are approximately 4
  • the two microwave switches 52c connect each stripline 51c to another stripline 51d open at the end, apart from the stripline 55c.
  • the passing phase is changed. Can be changed.
  • strip lines 51a to 51d for example, distributed constant circuits such as a microstrip line, a triplate line, a coplanar line, and a slot line are used.
  • microwave switches 52a to 52c for example, a micromachine switch, a PIN diode switch, a HEMT switch, or the like is used.
  • phase shift amount when the phase shift amount is large, the switched line type has better electrical characteristics.
  • the loaded line type When the phase shift is small, the loaded line type has better electrical characteristics. For this reason, a switched-line type is used here for the 180 ° phase shift circuits 12a and 12b. Loaded line types were used for the 90 °, 45 °, and 22.5 ° phase shift circuits 16a to 16c. However, it is also possible to use a switched line type for all the phase shift circuits 12a, 12b, 16a to 16c.
  • phase shift circuits 12a, 12b, 16a to 16c may be used for the phase shift circuits 12a, 12b, 16a to 16c.
  • the microwave switches 52 a to 52 c included in each of the phase shift circuits 12 a, 12 b, and 16 a to 16 c are connected to the control circuit 20 via the control line 21.
  • the four microwave switches 52a and 52b included in the phase shift circuit 1 2a are controlled by Operated by the control signal s21 output from the circuit 20, the passing phase can be controlled as described above. The same applies to the phase shift circuit 12b.
  • the two microwave switches 52 c included in the phase shift circuit 16 a operate simultaneously by the control signal s 23, and can change the passing phase as described above. The same applies to the phase shift circuits 16b and 16c.
  • the circularly polarized wave switching type antenna and the circularly polarized wave switching type phased array antenna according to the present invention can be applied to, for example, microwave communication, satellite communication, radar devices using circularly polarized waves, etc., used while switching between orthogonal circularly polarized waves. Can be used.

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Abstract

A switched circular polarization antenna comprises a radiation element (11) that radiates two linearly polarized waves orthogonal to each other; first and second 180° phase shifters (12a, 12b); and a 90° hybrid circuit with one end (13) terminated. Such a switched circular polarization antenna or a switched circular polarization phased-array antenna has improved cross-polarization discrimination.

Description

明 細 書 円偏波切換形アンテナおよび円偏波切換形フェーズドアレーアンテナ 技術分野  Description Circularly polarized wave switching type antenna and circularly polarized wave switching type phased array antenna
本発明は、 円偏波を放射する円偏波アンテナおよび円偏波フェーズドアレーア ンテナに関し、 特に、 円偏波の回転方向を切り換える機能を有する円偏波切換形 アンテナおよび円偏波切換形フェーズドアレーアンテナに関する。 背景技術  The present invention relates to a circularly polarized antenna and a circularly polarized phased array antenna that radiate circularly polarized waves, and more particularly, to a circularly polarized wave switching type antenna and a circularly polarized wave switching type phased antenna having a function of switching the rotation direction of circularly polarized waves. Related to array antenna. Background art
図 8は、 従来の円偏波切換形アンテナの構成を示すブロック図である。 図 8に 示されるように、 従来の円偏波切換形アンテナは、 放射素子 1 1 1と、 90° ハ イブリッド回路 1 1 3と、 切換回路 1 1 9とにより構成されている。  FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of a conventional circularly polarized wave switching type antenna. As shown in FIG. 8, the conventional circularly-polarized switching antenna includes a radiating element 111, a 90 ° hybrid circuit 113, and a switching circuit 119.
放射素子 1 1 1は、 2個の給電点 l l l a, 1 1 1 bを有する 2点給電形パッ チアンテナである。 各給電点 1 1 1 aおよび 1 1 1 bは、 放射素子 1 1 1の中心 から約 90° をなす方向に配置されている。  The radiating element 111 is a two-point feeding type patch antenna having two feeding points llla and 111b. The feed points 1 1 1 a and 1 1 1 b are arranged in a direction at about 90 ° from the center of the radiating element 1 1 1.
90° ハイブリッド回路 1 13は、 4個の端子 1 1 3 a, 1 1 3 b, 1 1 3 c, 1 1 3 dを有しており、 次のような機能をもつ。 すなわち、 端子 1 1 3 aから電 力が入力されると、 端子 1 1 3 c側が端子 1 1 3 d側に対して 90° 位相進みと. なるように入力電力を二等分して、 同振幅の電力を端子 1 1 3 c, 1 1 3 dのそ れぞれから出力する。 これに対して、 端子 1 1 3 bから電力が入力されると、 端 子 1 1 3 c側が端子 1 1 3 d側に対して 90° 位相遅れとなるように入力電力を 二等分して、 同振幅の電力を端子 1 1 3 c, 1 1 3 dのそれぞれから出力する。 なお、 本明細書中で 0° , 90° , 1 80° 等の位相角度を示す表現があるが、 これらの値はレ、ずれも公称値であって、 実際の厳密な角度は公称値から若干ずれ ていることをあらかじめことわっておく。  The 90 ° hybrid circuit 113 has four terminals 113a, 113b, 113c, and 113d, and has the following functions. That is, when power is input from the terminal 113a, the input power is divided into two equal parts so that the terminal 113c leads the terminal 113d by 90 ° in phase. Amplitude power is output from terminals 113c and 113d, respectively. On the other hand, when power is input from terminal 113b, the input power is bisected so that terminal 113c has a 90 ° phase delay with respect to terminal 113d. The same amplitude power is output from each of the terminals 113c and 113d. In this specification, there are expressions indicating phase angles such as 0 °, 90 °, and 180 °, but these values are also nominal values and deviations, and the actual exact angle is different from the nominal value. Note in advance that it is slightly off.
逆に、 端子 1 1 3 c, 1 1 3 dのそれぞれから電力が入力される場合、 端子 1 13 c側の入力電力が端子 1 13 d側の入力電力に対して位相が 90° 進んでい ると、 これらの入力電力を合成して端子 1 1 3 bから出力する。 これに対して、 端子 1 1 3 c側の入力電力が端子 1 1 3 d側の入力電力に対して位相が 90° 遅 れていると、 これらの入力電力を合成して端子 1 1 3 aから出力する。 Conversely, when power is input from each of terminals 113c and 113d, the input power at terminal 113c is 90 ° ahead of the input power at terminal 113d. Then, these input powers are combined and output from the terminal 113 b. On the other hand, if the input power at the terminal 1 13 c is delayed 90 ° in phase with respect to the input power at the terminal 113 d, Output from
このような機能を有する 90° ハイブリッド回路 1 1 3の端子 1 1 3 c, 1 1 3 dがそれぞれ放射素子 1 1 1の給電点 1 1 1 a, 1 1 1 bに接続されている。 切換回路 1 1 9は、 放射素子 1 1 1から放射される円偏波の回転方向を切り換 えるものである。 切換回路 1 1 9は 3個の端子 1 1 9 a, 1 1 9 b, 1 1 9 cを 有している。 端子 1 1 9 aには、 放射素子 1 1 1を励振させるための給電電力が 与えられる。 この給電電力は、 端子 1 1 9 b, 1 1 9 cのいずれか一方から出力 される。 端子 1 1 9 b, 1 1 9 cはそれぞれ 90° ハイプリッド回路 1 1 3の端 子 1 1 3 a, 1 1 3 bに接続されている。  Terminals 113c and 113d of the 90 ° hybrid circuit 113 having such a function are connected to feed points 111a and 111b of the radiating element 111, respectively. The switching circuit 1 19 switches the rotation direction of the circularly polarized wave radiated from the radiating element 1 11. The switching circuit 119 has three terminals 119a, 119b, and 119c. A power supply for exciting the radiating element 111 is supplied to the terminal 119a. This power is output from one of the terminals 119b and 119c. Terminals 119b and 119c are connected to terminals 113a and 113b of the 90 ° hybrid circuit 113, respectively.
次に、 図 8に示された従来の円偏波切換形アンテナの動作を説明する。  Next, the operation of the conventional circularly polarized wave switching type antenna shown in FIG. 8 will be described.
まず、 切換回路 1 1 9の端子 1 1 9 b側をオンに、 端子 1 1 9 c側をオフにす る。 このとき、 給電電力は端子 1 1 9 bから出力され、 90° ハイブリッド回路 1 1 3の端子 1 1 3 aに入力される。 この給電電力は 90° ハイブリッド回路 1 13で 2分配されて、 放射素子 1 1 1の各給電点 1 1 1 a, 1 1 1 bに供給され る。 このとき、 給電点 1 1 1 aに供給される電力は、 給電点 1 1 1 bに供給され る電力に対して、 位相が 90° 進んでいる。  First, the terminal 119b of the switching circuit 119 is turned on, and the terminal 119c is turned off. At this time, the supplied power is output from the terminal 119b and input to the terminal 113a of the 90 ° hybrid circuit 113. This feed power is split into two by the 90 ° hybrid circuit 113 and supplied to the feed points 1 1 a and 1 1 b of the radiating element 1 1 1. At this time, the phase of the power supplied to the feeding point 111b is advanced by 90 ° with respect to the power supplied to the feeding point 111b.
このような位相関係をもつ給電電力が、 放射素子 1 1 1にほぼ直交して入力さ れるので、 放射素子 1 1 1からは右旋円偏波が放射される (ただし、 放射方向を 紙面裏側から表側とする) 。  Since the feed power having such a phase relationship is input almost orthogonally to the radiating element 111, a right-handed circularly polarized wave is radiated from the radiating element 111 (however, the radiation direction is set to the back side of the paper). From the front).
同様に、 切換回路 1 1 9の端子 1 1 9 b側をオフに、 端子 1 1 9 c側をオンに すると、 放射素子 1 1 1からは左旋円偏波が放射される。  Similarly, when the terminal 119b of the switching circuit 119 is turned off and the terminal 119c is turned on, a left-handed circularly polarized wave is emitted from the radiating element 111.
このように、 切換回路 1 1 9の出力を制御することにより、 放射素子 1 1 1か ら放射される円偏波の回転方向を切り換えることができる。  Thus, by controlling the output of the switching circuit 1 19, the rotation direction of the circularly polarized wave radiated from the radiating element 1 1 1 can be switched.
放射素子 1 1 1に給電された電力は、 そのほとんどが主偏波として右旋または 左旋円偏波にて放射される。 しかし、 給電電力の一部は、 以下に述べる理由によ り交差偏波 (主偏波とは逆旋の円偏波) として放射される。  Most of the power supplied to the radiating element 111 is radiated as right-handed or left-handed circularly polarized light as the main polarization. However, part of the feed power is radiated as cross-polarization (circular polarization opposite to the main polarization) for the following reasons.
まず、 放射素子 1 1 1へは給電点 1 1 1 a, 1 1 1 bから電力が給電されるが、 放射素子 1 1 1と、 各給電点 1 1 1 a, 1 1 1 bに連なる伝送線路との不整合に より、 給電電力の一部が放射素子 1 1 1から伝送線路へと反射される。 First, power is supplied to the radiating element 1 1 1 from the feeding points 1 1 1a and 1 1 1b. Due to the mismatch between the radiating element 111 and the transmission line connected to each feed point 111a, 111b, a part of the feed power is reflected from the radiating element 111 to the transmission line.
例えば、 切換回路 1 1 9の端子 1 1 9 b側をオンに、 端子 1 1 9 c側をオフに した場合、 前述したように、 9 0 ° ハイブリッド回路 1 1 3の端子 1 1 3 cから は端子 1 1 3 dよりも 9 0 ° 位相が進んだ給電電力が出力される。 したがって、 放射素子 1 1 1からの反射電力の位相も、 9 0 ° ハイブリッド回路 1 1 3の端子 1 1 3 c側が端子 1 1 3 d側に対して 9 0 ° 進んでいる。 このため、 9 0 ° ハイ プリッド回路 1 1 3で合成された反射電力は、 9 0 ° ハイプリッド回路 1 1 3の 端子 1 1 3 bから切換回路 1 1 9の端子 1 1 9 cに出力される。  For example, when the terminal 1 19b side of the switching circuit 1 19 is turned on and the terminal 1 19 c side is turned off, as described above, the 90 ° hybrid circuit 1 13 The output is a power supply that is 90 ° ahead of the terminal 113d. Therefore, the phase of the reflected power from the radiating element 111 is also 90 ° ahead of the terminal 113c side of the 90 ° hybrid circuit 113 relative to the terminal 113d side. Therefore, the reflected power synthesized by the 90 ° hybrid circuit 113 is output from the terminal 113 b of the 90 ° hybrid circuit 113 to the terminal 119c of the switching circuit 119. .
ところが、 いま、 切換回路 1 1 9の端子 1 1 9 c側はオフの状態、 つまり遮断 された状態となっている。 このため、 端子 1 1 9 c側に返された反射電力は、 再 ぴ切換回路 1 1 9により反射されて、 9 0 ° ハイプリッド回路 1 1 3の端子 1 1 3 bに入力される。  However, now, the terminal 119c side of the switching circuit 119 is in an off state, that is, a cutoff state. Therefore, the reflected power returned to the terminal 119c is reflected by the reproduction switching circuit 119 and input to the terminal 113b of the 90 ° hybrid circuit 113.
9 0 ° ハイプリッド回路 1 1 3の端子 1 1 3 bから反射電力が入力されると、 端子 1 1 3 c側が端子 1 1 3 d側に対して 9 0 ° 位相遅れとなるように入力電力 が 2分配される。 このため、 9 0 ° ハイブリッド回路 1 1 3の各端子 1 1 3 c, 1 1 3 dから出力される反射電力に基づき、 放射素子 1 1 1から左旋円偏波が再 放射される。 この反射電力に基づく左旋円偏波は、 給電電力に基づく右旋円偏波 の交差偏波である。  When the reflected power is input from the terminal 113b of the 90 ° hybrid circuit 113, the input power is adjusted so that the terminal 113c has a 90 ° phase delay with respect to the terminal 113d. 2 distributed. For this reason, the left-handed circularly polarized wave is re-emitted from the radiating element 11 1 based on the reflected power output from the terminals 113 c and 113 d of the 90 ° hybrid circuit 113. The left-hand circular polarization based on the reflected power is a cross-polarization of the right-hand circular polarization based on the feed power.
このように、 図 8に示された従来の円偏波切換形アンテナでは、 給電電力に基 づく主偏波のみならず、 反射電力に基づく交差偏波も同時に放射される。 その結 果、 交差偏波識別度が低下してしまうという問題があった。  As described above, the conventional circularly-polarized switching antenna shown in FIG. 8 simultaneously radiates not only the main polarization based on the feed power but also the cross polarization based on the reflected power. As a result, there is a problem that the cross polarization discrimination degree is reduced.
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、 その目的は、 円偏波切換形アンテナの交差偏波識別度を向上させることにある。  The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to improve the cross polarization discrimination of a circularly polarized wave switching type antenna.
発明の開示 Disclosure of the invention
このような課題を解決するために、 本発明の円偏波切換アンテナは、 2個の給 電点を有しかつ互いに直交する 2つの直線偏波を放射する放射素子と、 放射素子 の各給電点に接続した移相量が 1 8 0 ° の第 1、 第 2の移相器と、 入力信号を位 相差 90° で 2分岐して第 1、 第 2の移相器に接続され、 他の一端が終端された 90° ハイブリッド回路と、 第 1、 第 2の移相器の移相量を 0° または 180° に切り換えて放射素子から右旋もしくは左旋円偏波を放射するよう制御する制御 手段とを具備することに特徴づけられる。 In order to solve such a problem, a circularly polarized wave switching antenna according to the present invention includes a radiating element having two power supply points and radiating two linearly polarized waves orthogonal to each other; The first and second phase shifters with 180 ° phase shift connected to the A 90 ° hybrid circuit with two 90 ° phase differences, connected to the first and second phase shifters, and the other end terminated, and the phase shift of the first and second phase shifters set to 0 ° Or a control means for switching to 180 ° to emit right-handed or left-handed circularly polarized waves from the radiating element.
あるいは、 本発明の円偏波切換アンテナは、 2個の給電点を有しかつ互いに直 交する 2つの直線偏波を放射する放射素子と、 4個の端子を有しかつ第 1の端子 に放射素子を励振させるための給電電力が与えられる 90° ハイプリッド回路と、 この 90° ハイブリッド回路の第 2の端子に結合された無反射終端と、 一端が放 射素子の一方の給電点に結合されるとともに他端が 90° ハイプリッド回路の第 3の端子に結合されかつ移相量が 180° である第 1の移相器と、 一端が放射素 子の他方の給電点に結合されるとともに他端が 90° ハイプリッド回路の第 4の 端子に結合されかつ移相量が 180° である第 2の移相器と、 第 1、 第 2の移相 器の移相量を 0° または 180° に切り換えて放射素子から右旋もしくは左旋円 偏波を放射するよう制御する制御手段とにより構成されてもよレ、。  Alternatively, the circularly polarized wave switching antenna of the present invention has a radiation element having two feed points and emitting two linearly polarized waves orthogonal to each other, and four terminals and a first terminal. A 90 ° hybrid circuit that is supplied with power to excite the radiating element, a non-reflective termination coupled to the second terminal of the 90 ° hybrid circuit, and one end coupled to one feed point of the radiating element. A first phase shifter having the other end coupled to the third terminal of the 90 ° hybrid circuit and having a phase shift of 180 °, and one end coupled to the other feed point of the radiating element and the other. A second phase shifter whose end is coupled to the fourth terminal of the 90 ° hybrid circuit and the phase shift is 180 °, and the phase shift of the first and second phase shifters is 0 ° or 180 ° Control means for controlling the radiating element to emit right-handed or left-handed circularly polarized waves by switching to It may be composed of
いずれの場合でも、 制御手段は、 放射素子から放射される偏波として、 第 1、 第 2の移相器の移相量をともに 0° または 180° に切り換えて第 1の回転方向 の円偏波を生成し、 第 1、 第 2の移相器の移相量をそれぞれ 0° 、 180° また は 180° 、 0° に切り換えて第 1の回転方向と逆旋の円偏波を生成する。  In either case, the control means switches both the phase shift amounts of the first and second phase shifters to 0 ° or 180 ° as the polarization radiated from the radiating element, and changes the circular polarization in the first rotational direction. A wave is generated, and the phase shift amounts of the first and second phase shifters are switched to 0 °, 180 ° or 180 ° and 0 °, respectively, to generate a circularly polarized wave having a reverse rotation to the first rotation direction. .
90° ハイブリッド回路の第 3の端子から出力される給電電力は、 第 4の端子 から出力される給電電力に対して、 位相が 90° 進んでいる。 このため、 第 1お よび第 2の移相器の両方が 0° 状態または 180° 状態である場合、 放射素子の 一方の給電点には他方の給電点に対して 90° 位相が進んだ給電電力が与えられ る。 これに対して、 第 1および第 2の移相器の一方が 0° 状態であり、 他方が 1 80° 状態である場合、 放射素子の一方の給電点には他方の給電点に対して 90 ° 位相が遅れた給電電力が与えられる。 したがって、 2個の移相器の動作を制御 することにより、 円偏波の回転方向を切り換えることができる。  The power supply output from the third terminal of the 90 ° hybrid circuit is 90 ° ahead of the power supply output from the fourth terminal. Therefore, if both the first and second phase shifters are in the 0 ° state or the 180 ° state, one feed point of the radiating element will be fed 90 ° ahead of the other feed point. Power is provided. On the other hand, if one of the first and second phase shifters is in the 0 ° state and the other is in the 180 ° state, one feed point of the radiating element is 90 ° away from the other feed point. ° Supply power with a delayed phase is provided. Therefore, by controlling the operation of the two phase shifters, the rotation direction of the circularly polarized wave can be switched.
—方、 放射素子の各給電点で反射された反射電力は、 90° ハイブリッド回路 で合成されて、 第 2の端子から出力される。 第 2の端子から出力された反射電力 は、 無反射終端により吸収される。 このため、 90° ハイブリッド回路側に再び 返される電力を低減できるので、 反射電力に基づく交差偏波の放射を抑制できる。 したがって、 本発明により円偏波切換形アンテナの交差偏波識別度を向上できる。 また、 これらの円偏波切換形アンテナは、 90° ハイブリッド回路に縦続に結 合されかつ制御手段で移相量が 1 80° /2m となるよう制御される n (ηは自 然数、 mは 1から ηまでの異なる自然数) 個の第 3の移相器をさらに備えていて もよい。 上記の円偏波切換形アンテナは 1 80° 移相器の機能を併有しているの で、 これにより放射位相を (seozs 1 ) 。 ステップで制御できる。 On the other hand, the reflected power reflected at each feed point of the radiating element is combined by a 90 ° hybrid circuit and output from the second terminal. The reflected power output from the second terminal is absorbed by the non-reflective termination. Therefore, the 90 ° hybrid circuit side Since the returned power can be reduced, radiation of cross-polarization based on the reflected power can be suppressed. Therefore, according to the present invention, the cross polarization discrimination of the circularly polarized wave switching type antenna can be improved. These circularly-polarized switching antennas are cascaded to a 90 ° hybrid circuit and controlled by control means so that the amount of phase shift becomes 180 ° / 2 m (n is a natural number, m may be a different natural number from 1 to η) third phase shifters. Since the above-mentioned circularly polarized wave switching type antenna has the function of 180 ° phase shifter, the radiation phase is (seozs 1 ). Can be controlled in steps.
第 1および第 2の移相器の一構成例は、 スィッチドライン形移相器である。 こ れにより、 第 1、 第 2の移相器の電気特性を良好にできる。  One configuration example of the first and second phase shifters is a switched line type phase shifter. Thereby, the electrical characteristics of the first and second phase shifters can be improved.
また、 第 3の移相器の一構成例は、 ローデッドライン形移相器である。 これに より、 第 3の移相器の電気特性を良好にできる。  One configuration example of the third phase shifter is a loaded line type phase shifter. Thereby, the electrical characteristics of the third phase shifter can be improved.
—方、 本発明の円偏波切換形フェーズドアレーアンテナは、 2個の給電点を有 しかつ互いに直交する 2つの直線偏波を放射する放射素子と、 放射素子の各給電 点に接続した移相量が 1 80° の第 1、 第 2の移相器と、 入力信号を位相差 90 ° で 2分岐して第 1、 第 2の移相器に接続され、 他の一端が終端された 90° ハ イブリツド回路と、 第 1、 第 2の移相器の移相量を 0° または 1 80° に切り換 えて放射素子から右旋もしくは左旋円偏波を放射するよう制御する制御手段とを 具備し、 放射素子と、 第 1、 第 2の移相器と、 90° ハイブリッド回路と、 制御 手段とがそれぞれ複数個ァレイ状に配列されていることに特徴づけられる。  On the other hand, the circularly-polarized switched phased array antenna of the present invention has a radiating element having two feed points and radiating two linearly polarized waves orthogonal to each other, and a transfer element connected to each feed point of the radiating element. The first and second phase shifters with 180 ° phase amount and the input signal were split into two with a phase difference of 90 ° and connected to the first and second phase shifters, and the other end was terminated. A 90 ° hybrid circuit, and control means for switching the phase shift amounts of the first and second phase shifters to 0 ° or 180 ° so that the radiating element emits right-handed or left-handed circularly polarized waves. And a plurality of radiating elements, first and second phase shifters, a 90 ° hybrid circuit, and a plurality of control means are arranged in an array.
あるいは、 本発明の円偏波切換形フェーズドアレーアンテナは、 2個の給電点 を有しかつ互いに直交する 2つの直線偏波を放射する放射素子と、 4個の端子を 有しかつ第 1の端子に放射素子を励振させるための給電電力が与えられる 90° ハイブリッド回路と、 この 90° ハイブリッド回路の第 2の端子に結合された無 反射終端と、 一端が放射素子の一方の給電点に結合されるとともに他端が 90° ハイプリッド回路の第 3の端子に結合されかつ移相量が 1 80° である第 1の移 相器と、 一端が放射素子の他方の給電点に結合されるとともに他端が 90° ハイ プリッド回路の第 4の端子に結合されかつ移相量が 1 80° である第 2の移相器 と、 第 1、 第 2の移相器の移相量を 0° または 1 80° に切り換えて放射素子か ら右旋もしくは左旋円偏波を放射するよう制御する制御手段とを含むュニットを 複数具備し、 各ュニットがアレイ状に配列して構成されてもよい。 Alternatively, a circularly-polarized switched phased array antenna of the present invention includes a radiating element having two feed points and emitting two linearly polarized waves orthogonal to each other, a four-terminal terminal, and a first terminal. A 90 ° hybrid circuit in which power is supplied to the terminals to excite the radiating element, a non-reflective termination coupled to the second terminal of the 90 ° hybrid circuit, and one end coupled to one feed point of the radiating element A first phase shifter having the other end coupled to the third terminal of the 90 ° hybrid circuit and having a phase shift of 180 °; and one end coupled to the other feed point of the radiating element. The other end is coupled to the fourth terminal of the 90 ° hybrid circuit and the phase shift amount is 180 °, and the phase shift amount of the first and second phase shifters is 0 °. Or switch to 180 ° to radiate right-handed or left-handed circularly polarized light from the radiating element. Control unit for controlling A plurality may be provided and each unit may be arranged in an array.
いずれの場合でも、 制御手段は、 放射素子から放射される偏波として、 第 1、 第 2の移相器の移相量をともに 0 ° または 1 8 0 ° に切り換えて第 1の回転方向 の円偏波を生成し、 第 1、 第 2の移相器の移相量をそれぞれ 0 ° 、 1 8 0 ° また は 1 8 0 ° 、 0 ° に切り換えて第 1の回転方向と逆旋の円偏波を生成する。 これらの円偏波切換形フェーズドアレーアンテナは、 9 0 ° ハイブリッド回路 に縦続に結合されかつ制御手段で移相量が 1 8 0 ° Z 2 m となるよう制御される n ( nは自然数、 mは 1から nまでの異なる自然数) 個の第 3の移相器をさらに 備えていてもよい。 In either case, the control means switches both the phase shift amounts of the first and second phase shifters to 0 ° or 180 ° as the polarization radiated from the radiating element and changes the phase shift amount in the first rotational direction. Generate a circularly polarized wave and switch the phase shift amounts of the first and second phase shifters to 0 °, 180 °, 180 °, and 0 °, respectively, to switch the first rotation direction and the reverse rotation. Generate circular polarization. These circular polarized-wave換形phased array antenna, 9 0 ° n the phase shift amount in the coupled and control means in cascade hybrid circuit is controlled to be 1 8 0 ° Z 2 m ( n is a natural number, m May be different natural numbers from 1 to n) third phase shifters.
このように、 上記の円偏波切換形アンテナを 1ュニットとしてフェーズドアレ —アンテナを構成することにより、 交差偏波識別度が高い円偏波切換形フェーズ ドアレーアンテナを実現できる。  In this way, by configuring the phased array antenna with the above-described circularly polarized wave switching type antenna as one unit, a circularly polarized wave switching type phased array antenna having a high degree of cross polarization discrimination can be realized.
第 1および第 2の移相器の一構成例は、 スィッチドライン形移相器である。 こ れにより、 第 1、 第 2の移相器の電気特性を良好にできる。  One configuration example of the first and second phase shifters is a switched line type phase shifter. Thereby, the electrical characteristics of the first and second phase shifters can be improved.
また、 第 3の移相器の一構成例は、 ローデッドライン形移相器である。 これに より、 第 3の移相器の電気特性を良好にできる。  One configuration example of the third phase shifter is a loaded line type phase shifter. Thereby, the electrical characteristics of the third phase shifter can be improved.
前述した円偏波切換形フェーズドアレーアンテナでは、 各ユニットは、 二次元 状に配列されていてもよい。 これにより、 二次元のビーム方向電子走査を高い交 差偏波識別度で実現できる。  In the above-described circularly polarized wave switching type phased array antenna, each unit may be two-dimensionally arranged. Thus, two-dimensional electronic scanning in the beam direction can be realized with a high degree of cross polarization identification.
また、 前述した円偏波切換形は、 各ユニットに含まれる放射素子が形成された 層と、 各ユニットに含まれる第 1、 第 2の移相器が形成された層とを含む多層構 造を有するようにしてもよい。  The above-described circular polarization switching type has a multilayer structure including a layer on which a radiating element included in each unit is formed and a layer on which first and second phase shifters included in each unit are formed. May be provided.
また、 各ユニットに含まれる 9 0 ° ハイブリッド回路に対して給電電力を分配 供給する分配手段をさらに備え、 各ユニットに含まれる第 1、 第 2の移相器が形 成された層と、 分配手段が形成された層とを含む多層構造を有するようにしても よい。 図面の簡単な説明  Further, a distribution unit for distributing and supplying power to the 90 ° hybrid circuit included in each unit is further provided, and a layer in which the first and second phase shifters included in each unit are formed; It may have a multilayer structure including a layer on which the means are formed. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
図 1は、 本発明による円偏波切換形アンテナの第 1の実施の形態の構成を示す ブロック図である。 FIG. 1 shows the configuration of a first embodiment of a circularly polarized switching antenna according to the present invention. It is a block diagram.
図 2は、 図 8に示された円偏波切換形アンテナの逆旋円偏波放射電力の説明図 である。  FIG. 2 is an explanatory diagram of the reverse-circularly-polarized radiation power of the circularly-polarized switching antenna shown in FIG.
図 3は、 図 1に示された円偏波切換形アンテナの逆旋円偏波放射電力の説明図 である。  FIG. 3 is an explanatory diagram of the reverse-circularly polarized radiation power of the circularly polarized switching antenna shown in FIG.
図 4は、 本発明による円偏波切換形ァンテナの第 2の実施の形態の構成を示す ブロック図である。  FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a second embodiment of a circular polarization switching antenna according to the present invention.
図 5は、 本発明による円偏波切換形フェーズドアレ一アンテナの全体構成を示 すブロック図である。  FIG. 5 is a block diagram showing the entire configuration of a circularly polarized wave switching type phased array antenna according to the present invention.
図 6は、 アンテナ部の構造を示す分解図である。  FIG. 6 is an exploded view showing the structure of the antenna unit.
図 7は、 アンテナュニット層に形成された 1個のアンテナュニットの配置を示 す平面図である。  FIG. 7 is a plan view showing an arrangement of one antenna unit formed on the antenna unit layer.
図 8は、 従来の円偏波切換形アンテナの構成を示すプロック図である。 発明を実施するための最良の形態  FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a conventional circularly polarized wave switching type antenna. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
以下、 図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。 なお、 以下の説 明では、 アンテナが信号を送信する場合について述べるが、 アンテナが信号を受 信する場合でも、 可逆の理により動作原理は本質的に同じであることを予めこと わっておく。  Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the case where the antenna transmits a signal will be described. However, it should be noted that the principle of operation is essentially the same even when the antenna receives a signal due to the reversible reasoning.
(第 1の実施の形態)  (First Embodiment)
図 1は、 本発明による円偏波切換形アンテナの第 1の実施の形態の構成を示す ブロック図である。  FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a circularly polarized wave switching type antenna according to a first embodiment of the present invention.
放射素子 1 1は、 2個の給電点 1 1 aおよび 1 1 bを有する 2点給電形パッチ アンテナである。 放射素子 1 1から互いに直交する 2つの直線偏波が放射される ように、 各給電点 1 1 aおよび 1 1 bは放射素子 1 1の中心から約 9 0 ° をなす 方向に配置されている。  The radiating element 11 is a two-point feed type patch antenna having two feed points 11a and 11b. The feed points 11a and 11b are arranged in a direction at about 90 ° from the center of the radiating element 11 so that two linearly polarized waves orthogonal to each other are radiated from the radiating element 11. .
また、 放射素子 1 1は円形をしており、 各給電点 1 1 aおよび 1 1 bは放射素 子 1 1の外周上に配置されている。 ただし、 給電点 1 1 a, 1 1 bは放射素子 1 1の下面に配置されてもよい。 また、 放射素子 1 1の形状は、 円形に限らず、 正方形等の 90° 回転対称形で あればよい。 The radiating element 11 has a circular shape, and the feeding points 11 a and 11 b are arranged on the outer periphery of the radiating element 11. However, the feeding points 11 a and 11 b may be arranged on the lower surface of the radiating element 11. The shape of the radiating element 11 is not limited to a circle, but may be a 90 ° rotationally symmetrical shape such as a square.
90° ハイブリッド回路 1 3は、 4個の端子 1 3 a, 1 3 b, 1 3 c, 1 3 d を有しており、 次のような機能をもつ。 すなわち、 第 1の端子 1 3 aから電力が 入力されると、 第 3の端子 1 3 c側が第 4の端子 1 3 d側に対して 90° 位相進 みとなるように入力電力を二等分して、 同振幅の電力を端子 1 3 c, 1 3 dのそ れぞれから出力する。  The 90 ° hybrid circuit 13 has four terminals 13a, 13b, 13c, and 13d, and has the following functions. That is, when power is input from the first terminal 13a, the input power is divided by two so that the third terminal 13c side is advanced by 90 ° with respect to the fourth terminal 13d side. Then, power of the same amplitude is output from each of terminals 13c and 13d.
逆に、 端子 1 3 c, 1 3 dのそれぞれから電力が入力される場合、 端子 1 3 c 側の入力電力が端子 1 3 d側の入力電力に対して位相が 90° 進んでいると、 9 0° ハイブリッド回路 1 3はこれらの入力電力を合成して、 第 4の端子 1 3 b力 ら出力する。 これに対して、 端子 1 3 c側の入力電力が端子 1 3 d側の入力電力 に対して位相が 90° 遅れていると、 90° ハイブリッド回路 1 3はこれらの入 力電力を合成して、 端子 1 3 aから出力する。  Conversely, when power is input from each of the terminals 13c and 13d, if the input power at the terminal 13c is 90 ° ahead of the input power at the terminal 13d, The 90 ° hybrid circuit 13 combines these input powers and outputs the power from the fourth terminal 13 b. On the other hand, if the input power at terminal 13c is delayed 90 ° in phase from the input power at terminal 13d, the 90 ° hybrid circuit 13 combines these input powers. Output from terminal 13a.
このような機能を有する 90° ハイブリッド回路 1 3には、 例えばブランチラ イン形ハイプリッド回路および 3 dB結合線路形方向性結合器等がある。 また、 ラットレースリング回路の入出力端子に適切な線路長の伝送線路を付加すること により、 同等の機能を有する 90° ハイブリッド回路 1 3を構成することも可能 である。  The 90 ° hybrid circuit 13 having such a function includes, for example, a branch line type hybrid circuit and a 3 dB coupling line type directional coupler. Also, by adding a transmission line having an appropriate line length to the input / output terminal of the rat race ring circuit, a 90 ° hybrid circuit 13 having the same function can be configured.
90° ハイプリッド回路 1 3の端子 1 3 aには、 放射素子 1 1を励振させるた めの給電電力が与えられる。  Power supply power for exciting the radiating element 11 is supplied to the terminal 13 a of the 90 ° hybrid circuit 13.
また、 90° ハイブリッド回路 1 3の端子 1 3 bには、 無反射終端 14が結合 されている。 この無反射終端 14には、 90° ハイブリッド回路 1 3の端子 1 3 bと同じ特性インピーダンスに整合した膜抵抗を蒸着したものが用いられる。 こ の膜抵抗は、 例えば T a、 N i C r、 T iにより形成される。 なお、 ハンダ付け やコネクタ接続等により外付けされた無反射終端器を用いてもよい。  A non-reflective termination 14 is coupled to a terminal 13 b of the 90 ° hybrid circuit 13. The non-reflection terminal 14 is formed by depositing a film resistor matching the same characteristic impedance as the terminal 13 b of the 90 ° hybrid circuit 13. This film resistance is formed by, for example, Ta, NiCr, and Ti. A non-reflection terminator externally attached by soldering, connector connection, or the like may be used.
放射素子 1 1の給電点 1 1 aと 90° ハイプリッド回路 1 3の端子 1 3 cとの 間には、 移相量が 1 80° である移相回路 (第 1の移相器) 1 2 aが結合されて いる。 また、 放射素子 1 1の給電点 1 1 bと 90° ハイブリツド回路 1 3の端子 1 3 dとの間には、 移相量が 1 80° である移相回路 (第 2の移相器) 1 2 が 結合されている。 Between the feed point 11a of the radiating element 11 and the terminal 13c of the 90 ° hybrid circuit 13 is a phase shift circuit (first phase shifter) with a phase shift of 180 ° 1 2 a is connected. A phase shift circuit (second phase shifter) with a phase shift of 180 ° is provided between the feed point 11 b of the radiating element 11 and the terminal 13 d of the 90 ° hybrid circuit 13. 12 is Are combined.
移相回路 1 2 aには、 後述する制御回路 (図 5参照) から第 1の制御信号 s 2 1が与えられる。 同じく移相回路 1 2 bには、 第 2の制御信号 s 2 2が与えられ る。 各移相回路 1 2 a, 1 2 bはそれぞれ、 制御信号 s 2 1, s 2 2により状態 が制御される。  The phase shift circuit 12a is supplied with a first control signal s21 from a control circuit described later (see FIG. 5). Similarly, the second control signal s22 is supplied to the phase shift circuit 12b. The states of the phase shift circuits 12a and 12b are controlled by control signals s21 and s22, respectively.
すなわち、 移相回路 1 2 a, 1 2 bに与えられる制御信号 s 2 1, s 2 2力 S 「オフ (例えば、 論理レベル 「し」 ) 」 であるか 「オン (例えば、 論理レベル 「H」 ) 」 であるかにより、 給電電力が移相回路 1 2 a, 1 2 bを通過したとき の位相が 1 8 0 ° 変化する。 ここでは、 制御信号 s 2 1, s 2 2カ 「オフ」 であ るときの移相回路 1 2 a, 1 2 bの状態を 0 ° 状態とレ、い、 制御信号 s 2 1, s That is, the control signal s 2 1, s 22 2 applied to the phase shift circuits 12 a and 12 b S is “off” (for example, logic level “shi”) ”or“ on ”(for example, logic level“ H ”). The phase when the supplied power passes through the phase shift circuits 12a and 12b changes by 180 ° depending on whether the power supply power is “)” or “)”. Here, the state of the phase shift circuits 12a and 12b when the control signals s21 and s22 are "off" is referred to as the 0 ° state, and the control signals s21 and s
2 2力 S 「オン」 であるときの移相回路 1 2 a, 1 2 bの状態を 1 8 0 ° 状態とい 5。 22 The phase shifter 12a and 12b when the force S is ON is called the 180 ° state5.
次に、 図 1に示された円偏波切換形アンテナの動作を説明する。  Next, the operation of the circularly polarized wave switching type antenna shown in FIG. 1 will be described.
9 0 ° ハイプリッド回路 1 3の端子 1 3 aから入力された給電電力は、 端子 1 9 0 ° The power supplied from terminal 13 a of hybrid circuit 13 is supplied to terminal 1
3 c , 1 3 dに同振幅で二分配される。 ただし、 端子 1 3 cから出力される給電 電力は、 端子 1 3 dから出力される給電電力に対して、 位相が 9 0 ° 進んでいる。 3 c and 13 d are divided into two with the same amplitude. However, the feed power output from terminal 13c is 90 ° ahead of the feed power output from terminal 13d.
9 0 ° ハイプリッド回路 1 3で二分配された給電電力は、 それぞれ移相回路 1 2 a , 1 2 bを経て、 放射素子 1 1に入力される。 このとき、 放射素子 1 1から 放射される偏波は、 移相回路 1 2 a, 1 2 bそれぞれの状態の組合わせにより、 以下のように分類される。  The feed power divided into two by the 90 ° hybrid circuit 13 is input to the radiating element 11 via the phase shift circuits 12a and 12b, respectively. At this time, the polarized waves radiated from the radiating element 11 are classified as follows according to the combination of the states of the phase shift circuits 12a and 12b.
① まず、 移相回路 1 2 aおよび 1 2 bがともに 0 ° 状態の場合である。 このと き、 給電点 1 1 aに入力される給電電力は、 給電点 1 1 bに入力される給電電力 と比べて、 位相が 9 0 ° 進んでいる。  (1) First, the case where both the phase shift circuits 12a and 12b are in the 0 ° state. At this time, the power supplied to the power supply point 11a is advanced 90 ° in phase from the power supplied to the power supply point 11b.
放射素子 1 1上には、 給電点 1 1 aから中心に向かって電流 I aが流れる。 同 じく、 給電点 1 1 bから中心に向かって電流 I bが流れる。 各電流 I a, I の 流れる方向は、 ほぼ直交している。 また、 電流 I aの位相は電流 I bよりも 9 0 ° 進んでいる。  On the radiating element 11, a current Ia flows from the feeding point 11a toward the center. Similarly, current Ib flows from feed point 11b toward the center. The directions in which the currents Ia and I flow are almost orthogonal. The phase of the current Ia is ahead of the current Ib by 90 °.
このため、 放射素子 1 1からは右旋円偏波が放射される (ただし、 放射方向を 紙面裏側から表側とする。 以下、 同じ) 。 このときの放射位相を右旋円偏波の基 準位相として 0° と決める。 For this reason, the right-handed circularly polarized wave is radiated from the radiating element 11 (however, the radiation direction is from the back side of the paper to the front side; the same applies hereinafter). The radiation phase at this time is based on the right-handed circular polarization. Determine 0 ° as the quasi-phase.
② 次に、 移相回路 1 2 aおよび 1 2 bがともに 1 80° 状態の場合である。 こ とのき、 給電点 1 1 aに入力される給電電力は、 給電点 1 1 bに入力される給電 電力と比べて、 やはり位相が 90° 進んでいる。 したがって、 この場合も放射素 子 1 1からは右旋円偏波が放射される。 ただし、 放射位相は前記①の基準位相に 対して 180° シフトしている。  ② Next, the case where both the phase shift circuits 12a and 12b are in the 180 ° state. At this point, the phase of the feed power input to feed point 11a is also 90 ° ahead of the feed power input to feed point 11b. Therefore, also in this case, the radiating element 11 emits right-handed circularly polarized light. However, the radiation phase is shifted by 180 ° with respect to the reference phase of ①.
③ 次いで、 移相回路 1 2 aが 1 80° 状態で、 移相回路 1 2 bが 0° 状態の場 合である。 このとき、 給電点 1 1 aに入力される給電電力は、 給電点 1 1 bに入 力される給電電力と比べて、 位相が 90° 遅れることになる。 このため、 放射素 子 1 1からは左旋円偏波が放射される。 このときの放射位相を左旋円偏波の基準 位相として 0° と決める。  ③ Next, the case where the phase shift circuit 12a is in the 180 ° state and the phase shift circuit 12b is in the 0 ° state. At this time, the power supplied to power supply point 11a is delayed by 90 ° in phase from the power supplied to power supply point 11b. For this reason, radiating element 11 radiates left-hand circularly polarized light. The radiation phase at this time is determined to be 0 ° as the reference phase of left-hand circular polarization.
④ 最後に、 移相回路 1 2 aが 0 ° 状態で、 移相回路 1 2 bが 1 80 ° 状態の場 合である。 ことのき、 給電点 1 1 aに入力される給電電力は、 給電点 1 1 bに入 力される給電電力と比べて、 やはり位相が 90° 遅れることになる。 したがって、 放射素子 1 1からは左旋円偏波が放射される。 ただし、 放射位相は前記③の基準 位相に対して 1 80° シフトしている。  ④ Finally, this is the case when the phase shift circuit 12a is at 0 ° and the phase shift circuit 12b is at 180 °. In other words, the power supplied to the power supply point 11a is delayed by 90 ° from the power supplied to the power supply point 11b. Therefore, radiating element 11 emits left-hand circularly polarized light. However, the radiation phase is shifted by 180 ° with respect to the reference phase in ③ above.
ここで示した移相回路 1 2 a, 1 2 bの状態と、 放射素子 1 1力 放射される 円偏波の状態との関係を表 1に示す。  Table 1 shows the relationship between the states of the phase shift circuits 12a and 12b shown here and the state of the circularly polarized wave radiated by the radiating element 11.
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このように、 2つの 1 80° 移相回路 1 2 a, 1 2 bの動作を制御すれば、 そ の移相量の組合わせにより、 放射素子 1 1の放射を 0° 右旋円偏波、 1 80° 右 旋円偏波、 0° 左旋円偏波、 1 80° 左旋円偏波のそれぞれに切り換えることが できる。 このように、 移相回路 1 2 a, 1 2 bと 90° ハイブリツド回路 1 3と により、 円偏波切換機能と 1 80° 移相回路の機能とを併せて実現できる。 In this way, by controlling the operation of the two 180 ° phase shift circuits 12a and 12b, the radiation of the radiating element 11 can be changed to 0 ° right-handed circularly polarized by the combination of the phase shift amounts. , 180 ° right-handed circular polarization, 0 ° left-handed circular polarization, and 180 ° left-handed circular polarization it can. In this manner, the circular polarization switching function and the function of the 180 ° phase shift circuit can be realized together by the phase shift circuits 12a and 12b and the 90 ° hybrid circuit 13.
なお、 図 1に示した形態では、 1 80° 移相回路 1 2 a, 1 2 bがともに 0° 状態または 1 80° 状態のとき右旋円偏波 (第 1の回転方向の円偏波) となり、 どちらか一方のみが 0° 状態で他方が 1 80° 状態のときは左旋円偏波 (第 1の 回転方向と逆旋の円偏波) であったが、 無反射終端 14の挿入位置を変えれば 1 80° 移相回路 1 2 a, 1 2 bの状態と偏波の関係は変えられる。 すなわち、 無 反射終端 14を 90° ハイプリッド回路 1 3の端子 1 3 aに接続し、 電力を端子 13 bから入力すれば、 1 80° 移相回路 1 2 a, 1 2 bがともに 0 ° 状態また は 180° 状態のとき左旋円偏波 (第 1の回転方向の円偏波) となり、 どちらか —方のみが 0° 状態で他方が 1 80° 状態のときは右旋円偏波 (第 1の回転方向 と逆旋の円偏波) となる。  In the configuration shown in FIG. 1, when both the 180 ° phase shift circuits 12 a and 12 b are in the 0 ° state or the 180 ° state, the right-handed circularly polarized wave (the circularly polarized wave in the first rotational direction) When only one of them is at 0 ° and the other is at 180 °, it is left-handed circularly polarized (circularly polarized in the opposite direction to the first rotation direction). By changing the position, the relationship between the states of the 180 ° phase shifters 12a and 12b and the polarization can be changed. That is, if the reflectionless termination 14 is connected to the terminal 13a of the 90 ° hybrid circuit 13 and power is input from the terminal 13b, the 180 ° phase shift circuits 12a and 12b are both in the 0 ° state. Or, when it is in the 180 ° state, it becomes left-handed circularly polarized light (circularly polarized light in the first rotation direction). When only one of them is in the 0 ° state and the other is in the 180 ° state, it is right-handed circularly polarized ( (Circularly polarized wave with opposite rotation to the rotation direction of 1).
放射素子 1 1に給電された電力は、 そのほとんどが右旋または左旋円偏波とし て放射される。 し力 し、 放射素子 1 1と、 各給電点 1 1 a, 1 1 bに連なる伝送 線路との不整合により、 給電電力の一部は放射素子 1 1から伝送線路へと反射さ れる。 ここで、 給電点 1 1 aで反射された電力を第 1の反射電力といい、 給電点 1 1 bで反射された電力を第 2の反射電力という。  Most of the power supplied to the radiating element 11 is radiated as right-handed or left-handed circularly polarized light. However, due to the mismatch between the radiating element 11 and the transmission lines connected to the feed points 11a and 11b, part of the feed power is reflected from the radiating element 11 to the transmission line. Here, the power reflected at the feed point 11a is called first reflected power, and the power reflected at the feed point 11b is called second reflected power.
図 1に示された円偏波切換形アンテナにおける第 1, 第 2の反射電力のふるま いについて、 移相回路 1 2 a, 1 2 bがともに 0° 状態または 1 80° 状態の場 合を例にとって説明する。  Regarding the behavior of the first and second reflected powers in the circularly polarized wave switching type antenna shown in Fig. 1, when the phase shift circuits 12a and 12b are both in the 0 ° state or in the 180 ° state Will be described as an example.
前述したように、 90° ハイプリッド回路 1 3の端子 1 3 cから出力される給 電電力は、 端子 1 3 dから出力される給電電力よりも、 位相が 90° 進んでいる。 したがって、 第 1の反射電力の位相は第 2の反射電力の位相よりも 90° 進んで いる。 このため、 第 1および第 2の反射電力が合成された反射電力は、 90° ハ イブリッド回路 1 3の端子 1 3 bから出力される。  As described above, the power supplied from the terminal 13 c of the 90 ° hybrid circuit 13 has a phase that is 90 ° ahead of the power supplied from the terminal 13 d. Therefore, the phase of the first reflected power is ahead of the phase of the second reflected power by 90 °. Therefore, the reflected power obtained by combining the first and second reflected powers is output from the terminal 13 b of the 90 ° hybrid circuit 13.
この端子 1 3 bから出力された反射電力は、 そのほとんどが無反射終端 14に より吸収される。 このため、 再び端子 1 3 bに返される電力は極めて小さい。 し たがって、 第 1および第 2の反射電力が交差偏波成分となって再放射されること を抑制できる。 このため、 図 1に示された円偏波切換形アンテナでは、 図 8に示 された従来の円偏波切換形アンテナよりも、 高い交差偏波識別度を得られる。 このような特性をもつ円偏波切換形アンテナは、 例えば直交両円偏波を切り換 えながら使用するマイクロ波通信、 衛星通信および円偏波を用いたレーダ装置等 に使用できる。 Most of the reflected power output from the terminal 13 b is absorbed by the non-reflection terminal 14. Therefore, the power returned to terminal 13b again is extremely small. Therefore, re-radiation of the first and second reflected powers as cross-polarized components can be suppressed. For this reason, the circularly-polarized switching antenna shown in FIG. Higher cross polarization discrimination can be obtained than the conventional circularly polarized switching antenna. The circularly polarized wave switching type antenna having such characteristics can be used for, for example, microwave communication, satellite communication, and a radar device using circularly polarized waves which are used while switching between orthogonal circularly polarized waves.
なお、 図 1のブロック図においては、 放射素子 1 1と移相回路 1 2 a, 1 2 b、 90° ハイプリッド回路 1 3、 無反射終端 14がすべて平面上に描かれている力 実際に製作する際にこれらを同一平面上に形成する必要はなく、 これらを別の層 に形成して積層し、 層間を結合スロッ トまたはスルーホール、 給電ピン等により 接続しても本発明は有効である。 例えば、 放射素子 1 1が形成された層と移相回 路 1 2 a, 1 2 b、 90° ハイブリツド回路 1 3および無反射終端 14が形成さ れた層を積層し、 前述の結合手段すなわち結合スロッ トまたはスルーホール、 給 電ピン等により層間を接続しても本発明は有効である。  In the block diagram of Fig. 1, the radiating element 11 and the phase shift circuits 12a and 12b, the 90 ° hybrid circuit 13 and the non-reflective termination 14 are all drawn on a plane. It is not necessary to form them on the same plane when forming them, and the present invention is effective even if these are formed in different layers and laminated, and the layers are connected by coupling slots or through holes, power supply pins, etc. . For example, the layer on which the radiating element 11 is formed and the layer on which the phase shift circuits 12a and 12b, the 90 ° hybrid circuit 13 and the non-reflection termination 14 are formed are laminated, and the aforementioned coupling means, namely, The present invention is effective even if the layers are connected by coupling slots or through holes, power supply pins, or the like.
また、 放射素子 1 1としてはパッチアンテナに限らず、 ダイポールアンテナ、 スロットアンテナを用いてもよい。  Further, the radiating element 11 is not limited to a patch antenna, but may be a dipole antenna or a slot antenna.
次に、 図 1に示された円偏波切換形アンテナの効果を、 具体的数値を用いて説 明する。  Next, the effects of the circularly-polarized switching antenna shown in Fig. 1 will be described using specific numerical values.
説明の前提として、 放射素子単体の交差偏波識別度を 30 d B、 その反射係数 を一 20 d B (VSWR 1. 22) とし、 図 1における無反射終端 14の反射係 数を一 20 dB (VSWR 1. 22) とする。  It is assumed that the cross-polarization discrimination of a single radiating element is 30 dB and its reflection coefficient is 20 dB (VSWR 1.22), and that the reflection coefficient of the non-reflection end 14 in Fig. 1 is 20 dB. (VSWR 1.22).
なお簡単のため、 以下では、 伝送線路および移相回路、 90° ハイブリッド回 路、 放射素子等のデバイスはすべて無損失であり、 90° ハイブリッド回路は理 想的な反射特性、 通過位相特性、 アイソレーション特性を有しているという仮定 で説明を進める。  For simplicity, the transmission line, phase shift circuit, 90 ° hybrid circuit, radiating element, and other devices are all lossless, and the 90 ° hybrid circuit has ideal reflection characteristics, pass-phase characteristics, The explanation will proceed on the assumption that it has the characterization characteristics.
図 1に示された円偏波切換形ァンテナと対比するために、 まず図 8に示された 従来の円偏波切換形アンテナの逆旋円偏波放射電力について図 2を参照しながら 説明する。  First, in order to compare with the circularly-polarized switching antenna shown in FIG. 1, the reverse circularly polarized radiation power of the conventional circularly-polarized switched antenna shown in FIG. 8 will be described with reference to FIG. .
図 2 (a) は 90 ° ハイブリツド回路 1 1 3の端子 1 1 3 aへの給電電力入力 から、 端子 1 1 3 bからの反射電力出力までの電力の流れを示している。 また、 図 2 (b) は 90° ハイブリツド回路 1 1 3の端子 1 1 3 bへの再入力から、 放 射素子 1 1 1による再放射までの電力の流れを示している。 Fig. 2 (a) shows the flow of power from the power supply input to terminal 113a of the 90 ° hybrid circuit 113 to the reflected power output from terminal 113b. Figure 2 (b) shows the output from the re-input to terminal 113 b of the 90 ° hybrid circuit 113. The flow of power up to re-radiation by the radiating element 111 is shown.
切換回路 1 19の端子 1 19 aから入力される給電電力を 0 dB (基準) と置 く。 この給電電力は切換回路 1 19の端子 1 1 1 bを経て、 90° ハイブリッド 1 13により— 3 d Bづつに分配され、 放射素子 1 1 1の各給電点 1 1 1 a, 1 1 1 bに供給される。 そして、 放射素子 1 1 1上で合成されることにより、 放射 素子 1 1 1から約 O dB (正確には放射素子 1 1 1内の熱損失および反射損失等 により、 O dBよりやや低い) の主円偏波が放射される。  Set the power supplied from terminal 119a of switching circuit 119 to 0 dB (reference). This power supply is passed through the terminal 1 1 1b of the switching circuit 1 19 and distributed by the 90 ° hybrid 1 13 in 3 dB units. Each power supply point 1 1 1a, 1 1 1b of the radiating element 1 1 1 Supplied to Then, by being combined on the radiating element 111, the radiating element 111 has approximately O dB (slightly lower than O dB due to heat loss and reflection loss in the radiating element 111). The main circular polarization is emitted.
また同時に、 放射素子 1 1 1自体の特性により、 _30 dB相当の逆旋円偏波 (交差偏波) が発生する。  At the same time, due to the characteristics of the radiating element 111, a counter-rotating circular polarization (cross polarization) equivalent to _30 dB occurs.
一方、 放射素子 1 1 1と伝送線路との不整合により給電点 1 1 1 a、 1 1 1 b のそれぞれにおいて一 23 d Bの反射電力が発生する。 これらの反射電力は 90 。 ハイブリッド回路 1 13により合成されて、 一 20 d Bの電力となって端子 1 13 bから切換回路 1 19の端子 1 1 9 cへと出力される。  On the other hand, due to the mismatch between the radiating element 111 and the transmission line, a reflected power of 123 dB is generated at each of the feeding points 111a and 111b. Their reflected power is 90. The power is combined by the hybrid circuit 113 to produce power of 120 dB, which is output from the terminal 113 b to the terminal 119 c of the switching circuit 119.
ところが、 切換回路 1 19の端子 1 19 cはオフの状態、 つまり遮断された状 態となつている。 このため、 _ 20 d Bの電力は全反射されて、 そのまま 90° ハイプリッド回路 1 13の端子 1 13 bへと再入力され、 放射素子 1 1 1の各給 電点 1 1 1 a, 1 1 1 bに再供給される。 その結果、 放射素子 1 1 1と伝送線路 の不整合に基づく逆旋円偏波 (交差偏波) の放射電力は— 20 dBとなる。  However, the terminal 119c of the switching circuit 119 is in the off state, that is, the cutoff state. Therefore, the power of _20 dB is totally reflected and re-input to the terminal 113 b of the 90 ° hybrid circuit 113 as it is, and the respective power supply points 1 1 1 a and 1 1 of the radiating element 1 1 1 Resupplied to 1b. As a result, the radiation power of counter-rotating circularly polarized light (cross polarization) based on the mismatch between the radiating element 111 and the transmission line is -20 dB.
したがって、 従来の円偏波切換形アンテナによる総合的な逆旋円偏波放射電力 は、 放射素子 1 1 1単体の性能に基づく放射電力 (一 3 O dB) と、 放射素子 1 11と伝送線路の不整合に基づく放射電力 (一 2 O dB) の和となり、 約— 19. 5 dB (正確には両者の位相関係により総合的な逆旋円偏波放射電力は増減す る) となる。  Therefore, the total reverse circularly polarized radiation power of the conventional circularly polarized switching antenna is the radiation power (13 O dB) based on the performance of the radiating element 111 and the radiating element 111 and the transmission line. It is the sum of the radiated power (1 2 O dB) based on the mismatch between the two, and is about -19.5 dB (to be precise, the total inverse circularly polarized radiated power increases or decreases depending on the phase relationship between the two).
次いで、 図 1に示された円偏波切換形アンテナの逆旋円偏波放射電力について 図 3を参照しながら説明する。  Next, the reverse-circularly-polarized radiation power of the circularly-polarized switching antenna shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.
図 3 (a) は 90° ハイブリッド回路 1 3の端子 13 aへの給電電力入力から、 端子 13 bからの反射電力出力までの電力の流れを示している。 また、 図 3  FIG. 3A shows the flow of power from the power supply input to the terminal 13a of the 90 ° hybrid circuit 13 to the reflected power output from the terminal 13b. Figure 3
(b) は 90° ハイブリツド回路 13の端子 13 bへの再入力から、 放射素子 1 1による再放射までの電力の流れを示している。 ここでも 90° ハイプリッド回路 1 3の端子 1 3 aから入力される給電電力を 0 d B (基準) と置く。 この給電電力は 90° ハイブリッド 1 3により一 3 d B づつに分配され、 1 80° 移相回路 1 2 a, 1 2 bを経て、 放射素子 1 1の各給 電点 1 1 a, 1 1 bに供給される。 そして、 従来の円偏波切換形アンテナと同様 に、 放射素子 1 1から約 0 dBの主円偏波が放射されるとともに、 一 30 dB相 当の逆旋円偏波 (交差偏波) が発生する。 (b) shows the power flow from re-input to the terminal 13 b of the 90 ° hybrid circuit 13 to re-radiation by the radiating element 11. Here, the power supplied from the terminal 13a of the 90 ° hybrid circuit 13 is set to 0 dB (reference). This power is distributed by the 90 ° hybrid 13 in 13 dB increments, passes through the 180 ° phase shifters 12 a, 12 b, and passes through the power supply points 11 a, 1 1 of the radiating element 11. supplied to b. As in the case of the conventional circularly polarized switching antenna, the radiating element 11 emits a main circularly polarized wave of about 0 dB, and a reverse circularly polarized wave (cross polarization) equivalent to 30 dB. appear.
—方、 放射素子 1 1と伝送線路との不整合により給電点 1 1 a、 l i bのそれ ぞれにおいて— 23 dBの反射電力が発生する。 これらの反射電力は 90° ハイ プリッド回路 1 3により合成されて、 一 20 d Bの電力となって端子 1 3 から 無反射終端 14へと出力される。  On the other hand, due to the mismatch between the radiating element 11 and the transmission line, reflected power of 23 dB is generated at each of the feed points 11a and lib. These reflected powers are combined by the 90 ° hybrid circuit 13 and output as one 20 dB power from the terminal 13 to the reflectionless termination 14.
図 1に示された円偏波切換形アンテナでは、 この一 20 d Bの電力の多くが無 反射終端 14により吸収され、 — 20— 20=— 40 d Bの電力のみが 90° ノヽ イブリッド回路 1 3の端子 1 3 bへと再入力され、 放射素子 1 1の各給電点 1 1 a, 1 1 bに再供給される。 その結果、 放射素子 1 1と伝送線路の不整合に基づ く逆旋円偏波 (交差偏波) の放射電力は一 40 dBとなる。  In the circularly-polarized switched antenna shown in Fig. 1, much of this 20 dB power is absorbed by the non-reflective termination 14, and only — 20—20 = —40 dB power is transmitted through the 90 ° hybrid circuit. The signal is re-input to the terminal 13 b of 13 and fed back to the feed points 11 a and 11 b of the radiating element 11. As a result, the radiation power of counter-rotating circular polarization (cross polarization) based on the mismatch between the radiating element 11 and the transmission line is 140 dB.
したがって、 図 1に示された円偏波切換形アンテナによる総合的な逆旋円偏波 放射電力は、 放射素子 1 1単体の性能に基づく放射電力 (― 30 dB) と、 放射 素子 1 1と伝送線路の不整合に基づく放射電力 (― 40 d B) の和となり、 約— 29. 5 dB (これも正確には両者の位相関係により総合的な逆旋円偏波放射電 力は増減する) となる。  Therefore, the total counter-rotating circularly radiated power from the circularly polarized switching antenna shown in Fig. 1 is the radiated power (-30 dB) based on the performance of the radiating element 11 alone and the radiating element 11 The sum of the radiated power (-40 dB) due to the transmission line mismatch is about 29.5 dB (to be exact, the total counter-rotating circularly polarized radiated power increases or decreases due to the phase relationship between the two.) ).
このように、 図 1に示された円偏波切換形アンテナを用いることにより逆旋円 偏波放射電力を低減できるので、 従来よりも優れた交差偏波識別度を得られるこ とがわかる。  Thus, by using the circularly-polarized switching antenna shown in Fig. 1, it is possible to reduce the counter-circularly-polarized radiation power, so that it is possible to obtain a better cross-polarization discrimination degree than in the past.
(第 2の実施の形態)  (Second embodiment)
図 4は、 本発明による円偏波切換形ァンテナの第 2の実施の形態の構成を示す ブロック図である。 図 4に示された円偏波切換形アンテナは、 図 1に示された円 偏波切換形ァンテナの 90° ハイプリッド回路 1 3の端子 1 3 aに、 3個の移相 回路 (第 3の移相器) 16 a, 1 6 b, 1 6 cが縦続に結合されたものである。 各移相回路 1 6 a〜l 6 cの移相量はそれぞれ 90° 、 45° 、 22. 5° で ある。 各移相回路 1 6 a〜l 6 cにも、 各移相回路 1 2 a, 1 2 bと同様に、 後 述する制御回路 (図 5参照) から第 3の制御信号 s 23, s 24, s 25がそれ ぞれ与えられる。 そして、 各移相回路 1 6 a〜l 6 cはそれぞれ、 制御信号 s 2 3〜s 25により状態が制御される。 FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a second embodiment of a circular polarization switching antenna according to the present invention. The circularly-polarized switching antenna shown in Fig. 4 is connected to the 90 ° hybrid circuit 13 terminal 13a of the circularly-polarized antenna shown in Fig. Phase shifter) 16a, 16b, 16c are cascaded. The phase shift amounts of the phase shift circuits 16a to 16c are 90 °, 45 °, and 22.5 °, respectively. is there. Similarly to the phase shift circuits 12a and 12b, the third control signals s23 and s24 from the control circuit (see FIG. 5) described later are also applied to the phase shift circuits 16a to 16c. , s 25, respectively. The state of each of the phase shift circuits 16a to 16c is controlled by control signals s23 to s25, respectively.
図 4において、 放射素子 1 1を除く、 移相回路 1 2 a, 1 2 b, 1 6 a〜1 6 cと、 90° ハイブリツド回路 1 3と、 無反射終端 14とにより、 偏波切換移相 器 1 7が構成される。  In FIG. 4, except for the radiating element 11, the polarization switching is performed by the phase shift circuits 12 a, 12 b, 16 a to 16 c, the 90 ° hybrid circuit 13, and the non-reflection termination 14. Compensator 17 is configured.
前述したように、 移相回路 1 2 a, 1 2 bと 90° ハイブリツド回路 1 3とに より、 円偏波切換機能とともに、 1 80° 移相回路の機能をも併せて実現できる。 したがって、 図 4に示された円偏波切換形アンテナは、 4ビットのディジタル移 相器を内包しているといえる。 このため、 22. 5° ステップの任意の位相をも つた右旋 Z左旋円偏波を放射することができる。  As described above, the phase shift circuits 12a and 12b and the 90 ° hybrid circuit 13 can realize the function of the 180 ° phase shift circuit in addition to the function of switching the circular polarization. Therefore, it can be said that the circularly-polarized switching antenna shown in FIG. 4 includes a 4-bit digital phase shifter. Therefore, it is possible to radiate right-handed and left-handed circularly polarized waves with an arbitrary phase of 22.5 ° steps.
なお、 90° ハイブリッド回路 1 3の端子 1 3 aに結合される移相回路 1 6 a 〜1 6 cの数は、 3個に限定されない。 すなわち、 n (nは自然数) 個の移相回 路が結合されてもよい。  Note that the number of phase shift circuits 16 a to 16 c coupled to the terminal 13 a of the 90 ° hybrid circuit 13 is not limited to three. That is, n (n is a natural number) phase shift circuits may be combined.
この場合、 90° ハイブリッド回路 1 3の端子 1 3 aに結合される各移相回路 の移相量は 1 80° Z2m に設定される。 ここで、 mは 1から nまでの異なる自 然数である。 例えば、 n== lのとき、 m= lであり、 移相回路の移相量は 90° に設定される。 また、 n = 4のとき、 m= l, 2, 3, 4であり、 各移相回路の 移相量はそれぞれ 90° , 45° , 22. 5° , 1 1. 25° に設定される。 このように各移相回路の移相量を設定すると、 円偏波切換形アンテナは n+ 1 ビットのディジタル移相器を内包することになる。 したがって、 放射位相を 36 0° 2n + 1 ステップで制御できるようになる。 In this case, the phase shift amount of each phase shift circuit coupled to terminal 13a of 90 ° hybrid circuit 13 is set to 180 ° Z2 m . Where m is a different natural number from 1 to n. For example, when n == l, m = l, and the phase shift amount of the phase shift circuit is set to 90 °. Also, when n = 4, m = 1, 2, 3, and 4, and the phase shift amount of each phase shift circuit is set to 90 °, 45 °, 22.5 °, 11.25 °, respectively. . When the phase shift amount of each phase shift circuit is set in this way, the circularly polarized wave switching type antenna includes an n + 1 bit digital phase shifter. Therefore, the radiation phase can be controlled in 360 ° 2 n + 1 steps.
(第 3の実施の形態)  (Third embodiment)
次に、 図 4に示された円偏波切換形アンテナを用いて、 フェーズドアレーアン テナを構成した形態について説明する。  Next, an embodiment in which a phased array antenna is configured by using the circularly polarized wave switching type antenna shown in FIG. 4 will be described.
図 5は、 本発明による円偏波切換形フェーズドアレーアンテナの全体構成を示 すブロック図である。 図 5に示されたフェーズドアレーアンテナは、 M (Mは 2 以上の整数) 個のアンテナュニット 1 0を有している。 各アンテナュニット 1 0 は、 図 4に示された円偏波切換形アンテナにより構成されている。 FIG. 5 is a block diagram showing an overall configuration of a circularly-polarized-switching phased array antenna according to the present invention. The phased array antenna shown in FIG. 5 has M (M is an integer of 2 or more) antenna units 10. Each antenna unit 1 0 Is constituted by the circularly polarized wave switching type antenna shown in FIG.
各アンテナユニット 1 0は分配合成器 (分配手段) 3 0に結合されている。 こ の分配合成器 3 0には、 各アンテナユニット 1 0の放射素子 1 1を励振させるた めの給電電力が与えられている。 分配合成器 3 0は、 入力された給電電力を各ァ ンテナュニット 1 0に分配して、 各アンテナュニット 1 0の偏波切換移相器 1 7 に出力するものである。  Each antenna unit 10 is coupled to a distribution combiner (distribution means) 30. The power supply for exciting the radiating element 11 of each antenna unit 10 is given to the distributor / combiner 30. The distributing / combining unit 30 distributes the input power supply to each antenna unit 10 and outputs the same to the polarization switching phase shifter 17 of each antenna unit 10.
また、 各アンテナュニット 1 0の偏波切換移相器 1 7は、 制御回路 (制御手 段) 2 0の出力側に接続されている。 制御回路 2 0は各アンテナユニット 1 0の 各移相回路 1 2 a, 1 2 b , 1 6 a〜l 6 cに対して、 前述した制御信号 s 2 1 〜 s 2 5を与えるものである。 制御信号 s 2 1〜 s 2 5を合わせて、 制御信号 s 2とレヽう。  The polarization switching phase shifter 17 of each antenna unit 10 is connected to the output side of a control circuit (control means) 20. The control circuit 20 gives the above-described control signals s 21 to s 25 to the phase shift circuits 12 a, 12 b, 16 a to 16 c of each antenna unit 10. . The control signals s2 1 to s25 are combined to form a control signal s2.
この制御回路 2 0はトランジスタ回路により形成される。  This control circuit 20 is formed by a transistor circuit.
これら M個のアンテナュニット 1 0と制御回路 2 0と分配合成器 3 0とにより、 アンテナ部 1が構成される。  The antenna unit 1 is composed of the M antenna units 10, the control circuit 20, and the distributor / combiner 30.
さらに、 制御回路 2 0はアンテナ部 1を制御する制御装置 2に接続されている。 この制御装置 2には円偏波の回転方向が設定されている。 この設定は切り換え 可能である。  Further, the control circuit 20 is connected to a control device 2 that controls the antenna unit 1. The rotation direction of the circularly polarized wave is set in the control device 2. This setting can be switched.
また、 制御装置 2には、 各アンテナュニット 1 0の放射素子 1 1の位置と、 使 用周波数とが予め設定されている。 この位置と周波数とに基づいて、 放射ビーム を所望の方向に向けるのに最適な移相量を、 M個のアンテナュニット 1 0毎にそ れぞれ計算する。 そして、 その計算結果に偏波方向を加味し、 さらに設定切換の タイミングも含めた制御データ s 1を、 制御回路 2 0に出力する。  In the control device 2, the position of the radiating element 11 of each antenna unit 10 and the working frequency are set in advance. Based on the position and the frequency, an optimal phase shift amount for directing the radiation beam in a desired direction is calculated for each of the M antenna units 10. Then, the control data s1 including the polarization direction is added to the calculation result and the control data s1 including the setting switching timing is output to the control circuit 20.
制御回路 2 0は、 データ分配回路、 データラッチ回路等の論理回路と、 必要に 応じて電流源または電圧源とにより構成され、 制御装置 2と各アンテナュニット 1 0に含まれる各移相回路 1 2 a, 1 2 b , 1 6 a〜l 6 cの入力側に接続され ている。  The control circuit 20 includes a logic circuit such as a data distribution circuit and a data latch circuit, and a current source or a voltage source as necessary. The control device 2 and each phase shift circuit included in each antenna unit 10 It is connected to the input side of 12a, 12b, 16a to 16c.
制御回路 2 0は、 制御装置 2から入力された制御データ s 1に基づいた設定値 および切換タイミングにより、 各移相回路 1 2 a, 1 2 b, 1 6 a〜 1 6 cを駆 動するに十分な電流もしくは電圧を有する制御信号 s 2を分配 ·供給する。 前述した制御信号 s 2が 「オン」 であるか 「オフ」 であるかにより、 各移相回 路 1 2 a, 1 2 b , 1 6 a〜l 6 cの状態が変化する。 そして、 各移相回路 1 2 a , 1 2 b , 1 6 a〜l 6 cがいずれの状態であるかにより、 アンテナユニット 1 0の偏波方向と移相量が決定される。 The control circuit 20 drives each of the phase shift circuits 12a, 12b, 16a to 16c with a set value and a switching timing based on the control data s1 input from the control device 2. Distribute and supply a control signal s 2 having a current or voltage sufficient for The state of each of the phase shift circuits 12a, 12b, 16a to 16c changes depending on whether the above-mentioned control signal s2 is "on" or "off". The direction of polarization and the amount of phase shift of the antenna unit 10 are determined according to the state of each of the phase shift circuits 12a, 12b, 16a to 16c.
一方、 分配合成器 3 0は、 入力された給電電力を分配して、 各アンテナュニッ ト 1 0に出力する。 各アンテナュニット 1 0は、 前述した設定に基づいた放射を 行ない、 所望の方向に放射ビームが形成される。  On the other hand, the distributing / combining unit 30 distributes the input power supply and outputs it to each antenna unit 10. Each antenna unit 10 radiates based on the above-described settings, and a radiation beam is formed in a desired direction.
前述したように、 図 4に示された円偏波切換形アンテナは優れた交差偏波識別 度を有しているので、 この円偏波切換形アンテナを用いてフェーズドアレーアン テナを構成することにより、 円偏波の回転方向を切り換えることができ、 しかも 交差偏波識別度が高いフェーズドアレーアンテナを実現できる。  As described above, the circularly-polarized switched antenna shown in Fig. 4 has excellent cross-polarization discrimination, so a phased array antenna should be constructed using this circularly-polarized switched antenna. Thus, the direction of rotation of circularly polarized waves can be switched, and a phased array antenna with high cross polarization discrimination can be realized.
ここでは図 4に示された円偏波切換形アンテナを用いて、 フェーズドアレーア ンテナを構成した場合について説明した。 し力 し、 図 1に示された円偏波切換形 ァンテナを用いてフェーズドアレーアンテナを構成しても同様の効果が得られる ことは言うまでもない。  Here, the case where the phased array antenna is configured using the circularly polarized switching antenna shown in FIG. 4 has been described. However, it goes without saying that a similar effect can be obtained even if a phased array antenna is configured using the circularly polarized switching antenna shown in FIG.
このような特†¾をもつ円偏波切換形フェーズドアレーアンテナは、 例えば直交 両円偏波を切り換えながら使用するマイクロ波通信、 衛星通信および円偏波を用 いたレーダ装置等に使用できる。  The circularly-polarized-switching phased array antenna having such characteristics can be used, for example, in microwave communication, satellite communication, and a radar device using circularly-polarized light that is used while switching between orthogonally and circularly polarized waves.
次に、 図 5に示された円偏波切換形フェーズドアレーアンテナのアンテナ部 1 の構造について説明する。 図 6は、 アンテナ部 1の構造を示す分解図である。 アンテナ部 1は、 図 6に示されるように多層構造を有している。 すなわち、 無 給電素子層 4 1、 第 1の誘電体層 4 2、 アンテナユニット層 4 3、 第 2の誘電体 層 4 4、 給電用スロット ·接地層 (以下、 給電用スロット層と略記する) 4 5、 第 3の誘電体層 4 6、 分配合成層 4 7の各層が、 この順に密着形成されている。 以上の各層 4:!〜 4 7はプロセス中のフォトリソグラフィ技術、 エッチング技 術、 印刷技術等により形成され、 積層または接着により多層化される。  Next, the structure of the antenna unit 1 of the circularly-polarized switching type phased array antenna shown in FIG. 5 will be described. FIG. 6 is an exploded view showing the structure of the antenna unit 1. The antenna unit 1 has a multilayer structure as shown in FIG. That is, the parasitic element layer 41, the first dielectric layer 42, the antenna unit layer 43, the second dielectric layer 44, the feeding slot / ground layer (hereinafter abbreviated as the feeding slot layer). The layers 45, the third dielectric layer 46, and the distribution / combination layer 47 are formed in close contact with each other in this order. Each of the above layers 4 :! to 47 is formed by a photolithography technique, an etching technique, a printing technique, or the like during the process, and is multi-layered by lamination or bonding.
無給電素子層 4 1には無給電素子 1 8が形成されている。 図 4には無給電素子 1 8は図示されていない。 しかし、 無給電素子 1 8を用いることにより、 アンテ ナの帯域を広げることができる。 無給電素子 1 8は誘電体層 4 2を介して、 アン テナユニット層 4 3のアンテナユニット 1 0 (特に、 放射素子 1 1 ) と電磁結合 されている。 A parasitic element 18 is formed on the parasitic element layer 41. FIG. 4 does not show the parasitic element 18. However, by using the parasitic element 18, the band of the antenna can be widened. The parasitic element 18 is connected to the antenna via the dielectric layer 42. The antenna unit 10 (particularly, the radiating element 11) of the tena unit layer 43 is electromagnetically coupled.
誘電体層 4 2には比誘電率が 1〜 1 0程度の誘電体、 例えばプリント基板ゃガ ラス基板、 セラミック基板、 発泡材等が用いられる。 また、 誘電体層 4 2はスぺ ーサ等により支持された空間 (空気層) であってもよい。  For the dielectric layer 42, a dielectric having a relative permittivity of about 1 to 10 such as a printed board, a glass substrate, a ceramic substrate, or a foam material is used. Further, the dielectric layer 42 may be a space (air layer) supported by a spacer or the like.
アンテナュニット層 4 3には、 図 4に示されたアンテナュニット 1 0が形成さ れている (なお、 図 6に示された記号は、 アンテナユニット 1 0、 すなわち放射 素子 1 1と偏波切換移相器 1 7とを合わせたものを意味する) 。  The antenna unit 10 shown in FIG. 4 is formed on the antenna unit layer 43 (note that the symbol shown in FIG. 6 indicates that the antenna unit 10, that is, the radiating element 11 is partially polarized). Means the combination of the wave switching phase shifter 17).
誘電体層 4 4には比誘電率が 3〜1 2程度の誘電体、 例えばプリント基板ゃガ ラス基板、 セラミック基板等が用いられる。 また、 S i、 G a A s等の半導体基 板を用いてもよい。  For the dielectric layer 44, a dielectric having a relative permittivity of about 3 to 12 such as a printed board, a glass substrate, or a ceramic substrate is used. Further, a semiconductor substrate such as Si, GaAs or the like may be used.
給電用スロット層 4 5には、 接地導体板 3 1と給電用スロット 3 2とが形成さ れている。  A ground conductor plate 31 and a power supply slot 32 are formed in the power supply slot layer 45.
誘電体層 4 6には、 誘電体層 4 4と同様の材料が使用される。  The same material as that of the dielectric layer 44 is used for the dielectric layer 46.
分配合成層 4 7には図 5に示された分配合成器 3 0が形成されている。 分配合 成器 3 0は給電用スロット層 4 5の給電用スロッ ト 3 2を介して、 アンテナュニ ット層 4 3のアンテナュニット 1 0と電磁結合されている。  In the distribution / combination layer 47, the distribution / combination unit 30 shown in FIG. 5 is formed. The mixing / mixing device 30 is electromagnetically coupled to the antenna unit 10 of the antenna unit layer 43 via the power supply slot 32 of the power supply slot layer 45.
なお、 図 6では簡単のため各層 4 1〜4 7を個々に分解して説明したが、 誘電 体層 4 2、 4 4、 4 6に隣接する層、 例えば、 無給電素子層 4 1、 結合層 4 5な どは前記の誘電体層の片面もしくは両面にパターン形成することによって実現で きる。 また、 上記誘電体層は必ずしも単一材料で形成されている必要はなく、 複 数の材料が積層された構成であってもよい。  In FIG. 6, for simplicity, each of the layers 41 to 47 is described separately, but the layers adjacent to the dielectric layers 42, 44, and 46, for example, the parasitic element layer 41 and the coupling The layers 45 and the like can be realized by forming a pattern on one or both sides of the dielectric layer. Further, the dielectric layer does not necessarily need to be formed of a single material, and may have a configuration in which a plurality of materials are stacked.
各層に形成された無給電素子 1 8、 アンテナユニット 1 0、 制御回路 2 0に含 まれるデータラッチ回路および給電用スロット 3 2は、 二次元状に三角配列され ている。 このようにアンテナユニット 1 0等を二次元に配列することにより、 二 次元のビーム方向電子走査が可能となる。  The parasitic element 18 formed in each layer, the antenna unit 10, the data latch circuit included in the control circuit 20, and the feeding slot 32 are two-dimensionally arranged in a triangular arrangement. By thus arranging the antenna units 10 and the like two-dimensionally, two-dimensional electronic scanning in the beam direction can be performed.
しかし、 一次元配列のフェーズドアレーアンテナでも本発明は有効であり、 ま た三角配列以外の配列、 例えば正方格子配列であっても、 本発明は有効である。 また、 図 6で示された積層構成および層間結合手段は一例であり、 他の構成で あっても本発明は有効である。 However, the present invention is also effective with a phased array antenna having a one-dimensional array, and the present invention is also effective with an array other than a triangular array, for example, a square lattice array. Also, the lamination structure and the interlayer coupling means shown in FIG. Even so, the present invention is effective.
例えば、 図 6では分配合成器 3 0とアンテナュニット 1 0とが給電用スロット 3 2を介して結合されているが、 分配合成器 3 0とアンテナュニット 1 0とが給 電ピン等の他の給電用結合手段で接続されていてもよいし、 分配合成器 3 0とァ ンテナュニット 1 0とを同一層に形成してもよい。  For example, in FIG. 6, the distributor / synthesizer 30 and the antenna unit 10 are coupled via the power supply slot 32, but the distributor / synthesizer 30 and the antenna unit 10 are connected to the power supply pins or the like. They may be connected by other power supply coupling means, or the distributor / combiner 30 and the antenna unit 10 may be formed in the same layer.
また、 分配合成器 3 0は図 6に示されるようなストリップ線路の分岐回路であ る必要はなく、 例えばラジアル導波路などの他の形態であってもよい。  Further, the distributor / synthesizer 30 need not be a strip line branch circuit as shown in FIG. 6, but may be another form such as a radial waveguide.
さらに、 図 6ではアンテナユニット層 4 3において放射素子 1 1と偏波切換移 相器 1 7が同一層に形成されているが、 放射素子 1 1と偏波切換移相器 1 7をそ れぞれ別の層に形成して積層し、 両者を給電用スロットまたは給電ピン等の給電 用結合手段で接続してもよい。  Further, in FIG. 6, the radiating element 11 and the polarization switching phase shifter 17 are formed on the same layer in the antenna unit layer 43, but the radiating element 11 and the polarization switching phase shifter 17 are separated. It is also possible to form them on different layers and stack them, and connect them with a power supply coupling means such as a power supply slot or a power supply pin.
次に、 図 6に示されたアンテナユニット層 4 3について更に説明する。 図 7は、 アンテナュニット層 4 3に形成された 1個のアンテナュニット 1 0の配置を示す 平面図である。  Next, the antenna unit layer 43 shown in FIG. 6 will be further described. FIG. 7 is a plan view showing the arrangement of one antenna unit 10 formed on the antenna unit layer 43. FIG.
図 7に示された 9 0 ° ハイブリッド回路 1 3は、 ブランチライン形ハイブリツ ド回路である。 ブランチライン形ハイプリッド回路は略正方形のリング状をして いる。 給電電力の波長が λであるとき、 ブランチライン形ハイブリッド回路の一 辺の長さは約 4である。 ブランチライン形ハイプリッド回路の 4つの角部が それぞれ端子 1 3 a〜 1 3 dとなる。  The 90 ° hybrid circuit 13 shown in FIG. 7 is a branch line type hybrid circuit. The branch line type hybrid circuit has a substantially square ring shape. When the wavelength of the power supply is λ, the length of one side of the branch line hybrid circuit is about 4. The four corners of the branch line type hybrid circuit are terminals 13a to 13d, respectively.
放射素子 1 1の給電点 1 1 aと 9 0 ° ハイブリツド回路 1 3の端子 1 3 c との 間には、 ギャップ (寸断箇所) を含むストリップライン 5 5 aが形成されている c また、 放射素子 1 1の給電点 1 1 bと 9 0 ° ハイブリツド回路 1 3の端子 1 3 d との間には、 ギャップを含むストリップライン 5 5 bが形成されている。 さらに, 9 0 ° ハイプリッ ド回路 1 3の端子 1 3 a力 ら、 図 6に示された給電用スロッ ト 3 2に対応するガラス基板 5 0上の位置まで、 ストリップライン 5 5 cが形成さ れている。 A strip line 55 a including a gap (cut portion) is formed between the feed point 11 a of the radiating element 11 and the terminal 13 c of the 90 ° hybrid circuit 13 c . A strip line 55b including a gap is formed between a feed point 11b of the element 11 and a terminal 13d of the 90 ° hybrid circuit 13. Further, a strip line 55c is formed from the terminal 13a of the 90 ° hybrid circuit 13 to a position on the glass substrate 50 corresponding to the power supply slot 32 shown in FIG. Have been.
これらのストリップライン 5 5 a〜5 5 cにはマイクロストリップ線路、 トリ プレート線路、 コプレーナ線路、 スロッ ト線路等の分布定数線路が使用される。 移相回路 1 2 a, 1 2 bはスィッチドライン形移相器である。 すなわち、 スト リップライン 55 a, 55 bのそれぞれ両側に長さの異なるストリップ線路 5 1 a , 5 1 bが配置され、 ス トリップライン 55 a, 55 bとストリ ップ線路 5 1 aとの間には 2個のマイクロ波スィッチ 52 a力 ストリップライン 55 a, 5 5 bとストリップ線路 5 1 bと間には 2個のマイクロ波スィツチ 52 bが配置さ れている。 これらのマイクロ波スィッチ 52 a, 52 bを 「オン」 または 「ォ フ J に切り換え、 ストリップ線路 5 1 a, 51 bのいずれかを信号経路として選 択することにより、 移相回路 1 2 a, 1 2 bの通過位相を制御することができる。 一方、 移相回路 1 6 a〜l 6 cはローデッドライン形移相器である。 すなわち、 2本のス トリップ線路 5 1 cが約え 4離れて、 ストリップライン 55 cの途中 に接続されている。 また、 2個のマイクロ波スィッチ 52 cが各ストリップ線路 5 1 cと先端開放された別のストリップ線路 5 1 dとを接続するように配置され ている。 両方のマイクロ波スィッチ 52 cが共に 「オン」 または 「オフ」 となる ように切り換えて、 移相回路 1 6 a〜l 6 cのサセプタンスを変化させることに より、 通過位相を変化させることができる。 Distributed strip lines such as microstrip lines, triplate lines, coplanar lines and slot lines are used for these strip lines 55a to 55c. The phase shift circuits 12a and 12b are switched line type phase shifters. That is, strike Strip lines 51a and 51b having different lengths are arranged on both sides of the lip lines 55a and 55b, respectively, and two lines are provided between the strip lines 55a and 55b and the strip line 51a. Two microwave switches 52b are arranged between the strip lines 55a, 55b and the strip line 51b. By switching these microwave switches 52a, 52b to "ON" or "OFF J" and selecting one of the strip lines 51a, 51b as a signal path, the phase shift circuit 12a, It is possible to control the passing phase of 1 2 b.On the other hand, the phase shifters 16 a to l 6 c are loaded line type phase shifters, that is, two strip lines 51 c are approximately 4 The two microwave switches 52c connect each stripline 51c to another stripline 51d open at the end, apart from the stripline 55c. By switching both microwave switches 52 c so that they are both “on” or “off” and changing the susceptance of the phase shift circuits 16 a to 16 c, the passing phase is changed. Can be changed.
なお、 ス トリツプ線路 51 a〜 5 1 dには、 例えばマイクロストリップ線路、 トリプレート線路、 コプレーナ線路、 スロット線路等の分布定数回路が使用され る。 また、 マイクロ波スィッチ 52 a〜52 cには、 例えばマイクロマシンスィ ツチ、 P I Nダイオードスィッチ、 HEMTスィッチ等が使用される。  As the strip lines 51a to 51d, for example, distributed constant circuits such as a microstrip line, a triplate line, a coplanar line, and a slot line are used. As the microwave switches 52a to 52c, for example, a micromachine switch, a PIN diode switch, a HEMT switch, or the like is used.
一般に、 移相量が大きい場合にはスィツチドライン形の方が良い電気特性が得 られる。 また、 移相量が小さい場合にはローデッドライン形の方が良い電気特性 が得られる。 このため、 ここでは 1 80° の移相回路 1 2 a, 1 2 bにはスイツ チドライン形を用いた。 また、 90° , 45° , 22. 5° の各移相回路 1 6 a 〜1 6 cにはローデッドライン形を用いた。 しかし、 すべての移相回路 1 2 a, 1 2 b, 1 6 a〜 1 6 cにスィツチドライン形を用いることも可能である。  Generally, when the phase shift amount is large, the switched line type has better electrical characteristics. When the phase shift is small, the loaded line type has better electrical characteristics. For this reason, a switched-line type is used here for the 180 ° phase shift circuits 12a and 12b. Loaded line types were used for the 90 °, 45 °, and 22.5 ° phase shift circuits 16a to 16c. However, it is also possible to use a switched line type for all the phase shift circuits 12a, 12b, 16a to 16c.
また、 移相回路 1 2 a, 1 2 b, 1 6 a〜 1 6 cに反射形等、 ローデッドライ ン形、 スィツチドライン形以外の移相回路を使用してもよい。  In addition, a phase shift circuit other than the load line type or the switched line type such as a reflection type may be used for the phase shift circuits 12a, 12b, 16a to 16c.
各移相回路 1 2 a, 1 2 b, 1 6 a〜l 6 cに含まれるマイクロ波スィッチ 5 2 a〜52 cは、 制御線路 21を介し、 制御回路 20に接続されている。  The microwave switches 52 a to 52 c included in each of the phase shift circuits 12 a, 12 b, and 16 a to 16 c are connected to the control circuit 20 via the control line 21.
移相回路 1 2 aに含まれる 4個のマイクロ波スィツチ 52 a, 52 bは、 制御 回路 2 0が出力する制御信号 s 2 1によって動作し、 前述の通り通過位相を制御 することができる。 移相回路 1 2 bについても同様である。 The four microwave switches 52a and 52b included in the phase shift circuit 1 2a are controlled by Operated by the control signal s21 output from the circuit 20, the passing phase can be controlled as described above. The same applies to the phase shift circuit 12b.
また、 移相回路 1 6 aに含まれる 2個のマイクロ波スィッチ 5 2 cは、 制御信 号 s 2 3によって同時に動作し、 前述の通り通過位相を変化させることができる。 移相回路 1 6 b, 1 6 cについても同様である。  Also, the two microwave switches 52 c included in the phase shift circuit 16 a operate simultaneously by the control signal s 23, and can change the passing phase as described above. The same applies to the phase shift circuits 16b and 16c.
こうして各移相回路 1 2 a, 1 2 b , 1 6 a〜l 6 cの通過位相を変えること により、 放射素子 1 1への給電位相を変化させることができる。  By changing the passing phase of each of the phase shift circuits 12a, 12b, 16a to 16c in this way, the power supply phase to the radiating element 11 can be changed.
産業上の利用可能性 Industrial applicability
本発明による円偏波切換形アンテナおよび円偏波切換形フェーズドアレーアン テナは、 例えば直交両円偏波を切り換えながら使用するマイクロ波通信、 衛星通 信および円偏波を用いたレーダ装置等に使用できる。  The circularly polarized wave switching type antenna and the circularly polarized wave switching type phased array antenna according to the present invention can be applied to, for example, microwave communication, satellite communication, radar devices using circularly polarized waves, etc., used while switching between orthogonal circularly polarized waves. Can be used.

Claims

請 求 の 範 囲 The scope of the claims
(1) 2個の給電点を有しかつ互いに直交する 2つの直線偏波を放射する放射素 子と、 (1) a radiating element having two feeding points and emitting two linearly polarized waves orthogonal to each other;
前記放射素子の各給電点に接続した移相量が 1 80° の第 1、 第 2の移相器と、 入力信号を位相差 90° で 2分岐して前記第 1、 第 2の移相器に接続され、 他 の一端が終端された 90° ハイブリッド回路と、  A first and second phase shifter connected to each feed point of the radiating element and having a phase shift of 180 °; and a first and second phase shifter that divides an input signal into two at a phase difference of 90 °. 90 ° hybrid circuit connected to the
前記第 1、 第 2の移相器の移相量を 0° または 1 80° に切り換えて前記放射 素子から右旋もしくは左旋円偏波を放射するよう制御する制御手段と  Control means for controlling the amount of phase shift of the first and second phase shifters to 0 ° or 180 ° to emit right-handed or left-handed circularly polarized waves from the radiation element;
を具備することを特徴とする円偏波切換形ァンテナ。  A circularly polarized switching antenna.
(2) 2個の給電点を有しかつ互いに直交する 2つの直線偏波を放射する放射素 子と、  (2) a radiating element having two feed points and emitting two linearly polarized waves orthogonal to each other;
4個の端子を有しかつ第 1の前記端子に前記放射素子を励振させるための給電 電力が与えられる 90° ハイブリッド回路と、  A 90 ° hybrid circuit having four terminals and supplied with power for exciting the radiating element to the first terminal;
この 90° ハイプリッド回路の第 2の前記端子に結合された無反射終端と、 一端が前記放射素子の一方の給電点に結合されるとともに他端が前記 90° ハ イブリツド回路の第 3の前記端子に結合されかつ移相量が 1 80° である第 1の 移相器と、  A non-reflective termination coupled to the second terminal of the 90 ° hybrid circuit; one end coupled to one feed point of the radiating element and the other end coupled to the third terminal of the 90 ° hybrid circuit; A first phase shifter coupled to the first phase shifter and having a phase shift of 180 °;
—端が前記放射素子の他方の給電点に結合されるとともに他端が前記 90° ハ イブリッド回路の第 4の前記端子に結合されかつ移相量が 1 80° である第 2の 移相器と、  —A second phase shifter having one end coupled to the other feed point of the radiating element and the other end coupled to the fourth terminal of the 90 ° hybrid circuit and having a phase shift of 180 °. When,
前記第 1、 第 2の移相器の移相量を 0° または 1 80° に切り換えて前記放射 素子から右旋もしくは左旋円偏波を放射するよう制御する制御手段と  Control means for controlling the amount of phase shift of the first and second phase shifters to 0 ° or 180 ° to emit right-handed or left-handed circularly polarized waves from the radiation element;
を具備することを特徴とする円偏波切換形アンテナ。  A circularly polarized wave switching type antenna comprising:
(3) 請求項 1において、  (3) In claim 1,
前記 90° ハイプリッド回路に縦続に結合されかつ前記制御手段で移相量が 1 80° となるよう制御される n (nは自然数、 mは 1から nまでの異なる 自然数) 個の第 3の移相器をさらに備えたことを特徴とする円偏波切換形ァンテ ナ。 N (n is a natural number, m is a different natural number from 1 to n) third shifters cascaded to the 90 ° hybrid circuit and controlled by the control means so that the phase shift amount is 180 ° Circularly polarized wave switching type antenna further comprising a phaser Na.
(4) 請求項 1において、  (4) In claim 1,
前記制御手段は、 前記放射素子から放射される偏波として、 前記第 1、 第 2の 移相器の移相量をともに 0° または 1 80° に切り換えて第 1の回転方向の円偏 波を生成し、 前記第 1、 第 2の移相器の移相量をそれぞれ 0° 、 1 80° または 1 80° 、 0° に切り換えて前記第 1の回転方向と逆旋の円偏波を生成すること を特徴とする円偏波切換形アンテナ。  The control means may switch both the phase shift amounts of the first and second phase shifters to 0 ° or 180 ° as the polarization radiated from the radiating element, and thereby change the circular polarization in the first rotational direction. And the phase shift amounts of the first and second phase shifters are switched to 0 °, 180 ° or 180 °, and 0 °, respectively, to change the circular polarization of the first rotation direction and reverse rotation. A circularly-polarized switching antenna characterized in that it is generated.
(5) 請求項 1において、  (5) In claim 1,
前記第 1および第 2の移相器は、 スィッチドライン形移相器であることを特徴 とする円偏波切換形ァンテナ。  The said 1st and 2nd phase shifters are switched line type phase shifters, The circularly polarized wave switching type antenna characterized by the above-mentioned.
(6) 請求項 3において、  (6) In claim 3,
前記第 3の移相器は、 ローデッドライン形移相器であることを特徴とする円偏 波切換形アンテナ。  The circularly polarized wave switching type antenna, wherein the third phase shifter is a loaded line type phase shifter.
( 7 ) 2個の給電点を有しかつ互いに直交する 2つの直線偏波を放射する放射素 子と、  (7) a radiating element having two feeding points and emitting two linearly polarized waves orthogonal to each other;
前記放射素子の各給電点に接続した移相量が 1 80° の第 1、 第 2の移相器と、 入力信号を位相差 90° で 2分岐して前記第 1、 第 2の移相器に接続され、 他 の一端が終端された 90° ハイブリッド回路と、  A first and second phase shifter connected to each feed point of the radiating element and having a phase shift of 180 °; and a first and second phase shifter that divides an input signal into two at a phase difference of 90 °. 90 ° hybrid circuit connected to the
前記第 1、 第 2の移相器の移相量を 0° または 1 80° に切り換えて前記放射 素子から右旋もしくは左旋円偏波を放射するよう制御する制御手段と  Control means for controlling the amount of phase shift of the first and second phase shifters to 0 ° or 180 ° to emit right-handed or left-handed circularly polarized waves from the radiation element;
を具備し、  With
前記放射素子と、 第 1、 第 2の移相器と、 90° ハイブリッド回路と、 制御手 段とがそれぞれ複数個ァレイ状に配列されていることを特徴とする円偏波切換形 フェーズドアレーアンテナ。  A plurality of radiating elements, first and second phase shifters, a 90 ° hybrid circuit, and a plurality of control means, each of which is arranged in an array; .
(8) 2個の給電点を有しかつ互いに直交する 2つの直線偏波を放射する放射素 子と、  (8) a radiating element having two feed points and emitting two linearly polarized waves orthogonal to each other;
4個の端子を有しかつ第 1の前記端子に前記放射素子を励振させるための給電 電力が与えられる 90° ハイブリッド回路と、  A 90 ° hybrid circuit having four terminals and supplied with power for exciting the radiating element to the first terminal;
この 90° ハイプリッド回路の第 2の前記端子に結合された無反射終端と、 一端が前記放射素子の一方の給電点に結合されるとともに他端が前記 90° ハ イブリツド回路の第 3の前記端子に結合されかつ移相量が 1 80° である第 1の 移相器と、 A non-reflective termination coupled to the second terminal of the 90 ° hybrid circuit; A first phase shifter having one end coupled to one feed point of the radiating element and the other end coupled to the third terminal of the 90 ° hybrid circuit, and having a phase shift of 180 °; ,
一端が前記放射素子の他方の給電点に結合されるとともに他端が前記 90° ハ イブリッド回路の第 4の前記端子に結合されかつ移相量が 1 80° である第 2の 移相器と、  A second phase shifter having one end coupled to the other feed point of the radiating element and the other end coupled to the fourth terminal of the 90 ° hybrid circuit and having a phase shift of 180 °; ,
前記第 1、 第 2の移相器の移相量を 0° または 1 80° に切り換えて前記放射 素子から右旋もしくは左旋円偏波を放射するよう制御する制御手段とを含むュニ ットを複数具備し、  Control means for controlling the amount of phase shift of the first and second phase shifters to 0 ° or 180 ° so as to emit right-handed or left-handed circularly polarized waves from the radiating element. A plurality of
前記各ュニットがァレイ状に配列されていることを特徴とする円偏波切換形フ エーズドアレーアンテナ。  A circularly polarized phase-shifted phased array antenna, wherein the units are arranged in an array.
(9) 請求項 7において、  (9) In claim 7,
前記 90° ハイプリッド回路に縦続に結合されかつ前記制御手段で移相量が 1 80° Z2m となるよう制御される n (nは自然数、 mは 1から nまでの異なる 自然数) 個の第 3の移相器をさらに備えたことを特徴とする円偏波切換形フエ一 ズドアレーアンテナ。 N (n is a natural number, m is a different natural number from 1 to n) third cascadedly coupled to the 90 ° hybrid circuit and controlled by the control means so that the phase shift amount is 180 ° Z2 m A phase-shifted circularly-polarized switched array antenna further comprising:
(1 0) 請求項 7において、  (10) In claim 7,
前記制御手段は、 前記放射素子から放射される偏波として、 前記第 1、 第 2の 移相器の移相量をともに 0° または 1 80° に切り換えて第 1の回転方向の円偏 波を生成し、 前記第 1、 第 2の移相器の移相量をそれぞれ 0° 、 1 80° または 180° 、 0° に切り換えて第 1の回転方向と逆旋の円偏波を生成することを特 徴とする円偏波切換形フェーズドアレーアンテナ。  The control means may switch both the phase shift amounts of the first and second phase shifters to 0 ° or 180 ° as the polarization radiated from the radiating element, and thereby change the circular polarization in the first rotational direction. And the phase shift amounts of the first and second phase shifters are switched to 0 °, 180 ° or 180 ° and 0 °, respectively, to generate circularly polarized waves having the first rotation direction and reverse rotation. This is a phased array antenna with circular polarization switching.
(1 1) 請求項 7において、  (1 1) In claim 7,
前記第 1および第 2の移相器は、 スィツチドライン形移相器であることを特徴 とする円偏波切換形フェーズドアレーアンテナ。  The said 1st and 2nd phase shifters are switched line type phase shifters, The circularly polarized wave switching type phased array antenna characterized by the above-mentioned.
(1 2) 請求項 9において、  (1 2) In claim 9,
前記第 3の移相器は、 口一デッドライン形移相器であることを特徴とする円偏 波切換形フェーズドアレーアンテナ。  The third phase shifter is a single-ended deadline type phase shifter, wherein a circularly polarized wave switching type phased array antenna is provided.
(1 3) 請求項 8において、 前記各ュニットは、 二次元状に配列されていることを特徴とする円偏波切換形 フェーズドアレーアンテナ。 (1 3) In claim 8, The above-mentioned units are two-dimensionally arranged, and are a circularly polarized wave switching type phased array antenna.
( 1 4 ) 請求項 8において、  (14) In claim 8,
前記各ュニットに含まれる前記放射素子が形成された層と、 前記各ュニットに 含まれる前記第 1、 第 2の移相器が形成された層とを含む多層構造を有すること を特徴とする円偏波切換形フェーズドアレーアンテナ。  A circle having a multilayer structure including a layer on which the radiating element included in each unit is formed, and a layer on which the first and second phase shifters included in each unit are formed. Polarization switching type phased array antenna.
( 1 5 ) 請求項 8において、  (15) In claim 8,
前記各ュニットに含まれる前記 9 0 ° ハイプリッド回路に対して前記給電電力 を分配供給する分配手段をさらに備え、  A distribution unit that distributes the power supply to the 90 ° hybrid circuit included in each unit;
前記各ユニットに含まれる前記第 1、 第 2の移相器が形成された層と、 前記分 配手段が形成された層とを含 多層構造を有することを特徴とする円偏波切換形 フェーズドアレーアンテナ。  A circular polarization switching type phased device having a multilayer structure including a layer in which the first and second phase shifters included in each unit are formed, and a layer in which the distribution unit is formed. Array antenna.
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