JP2010161475A - アレーアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】プリント基板の製造後であっても、アンテナ素子毎の受信ウェイトを容易に変更することが可能なアレーアンテナを提供する。
【解決手段】本発明に係るアレーアンテナは、プリント基板を用いて形成される。抵抗１３−１〜１３−８は、基板の表面に実装される。このアレーアンテナでは、ＬＮＡ１２−１〜１２−８へ供給されるドレイン電圧に抵抗１３−１〜１３−８を負荷し、状況に応じてこの抵抗１３−１〜１３−８を異なる抵抗値を有する抵抗に置き換えることで、受信電力にかかる受信ウェイトを制御する。これにより、アレーアンテナの使用態様に応じて、容易に抵抗を交換することが可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば通信又はレーダ等に用いられるアレーアンテナに関する。

一般に、アダプティブアレーアンテナでは、各アンテナ素子で受信された信号の振幅と位相とを電波環境に応じてそれぞれ制御してサイドローブレベルを変化させる。これにより、空間的に不要波を抑圧するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、近年、アンテナ素子がプリント基板上に形成された平面状のアレーアンテナが広く用いられている。この種のアレーアンテナでは、アンテナ素子のサイドローブで受信された不要信号を低減するため、各アンテナ素子からの受信電力にそれぞれ個別の受信ウェイトをかけた後に、これらの受信電力を合成するようにしている。従来のアレーアンテナでは、受信電力を伝送するパターン配線の幅をアレーアンテナの使用に応じて変化させることで、各アンテナ素子からの受信電力毎に個別の受信ウェイトをかけるようにしていた。

しかしながら、パターン配線の幅をアレーアンテナの使用に応じて変化させる方法では、基板製造後にこのパターン幅を再調整することは困難であった。そのため、使用環境の変化により、アンテナ素子毎にかけられる受信ウェイトを事後的に変更する旨の要求があった場合、新たなアレーアンテナを作成しなければならないという問題があった。
特開昭６３−１６６３０４号公報

以上のように、従来の平面状のアレーアンテナでは、プリント基板の製造後にアンテナ素子毎の受信ウェイトを変更しようとする場合、新たなアレーアンテナを作成しなければならず、大きな負担となっていた。

この発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、プリント基板の製造後であっても、アンテナ素子毎の受信ウェイトを容易に変更することが可能なアレーアンテナを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係るアレーアンテナは、基板上に形成され、無線信号を互いに独立した系統で受信する複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子で受信された複数系統の受信信号それぞれに対して受信ウェイトをかけるものであり、前記複数系統毎に前記基板表面に実装される抵抗を備え、前記複数の抵抗のうち少なくともいずれかの抵抗値を変化させることでこの抵抗が設置された系統の受信信号にかかる前記受信ウェイトを変化させる受信ウェイト手段と、前記受信ウェイトがそれぞれかけられた複数系統の受信信号を合成する合成手段とを具備する。

上記構成によるアレーアンテナでは、基板表面に実装された抵抗の抵抗値を変化させることにより、複数のアンテナ素子で受信された複数系統の受信信号にかかる受信ウェイトを制御するようにしている。これにより、アレーアンテナの使用態様に応じて、抵抗の抵抗値を容易に変化させることが可能となる。

この発明によれば、プリント基板の製造後であっても、アンテナ素子毎の受信ウェイトを容易に変更することが可能なアレーアンテナを提供することができる。

以下、図面を参照しながら本発明に係るアレーアンテナの実施の形態について詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るアレーアンテナの機能構成を示すブロック図である。図１に示すアレーアンテナは、積層基板を用いた薄型形状をしており、アンテナ素子１１−１〜１１−８、ＬＮＡ（Low Noise Amplifier）１２−１〜１２−８、チップ抵抗１３−１〜１３−８及び合成部１４を具備する。各アンテナ素子１１−１〜１１−８はＬＮＡ１２−１〜１２−８のそれぞれと接続する。各ＬＮＡ１２−１〜１２−８の電源供給端子への給電パターンには抵抗１３−１〜１３−８がそれぞれ接続され、抵抗１３−１〜１３−８は積層基板の表面に実装されている。ＬＮＡ１２−１〜１２−８は合成部１４と接続する。

アンテナ素子１１−１〜１１−８は、無線信号を互いに独立して受信し、その受信電力をＬＮＡ１２−１〜１２−８へ出力する。ＬＮＡ１２−１〜１２−８は、高利得かつ良Ｓ／Ｎ比の特性を有しており、アンテナ素子１１−１〜１１−８からの受信電力をそれぞれ増幅する。このとき、ＬＮＡ１２−１〜１２−８の増幅利得は、ＬＮＡ１２−１〜１２−８の電源供給端子への供給電圧を操作することで変化させることが可能である。これにより、受信電力の系統毎に受信電力へかかる受信ウェイトが変化することになる。

合成部１４は、例えばウィルキンソン回路から成り、ＬＮＡ１２−１〜１２−８で増幅された信号を合成して後段へ出力する。抵抗１３−１〜１３−８は、ＬＮＡ１２−１〜１２−８の電源供給端末へ供給されるドレイン電圧に対して負荷される。抵抗１３−１〜１３−８は、基板表面に実装されているため、状況に応じて異なる抵抗値のものに取り替えることが容易である。

以下、抵抗１３−１を例に、抵抗１３−１〜１３−８を抵抗値の異なる抵抗に取り替えることで受信電力にかかる受信ウェイトを制御する原理について詳細に説明する。

抵抗１３−１への入力電圧Ｖｉ１と、抵抗１３−１からの出力電圧Ｖｏ１との関係は、
Ｖｏ１＝Ｖｉ１−Ｒ１×Ｉ１
である。ここで、Ｒ１は抵抗１３−１の抵抗値、Ｉ１は抵抗１３−１に流れる電流である。つまり、出力電圧Ｖｏ１は、抵抗値Ｒ１に応じて変化する。

本発明においては、ＬＮＡの特性上、抵抗１３−１〜１３−８に流れる電流Ｉ１〜Ｉ８はそれぞれ等しい。このため、ＬＮＡ１２−１〜１２−８の電源供給端子へ供給されるドレイン電圧Ｖｄ１〜Ｖｄ８は、抵抗１３−１〜１３−８の抵抗値Ｒ１〜Ｒ８を変化させることにより、制御されることとなる。

一般に、ＬＮＡ１２−１〜１２−８の増幅利得Ｇ１〜Ｇ８とドレイン電圧Ｖｄ１〜Ｖｄ８との関係は、所定の範囲の電圧値において比例関係にあることが知られている。そのため、増幅利得Ｇ１〜Ｇ８は、電源供給端子に供給されるドレイン電圧Ｖｄ１〜Ｖｄ８を変化させることにより、制御されることとなる。

アンテナ素子１１−１〜１１−８からの受信電力Ｐ１〜Ｐ８は、ＬＮＡ１２−１〜１２−８により増幅利得Ｇ１〜Ｇ８でそれぞれ増幅されることにより、受信ウェイトｗ１〜ｗ８がかけられる。受信ウェイトｗ１〜ｗ８は、ＬＮＡ１２−１〜１２−８の増幅利得Ｇ１〜Ｇ８が変化すると、その量が変化する比例関係にある。つまり、受信ウェイトｗ１〜ｗ８は、増幅利得Ｇ１〜Ｇ８を変化させることで、制御可能である。図２は、受信ウェイトｗ１〜ｗ８の分布図の一例を示す図である。抵抗１３−１〜１３−８の抵抗値Ｒ１〜Ｒ８は、抵抗１３−１〜１３−４では順に小さくなり、抵抗１３−５〜１３−８では順に大きくなるようになっている。合成部１４からは、以下の式で示される合成電力Ｐが出力される。

Ｐ＝ｗ１Ｐ１＋ｗ２Ｐ２＋…＋ｗ８Ｐ８
次に、抵抗１３−１を例に抵抗１３−１〜１３−８の実装について詳細に説明する。

図３は、４層の導体層が誘電体層を介して積層されてなる積層基板に抵抗１３−１が実装される例を示す模式図である。図３において、基板表面には抵抗を実装するための実装パットが設けられ、そこに抵抗１３−１が実装されるようになっている。

電源から供給される電圧は、上から２層目に位置するストリップ線路パターンにより伝搬され、スルーホールを介して抵抗１３−１へ供給される。電圧は、抵抗１３−１が負荷された後、スルーホールを介して上から２層目に位置するストリップ線路パターンにより伝搬され、ＬＮＡ１２−１の電源供給端子へ供給される。

以上のように、上記第１の実施形態では、ＬＮＡ１２−１〜１２−８へ供給されるドレイン電圧に抵抗１３−１〜１３−８を負荷し、状況に応じてこの抵抗１３−１〜１３−８を異なる抵抗値を有する抵抗に置き換えることで、受信電力にかかる受信ウェイトを制御するようにしている。また、これらの抵抗１３−１〜１３−８は、基板の表面に実装されるようになっている。これにより、アレーアンテナの使用態様に応じて、容易に抵抗を交換することが可能となる。

したがって、本発明に係るアレーアンテナでは、プリント基板の製造後であっても、アンテナ素子毎の受信ウェイトを容易に変更することができる。

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係るアレーアンテナの機能構成を示すブロック図である。図４に示すアレーアンテナは、積層基板を用いた薄型形状をしており、アンテナ素子２１−１〜２１−８、ＬＮＡ２２−１〜２２−８、抵抗２３−１〜２３−８及び合成部２４を具備する。各アンテナ素子２１−１〜２１−８はＬＮＡ２２−１〜２２−８のそれぞれと接続する。抵抗２３−１〜２３−８は、ＬＮＡ２２−１〜２２−８と合成部２４との間にそれぞれ配置され、積層基板の表面に実装される。

アンテナ素子２１−１〜２１−８は、無線信号を互いに独立して受信し、その受信電力をＬＮＡ２２−１〜２２−８へ出力する。ＬＮＡ２２−１〜２２−８は、高利得かつ良Ｓ／Ｎ比の特性を有しており、アンテナ素子２１−１〜２１−８からの受信電力をそれぞれ増幅する。抵抗２３−１〜２３−８はＬＮＡ２２−１〜２２−８で増幅された受信電力に対して負荷され、合成部２４は抵抗２３−１〜２３−８で減衰された受信電力を合成して後段へ出力する。アレーアンテナは、抵抗２３−１〜２３−８の抵抗値を変化させて受信電力の減衰量を変化させることで、受信電力へかかる受信ウェイトを系統毎に変化させる。

以下、抵抗２３−１〜２３−８を抵抗値の異なる抵抗に取り替えることで受信電力にかかる受信ウェイトを制御する原理について詳細に説明する。

一般に電力に抵抗を負荷した場合、その電力値は、減衰することが知られている。アンテナ素子２１−１〜２１−８からの受信電力Ｐ１〜Ｐ８は、ＬＮＡ１２−１〜１２−８でそれぞれ増幅された後、抵抗２３−１〜２３−８が負荷される。このとき、受信電力には、抵抗２３−１〜２３−８でその電力値を減衰させることで、受信ウェイトｗ１〜ｗ８がかけられる。受信ウェイトｗ１〜ｗ８は、抵抗２３−１〜２３−８による減衰量α１〜α８と同一の値とすることができるため、受信ウェイトｗ１〜ｗ８は、減衰量α１〜α８を変化させることで、制御されることとなる。合成部２４からは、以下の式で示される合成電力Ｐが出力される。

Ｐ＝ｗ１Ｐ１＋ｗ２Ｐ２＋…＋ｗｎＰｎ
次に、抵抗２３−１を例に抵抗２３−１〜２３−８の実装について詳細に説明する。

図５は、４層の導体層が誘電体層を介して積層されてなる積層基板に抵抗２３−１が実装される例を示す模式図である。図５において、基板表面には抵抗を実装するための実装パットが設けられ、そこに抵抗２３−１が実装されるようになっている。

ＬＮＡ２２−１から供給された電力は、上から２層目に位置するストリップ線路パターンにより伝搬され、スルーホールを介して抵抗２３−１へ供給される。電力は、抵抗１３−１から出力された後、スルーホールを介して上から２層目に位置するストリップ線路パターンにより伝搬され、合成部２４へ供給される。

以上のように、上記第２の実施形態では、合成部２４へ供給される電力に対して抵抗２３−１〜２３−８を負荷し、状況に応じてこの抵抗２３−１〜２３−８を異なる抵抗値を有する抵抗に置き換えることで、受信電力にかかる受信ウェイトを制御するようにしている。また、これらの抵抗２３−１〜２３−８は、基板の表面に実装されるようになっている。これにより、アレーアンテナの使用態様に応じて、容易に抵抗を交換することが可能となる。

したがって、本発明に係るアレーアンテナでは、プリント基板の製造後であっても、アンテナ素子毎の受信ウェイトを容易に変更することができる。

なお、この発明は上記第２の実施形態に限定されるものではない。例えば、上記第２の実施形態では、アンテナ素子２１−１〜２１−８からの受信電力をＬＮＡ２２−１〜２２−８により増幅した後、抵抗２３−１〜２３−８へ出力する例について説明したが、ＬＮＡ２２−１〜２２−８が必ずしも必要なわけではない。このとき、アンテナ素子２１−１〜２１−８からの受信電力を抵抗２３−１〜２３−８へ直接出力する場合であっても同様に実施可能である。

また、上記第２の実施形態では、抵抗２３−１〜２３−８を実装する例について説明しているが、抵抗２３−１〜２３−８の代わりにアッテネータを実装する場合であっても同様に実施可能である。このとき、アッテネータの減衰値を変化させることにより、受信電力にかかる受信ウェイトを制御することとなる。

（その他の実施形態）
なお、この発明は上記各実施形態に限定されるものではない。例えば上記各実施形態では、８個のアンテナ素子が設置される例について説明したが、８個に限定されるわけではない。

また、上記各実施形態では、積層基板を用いてアレーアンテナを形成する例について説明したが、本発明は積層基板を用いて形成されたアレーアンテナに限定されるものではない。

さらに、この発明は、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施形態に係るアレーアンテナの機能構成を示すブロック図である。 図１のＬＮＡによる受信ウェイトの分布図を示す図である。 図１の抵抗の実装例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るアレーアンテナの機能構成を示すブロック図である。 図４の抵抗の実装例を示す図である。

１１−１〜１１−８…アンテナ素子
１２−１〜１２−８…ＬＮＡ
１３−１〜１３−８…抵抗
１４…合成部
２１−１〜２１−８…アンテナ素子
２２−１〜２２−８…ＬＮＡ
２３−１〜２３−８…抵抗
２４…合成部

Claims (8)

1. 基板上に形成され、無線信号を互いに独立した系統で受信する複数のアンテナ素子と、
   前記複数のアンテナ素子で受信された複数系統の受信信号それぞれに対して受信ウェイトをかけるものであり、前記複数系統毎に前記基板表面に実装される抵抗を備え、前記複数の抵抗のうち少なくともいずれかの抵抗値を変化させることでこの抵抗が設置された系統の受信信号にかかる前記受信ウェイトを変化させる受信ウェイト手段と、
   前記受信ウェイトがそれぞれかけられた複数系統の受信信号を合成する合成手段と
   を具備することを特徴とするアレーアンテナ。
2. 前記受信ウェイト手段は、
   前記複数のアンテナ素子で受信された複数系統の受信信号それぞれを増幅して出力するものであり、電源供給端子から供給されるドレイン電圧に応じて前記受信信号の増幅量を決定する複数の電力増幅器をさらに備え、
   前記複数の抵抗は、同系統の前記電力増幅器に供給されるドレイン電圧に対して負荷されることを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ。
3. 前記複数の抵抗は、同系統の前記アンテナ素子で受信された受信信号に負荷されることを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ。
4. 前記受信ウェイト手段は、
   前記複数のアンテナ素子で受信された複数系統の受信信号それぞれを増幅して出力する複数の電力増幅器をさらに備え、
   前記複数の抵抗は、同系統の前記電力増幅器で増幅されて出力された受信信号に負荷されることを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ。
5. 前記複数の抵抗は、着脱自在であることを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ。
6. 基板上に形成され、無線信号を互いに独立した系統で受信する複数のアンテナ素子と、
   前記複数のアンテナ素子で受信された複数系統の受信信号それぞれに対して受信ウェイトをかけるものであり、前記複数系統毎に前記基板表面に実装される減衰器を備え、前記複数の減衰器のうち少なくともいずれかの減衰値を変化させることでこの減衰器が設置された系統の受信信号にかかる前記受信ウェイトを変化させる受信ウェイト手段と、
   前記受信ウェイトがそれぞれかけられた複数系統の受信信号を合成する合成手段と
   を具備することを特徴とするアレーアンテナ。
7. 前記複数の減衰器は、同系統の前記アンテナ素子で受信された受信信号に負荷されることを特徴とする請求項６記載のアレーアンテナ。
8. 前記受信ウェイト手段は、
   前記複数のアンテナ素子で受信された複数系統の受信信号それぞれを増幅して出力する複数の電力増幅器をさらに備え、
   前記複数の減衰器は、同系統の前記電力増幅器で増幅されて出力された受信信号に負荷されることを特徴とする請求項６記載のアレーアンテナ。

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