JP2019145968A - Array antenna - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、偏波を同時に送受信するアレーアンテナの構造に関する。 The present invention relates to the structure of an array antenna that transmits and receives polarized waves simultaneously.
近年、ミリ波帯の電波を利用した超高速無線通信技術の研究開発が進められている。指向性の高いミリ波を放射するアンテナとして、アンテナ素子が平面上に多数配列されたアレーアンテナが用いられる。 In recent years, research and development of ultrahigh-speed wireless communication technology using millimeter-wave band radio waves has been underway. As an antenna that emits millimeter waves with high directivity, an array antenna in which many antenna elements are arranged on a plane is used.
例えば、特許文献１及び特許文献２には、信号電力を分配する給電回路と、分配された信号電力が給電される給電スロットと、給電スロットからの電力を励振するキャビティと、キャビティで励振された電磁波から偏波を放射する放射スロットとを有するスロットアレーアンテナが記載されている。
For example, in
信号を同時に送受信するために、アレーアンテナにより送信アンテナと受信アンテナとを並置した送受信アレーアンテナが構築される。更に、水平偏波を送受信する送受信アレーアンテナと、垂直偏波を送受信する送受信アレーアンテナとを並置して同時に用いると、互いに直交する偏波は互いに干渉しないため、同じ周波数の電波でより多くの情報を送受信することができる。 In order to transmit and receive signals simultaneously, a transmission / reception array antenna in which a transmission antenna and a reception antenna are juxtaposed by an array antenna is constructed. Furthermore, if a transmission / reception array antenna that transmits / receives horizontal polarization and a transmission / reception array antenna that transmits / receives vertical polarization are used side by side, polarized waves that are orthogonal to each other do not interfere with each other. Information can be sent and received.
例えば、特許文献１又は特許文献２に記載されたスロットアレーアンテナを用いて、水平偏波を送受信する送受信アレーアンテナと、垂直偏波を送受信する送受信アレーアンテナとを構築すると、水平偏波及び垂直偏波を同時に送受信することができる。
For example, when a transmission / reception array antenna that transmits and receives horizontal polarization and a transmission / reception array antenna that transmits and receives vertical polarization are constructed using the slot array antenna described in
垂直偏波を送受信する送受信アレーアンテナを複数のスロットＱがマトリクス状に配置されたスロットアレーアンテナにより構築すると（図１１参照）、スロットＱの指向性により、送信アンテナＴ１から放射された偏波は、受信アンテナＴ２の方向には放射されにくくなり、送信アンテナと受信アンテナとの間のアイソレーションが高くなる（例えば、１６×１６のアンテナ素子を有するアンテナで８０［ｄＢ］程度）。 When a transmission / reception array antenna that transmits and receives vertical polarization is constructed by a slot array antenna in which a plurality of slots Q are arranged in a matrix (see FIG. 11), the polarization radiated from the transmission antenna T1 is Therefore, radiation in the direction of the receiving antenna T2 becomes difficult, and isolation between the transmitting antenna and the receiving antenna becomes high (for example, about 80 [dB] with an antenna having a 16 × 16 antenna element).
しかし、水平偏波を送受信する送受信アレーアンテナをスロットアレーアンテナにより構築すると（図１２参照）、スロットＱの指向性により、送信アンテナＲ１から放射された偏波は、受信アンテナＲ２の方向に放射される成分が生じて受信アンテナに影響を与え、送信アンテナと受信アンテナとの間のアイソレーションが低くなる（例えば、１６×１６のアンテナ素子を有するアンテナで４０［ｄＢ］程度）という問題が生じる。 However, when a transmission / reception array antenna that transmits and receives horizontal polarization is constructed by a slot array antenna (see FIG. 12), the polarization radiated from the transmission antenna R1 is radiated in the direction of the reception antenna R2 due to the directivity of the slot Q. This causes a problem that the reception antenna is affected and the isolation between the transmission antenna and the reception antenna is reduced (for example, about 40 [dB] for an antenna having a 16 × 16 antenna element).
本発明は、送信アンテナと受信アンテナを備えるアンテナにおいて、送信アンテナと受信アンテナとの間のアイソレーションを高めることができるアレーアンテナを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an array antenna that can increase isolation between a transmission antenna and a reception antenna in an antenna including a transmission antenna and a reception antenna.
本発明に係るアレーアンテナは、複数のスロットがマトリクス状に配置された第１層と、前記第１層に対向して配置され複数のダイポール素子がマトリクス状に配置された第２層と、を備える送信アンテナと、前記送信アンテナに並置され、複数のスロットがマトリクス状に配置された第３層と、前記第３層に対向して配置され複数のダイポール素子がマトリクス状に配置された第４層と、を備える受信アンテナと、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間に設けられ、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間のアイソレーションを確保する隔壁と、を備え、前記送信アンテナにおいて、前記複数のダイポール素子は、前記複数のスロットに位置が対応するように配置され、前記受信アンテナにおいて、前記複数のダイポール素子は、前記複数のスロットに位置が対応するように配置されている。 An array antenna according to the present invention includes: a first layer in which a plurality of slots are arranged in a matrix; and a second layer in which a plurality of dipole elements are arranged in a matrix so as to face the first layer. A transmission antenna, a third layer juxtaposed to the transmission antenna, a plurality of slots arranged in a matrix, and a fourth layer arranged opposite to the third layer and a plurality of dipole elements arranged in a matrix A receiving antenna comprising a layer, and a partition wall provided between the transmitting antenna and the receiving antenna to ensure isolation between the transmitting antenna and the receiving antenna, in the transmitting antenna, The plurality of dipole elements are arranged so that their positions correspond to the plurality of slots, and in the receiving antenna, the plurality of dipole elements are Located at the plurality of slots are arranged to correspond.
更に本発明は、前記送信アンテナにおいて、前記第１層は、信号電力が給電されると、前記第２層との間に形成された空間に偏波を放射し、前記第２層は、前記第１層から放射された前記偏波により励振され、前記受信アンテナとの間のアイソレーションを確保する方向に前記偏波の指向性が調整された偏波を外部空間に放射するように構成されていてもよい。 Further, in the transmitting antenna according to the present invention, when signal power is supplied to the first layer, the first layer radiates polarized waves in a space formed between the first layer and the second layer. Excited by the polarized wave radiated from the first layer, and configured to radiate a polarized wave whose polarization directivity is adjusted in a direction to ensure isolation from the receiving antenna to an external space. It may be.
更に本発明は、前記送信アンテナにおいて、前記第１層における前記複数のスロットは、前記偏波を水平偏波で前記第２層における対応する位置の前記複数のダイポール素子に放射し、前記第２層において前記複数のダイポール素子は、前記複数のスロットから放射された前記水平偏波の指向性が調整された水平偏波を外部空間に放射するように構成されていてもよい。 Furthermore, in the transmitting antenna, the plurality of slots in the first layer radiate the polarized wave to the plurality of dipole elements at corresponding positions in the second layer as horizontal polarization, and In the layer, the plurality of dipole elements may be configured to radiate horizontally polarized waves adjusted in directivity of the horizontally polarized waves radiated from the plurality of slots to an external space.
更に本発明は、前記送信アンテナにおいて、前記第２層は、信号電力が給電されると、前記第１層との間に形成された空間に偏波を放射し、前記第１層は、前記第２層から放射された前記偏波により励振され、前記受信アンテナとの間のアイソレーションを確保する方向に前記偏波の指向性が調整された偏波を外部空間に放射するように構成されていてもよい。 Furthermore, in the transmitting antenna, when the signal power is supplied to the second layer, the second layer radiates polarized waves in a space formed between the first layer and the first layer, Excited by the polarized wave radiated from the second layer, and configured to radiate a polarized wave whose polarization directivity is adjusted in a direction to ensure isolation from the receiving antenna to an external space. It may be.
更に本発明は、前記送信アンテナにおいて、前記第２層における前記複数のダイポール素子は、前記偏波を垂直偏波で前記第１層における対応する位置の前記複数のスロットに放射し、前記第１層において前記複数のスロットは、前記複数のダイポール素子から放射された前記垂直偏波の指向性が調整された垂直偏波を外部空間に放射するように構成されていてもよい。 Further, the present invention is the transmission antenna, wherein the plurality of dipole elements in the second layer radiate the polarized wave to the plurality of slots at corresponding positions in the first layer with the vertical polarization, In the layer, the plurality of slots may be configured to radiate vertically polarized waves whose directivity of the vertically polarized waves radiated from the plurality of dipole elements is adjusted to an external space.
更に本発明は、前記送信アンテナにおいて、前記ダイポール素子は長手方向と短手方向を有する形状に形成され、長手方向と短手方向を有する形状に形成された前記スロットに対して長手方向同士が直交するように配置され、前記受信アンテナにおいて、前記ダイポール素子は長手方向と短手方向を有する形状に形成され、長手方向と短手方向を有する形状に形成された前記スロットに対して長手方向同士が直交するように配置されていてもよい。 Further, the present invention is the transmission antenna, wherein the dipole element is formed in a shape having a longitudinal direction and a transverse direction, and the longitudinal directions are orthogonal to the slot formed in a shape having the longitudinal direction and the transverse direction. In the receiving antenna, the dipole element is formed in a shape having a longitudinal direction and a transverse direction, and the longitudinal directions are in relation to the slot formed in a shape having a longitudinal direction and a transverse direction. You may arrange | position so that it may orthogonally cross.
更に本発明は、前記複数のダイポール素子のそれぞれは、偏波の方向に対して一体に形成されていてもよい。 In the present invention, each of the plurality of dipole elements may be integrally formed with respect to the direction of polarization.
更に本発明は、前記複数のダイポール素子のそれぞれは、偏波の方向に対して分離して形成されていてもよい。 Furthermore, in the present invention, each of the plurality of dipole elements may be formed separately from the polarization direction.
以上より、本発明によれば、ダイポール素子の指向性又はスロットの指向性を利用して送信アンテナから放射される偏波の指向性を調整し、隣接する受信アンテナの方向に偏波が到達することを抑制することができる。 As described above, according to the present invention, the directivity of the polarization radiated from the transmission antenna is adjusted using the directivity of the dipole element or the directivity of the slot, and the polarization reaches the direction of the adjacent reception antenna. This can be suppressed.
本発明に係るスロットアレーアンテナによると、送信アンテナと受信アンテナを備えるアンテナにおいて、送信アンテナと受信アンテナとの間のアイソレーションを高めることができる。 According to the slot array antenna according to the present invention, the isolation between the transmission antenna and the reception antenna can be increased in the antenna including the transmission antenna and the reception antenna.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係るアレーアンテナについて説明する。 Hereinafter, an array antenna according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
［第１実施形態］
［全体構成］
図１に示されるように、アレーアンテナ１は、垂直偏波を送受信する送受信アレーアンテナ２と、水平偏波を送受信する送受信アレーアンテナ３とを備える。送受信アレーアンテナ２と送受信アレーアンテナ３とは、例えば、基準面（例えば、ｘｙ平面）に対して垂直方向（ｚ軸方向）に隣接して配置されているが、水平方向（ｙ軸方向）に隣接していてもよい。上述した配置関係は一例であり、他の配置関係であってもよい。このような構成により、アレーアンテナ１は、垂直偏波と水平偏波を同時に送受信することができる。
[First Embodiment]
[overall structure]
As shown in FIG. 1, the
［垂直偏波の送受信について］
まず、垂直偏波を送受信する送受信アレーアンテナ２について説明する。送受信アレーアンテナ２は、例えば、垂直偏波を送信する送信アンテナ１０と、垂直偏波を受信する受信アンテナ３０とを備える。送信アンテナ１０及び受信アンテナ３０においては、例えば、既知のスロットアレーアンテナを用いることができる（例えば、特許文献１又は特許文献２参照）。
[Vertical polarization transmission / reception]
First, the transmission /
送信アンテナ１０と、受信アンテナ３０とは、例えば、基準面（ｘｙ面）に対して並置されている。送信アンテナ１０と、受信アンテナ３０とは、同じ構造を有している。以下、送信アンテナ１０について説明するが、受信アンテナ３０も同じ構造である。
The
送信アンテナ１０は、矩形のスロット板１１を備える。スロット板１１は、例えば、金属などの導体で形成された板状体である。スロット板１１には、複数のスロット１２がマトリクス状に配置されている。スロット１２は、スロット板１１に設けられた矩形の貫通孔である。
The
図示するように、複数のスロット１２が４×４のマトリクス状に配置されているものが例示されているが、スロット１２の個数及び配置はアンテナの用途や送受信する距離、電波の周波数等の条件により変更される。例えば、スロット１２の個数は、４×４、８×８、１６×１６、３２×３２、６４×６４、…等の配置を用いてもよい。但し、スロット１２の配置関係は、正方形の配置に限らず、行方向と列方向で必ずしも同じ数とならなくてもよい。
As shown in the figure, a plurality of
スロット１２は、例えば、長手方向と短手方向がある矩形の貫通孔として設けられている。複数のスロット１２のそれぞれは、矩形の長手方向が鉛直方向（例えば、ｚ軸方向）に沿うように配列されている。
The
スロット板２２には、信号電力を入力して各スロットに分配する入力部が接続される（不図示）。入力される信号の周波数は、例えば、４０［ＧＨｚ］である。入力部は、例えば、入力された信号電力を分配する給電回路と、分配された信号電力が給電される給電スロットと、給電スロットからの信号電力を励振するキャビティとを備える（例えば、特許文献１又は特許文献２参照）。 The slot plate 22 is connected to an input unit for inputting signal power and distributing the signal power to each slot (not shown). The frequency of the input signal is, for example, 40 [GHz]. The input unit includes, for example, a power supply circuit that distributes input signal power, a power supply slot to which the distributed signal power is supplied, and a cavity that excites signal power from the power supply slot (for example, Patent Document 1). Or refer to Patent Document 2).
スロット板２２の入力側で信号電力が励振されると、複数のスロット１２からスロット板２２の放射側の外部空間に偏波が放射される。このとき、スロット１２の長手方向に直交する方向に偏波が放射されるため、複数のスロット１２からは、垂直偏波が放射される。一対のアレーアンテナ１を対向して配置することにより、偏波を送受信することができる。
When signal power is excited on the input side of the slot plate 22, polarized waves are radiated from the plurality of
受信アンテナ３０においては、対向する送信アンテナ１０から送信された垂直偏波を複数のスロット３２から受信する。上述したように、垂直偏波を送受信する送受信アレーアンテナ２は、スロットの指向性により、送信アンテナ１０と受信アンテナ３０との間のアイソレーションは高くなる。
The receiving
［水平偏波の送受信について］
次に、水平偏波を放射する送受信する送受信アレーアンテナ３の構成について説明する。図示するように、送受信アレーアンテナ３は、例えば、水平偏波を放射する送信アンテナ５０と、水平偏波を受信する受信アンテナ７０とを備える。送信アンテナ５０と、例えば、受信アンテナ７０とは、偏波の進行方向（＋ｘ方向）に直交する基準面の一方向（＋ｙ方向）に沿って並置されている。
[Transmission and reception of horizontally polarized waves]
Next, the configuration of the transmission /
送信アンテナ５０と、受信アンテナ７０とは、同じ構造を有している。上述したように、既知のスロットアレーアンテナで水平偏波を送受信する送受信アレーアンテナを構築すると、送信アンテナと受信アンテナとの間のアイソレーションが垂直偏波を送受信する場合に比して低くなる。
The transmitting
そのため、送受信アレーアンテナ３において、送信アンテナ５０と、受信アンテナ７０とには、アイソレーションを確保するための構造が設けられる。以下、受信アンテナ７０は、送信アンテナ５０と同様な構造を有しているため、代表して送信アンテナ５０について説明する。
Therefore, in the transmission /
図２に示されるように、送信アンテナ５０は、２層構造のアンテナとして構成されている。送信アンテナ５０は、例えば、水平偏波を放射するスロットアレーアンテナで構成された第１層Ｌ１と、第１層Ｌ１に対向して配置され、第１層Ｌ１から放射された水平偏波の指向性を調整するための第２層Ｌ２とを備える。
As shown in FIG. 2, the
送信アンテナ５０における第１層Ｌ１は、受信アンテナ７０における第３層Ｌ３に、送信アンテナ５０における第２層Ｌ２は、受信アンテナ７０における第４層Ｌ４に対応する。
The first layer L1 in the
図示されていないが、第１層Ｌ１の放射面と反対側の面には、信号電力が入力される入力部が接続される（例えば、特許文献１又は特許文献２参照）。入力部は、例えば、入力された信号電力を分配する給電回路と、分配された信号電力が給電される給電スロットと、給電スロットからの電力を励振するキャビティとにより構成されたものが用いられる。第１層Ｌ１から偏波の進行方向に（＋ｘ方向）に所定距離離間して第２層Ｌ２が対向して配置される。所定距離は、例えば１／２波長以下の距離である。
Although not shown, an input unit to which signal power is input is connected to the surface of the first layer L1 opposite to the radiation surface (see, for example,
第１層Ｌ１は、矩形のスロット板５１を備える。スロット板５１は、例えば、金属などの導体で形成された矩形の板状体である。スロット板５１には、複数のスロット５２がマトリクス状に配置されている。スロット５２は、スロット板５１に設けられた矩形の貫通孔である。スロット５２は、矩形の長手方向（ｚ方向）がスロット５２から放射される偏波の偏波面（ｘｙ面）と直交する。
The first layer L1 includes a
隣接するスロット５２間の長さは、１波長未満（例えば０．９５［λ］以下）である。スロット板５１の一面側５１ａ（放射面）には、電磁波の漏れを防ぐための隔壁５４が設けられている。隔壁５４は、４枚の矩形の板状体により形成されており、スロット板５１の周囲を囲むように延在している。
The length between
隔壁５４は、スロット板５１の放射面から偏波の進行方向（＋ｘ方向）に立設されている。隔壁５４の偏波の進行方向における高さは、例えば、１／２波長以下である。隔壁５４において、送信アンテナ５０と、受信アンテナ７０との間に設けられている隔壁５４Ａは、送信アンテナ５０と受信アンテナ７０との間で共用される。隔壁５４Ａにより、送信アンテナ５０と、受信アンテナ７０との間における偏波の漏洩が防止され、送信アンテナ５０と、受信アンテナ７０との間のアイソレーションが確保される。
The
スロット板５１と隔壁５４とにより形成された空間Ｓは、第２層Ｌ２により塞がれる。第２層Ｌ２は、矩形の誘電板５５と、誘電板５５に設けられた複数のダイポール素子５６とを備える。複数のダイポール素子５６のそれぞれは、複数のスロット５２のそれぞれに位置が対応するように配置されている。
The space S formed by the
図３に示されるように、誘電板５５は、例えば、矩形の導体板５５Ａと、一対の矩形の第１誘電板５５Ｂと第２誘電板５５Ｃとを備える。誘電板５５は、導体板５５Ａが一対の第１誘電板５５Ｂと第２誘電板５５Ｃとの間に挟まれたサンドイッチ構造を有する。
As shown in FIG. 3, the
導体板５５Ａは、例えば、金属などの導体で形成された板状体である。導体板５５Ａには、複数のダイポール素子５６に対応する位置に楕円形の貫通孔Ｈ１が設けられている。貫通孔Ｈ１は、後述の一対の導体柱５６Ｃ，５６Ｄが挿通された状態で導体柱５６Ｃ，５６Ｄに接触しない大きさに形成されている。
The
第１誘電板５５Ｂは、例えば、樹脂などの誘電体で形成された板状体である。第１誘電板５５Ｂは、例えば、導体板５５Ａに対して貼り付けられる。第１誘電板５５Ｂは、導体板５５Ａに対して溶融した樹脂を塗布することで形成されてもよい。
The first
第１誘電板５５Ｂには、一対の円形の貫通孔Ｈ２，Ｈ３が複数のダイポール素子５６の位置に対応して複数の位置に設けられている。第２誘電板５５Ｃは、第１誘電板５５Ｂと同じ構造である。第２誘電板５５Ｃは、例えば、樹脂などの誘電体で形成された板状体である。第２誘電板５５Ｃは、第１誘電板５５Ｂと同様の手法で導体板５５Ａに対して形成される。第２誘電板５５Ｃには、一対の円形の貫通孔Ｈ４，Ｈ５が複数のダイポール素子５６の位置に対応して複数の位置に設けられている。
In the first
第１誘電板５５Ｂと、導体板５５Ａと、第２誘電板５５Ｃとを積層すると、誘電板５５には一対の貫通孔が形成される。この一対の貫通孔には、それぞれ一対の導体柱５６Ｃ，５６Ｄが挿通される。一対の導体柱５６Ｃ，５６Ｄは、例えば、金属などの導体で形成された円柱である。一対の導体柱５６Ｃ，５６Ｄの長さは、誘電板５５の厚さと略同一である。貫通孔Ｈ２，Ｈ４及び貫通孔Ｈ３、Ｈ５の径は、導体柱５６Ｃ，５６Ｄと略同一である。
When the first
一対の導体柱５６Ｃ，５６Ｄの両端には、一対の矩形の第１ダイポール板５６Ａ及び第２ダイポール板５６Ｂが接続される。一対の第１ダイポール板５６Ａ及び第２ダイポール板５６Ｂは、金属などの導体で形成された板状体である。これにより、一対の導体柱５６Ｃ，５６Ｄと一対の第１ダイポール板５６Ａ及び第２ダイポール板５６Ｂとは、電気的に接続される。導体板５５Ａと第１ダイポール板５６Ａ及び第２ダイポール板５６Ｂとは、貫通孔Ｈ１が一対の導体柱５６Ｃ，５６Ｄと接触していないため、電気的に接続していない。このような構成により、第１ダイポール板５６Ａ及び第２ダイポール板５６Ｂのそれぞれは、ダイポールアンテナとして機能する。
A pair of rectangular first and
第１ダイポール板５６Ａ及び第２ダイポール板５６Ｂは、それぞれ長手方向と短手方向を有する矩形に形成されている。一対の第１ダイポール板５６Ａ及び第２ダイポール板５６Ｂは、スロット５２に対して長手方向同士が直交するように配置されている（図２参照）。このような構成により、送信アンテナ５０は、水平偏波を送信することができる。
The
受信アンテナ７０は、送信アンテナ５０と同様の構成を有することにより、通信相手となる送信アンテナ５０から放射された水平偏波を受信することができる。
The receiving
次に送受信アレーアンテナ３の動作について説明する。送信アンテナ５０において、スロット板５１の他面側５２ｂに接続された入力部で分配され、励振された信号電力により、スロット板５１の放射面側に存在する空間Ｓに向かって、複数のスロット５２から水平偏波Ｆ１が放射される（図２参照）。この時、隔壁５４Ａにより、空間Ｓに放射された水平偏波Ｆ１は、受信アンテナ７０側に漏洩せず、送信アンテナ５０と受信アンテナ７０との間のアイソレーションが確保される。
Next, the operation of the transmission /
放射された水平偏波Ｆ１は、第１ダイポール板５６Ａ（図３参照）を励振する。第１ダイポール板５６Ａが励振されることにより、電気的に接続された第２ダイポール板５６Ｂを励振し、第２ダイポール板５６Ｂから外部空間に水平偏波Ｆ２が放射される（図２参照）。
The radiated horizontal polarization F1 excites the
図４に示されるように、第２ダイポール板５６Ｂの指向性は、第２ダイポール板５６Ｂの長手方向の軸線を中心に８の字型になり、第２ダイポール板５６Ｂの長手方向（ｙ軸方向）には、偏波が到達しにくくなる。図において、Ｅ面は、電解ベクトルと最大放射方向を含む平面であり、Ｈ面は、磁界ベクトルと最大放射方向を含む平面である。
As shown in FIG. 4, the directivity of the
従って、複数のダイポール素子５６の指向性により、送信アンテナ５０から水平偏波が放射される場合、隣接する受信アンテナ７０の方向への偏波の放射が抑制される。送信アンテナ５０は、複数のダイポール素子５６によりスロット５２から放射された水平偏波Ｆ１の指向性を調整し、アイソレーションを確保する方向に調整された水平偏波Ｆ２を外部空間に放射する。このように、送受信アレーアンテナ３は、送信アンテナ５０と、受信アンテナ７０との間のアイソレーションを高めることができる。
Therefore, due to the directivity of the plurality of
上述したように第１実施形態によれば、アレーアンテナ１は、垂直偏波を送受信する送受信アレーアンテナ２と、水平偏波を送受信する送受信アレーアンテナ３により、送信側のアンテナと受信側のアンテナとの間でアイソレーションを高い状態に保ちつつ、直交偏波を同時に送受信することができる。
As described above, according to the first embodiment, the
［第２実施形態］
第１実施形態のアレーアンテナ１は、例えば、周波数が４０［ＧＨｚ］程度の偏波を送受信するものであった。しかし、送受信する周波数が３［Ｇｈｚ］程度の低周波数の偏波をアレーアンテナ１で送受信する場合、導波管を用いた給電回路や受信回路が４０［ＧＨｚ］程度の偏波を送受信するものに比して１０倍程度になり、重量が増大する。
[Second Embodiment]
For example, the
第２実施形態では、重量を低減することができるアレーアンテナ１００を提供する。以下の説明では、第１実施形態と同一の構成については同一の名称及び符号を用い、重複する説明については適宜省略する。
In 2nd Embodiment, the
［全体構成］
図５に示されるように、アレーアンテナ１００は、垂直偏波を送受信する送受信アレーアンテナ１０２と、水平偏波を送受信する送受信アレーアンテナ１０３とを備える。送受信アレーアンテナ１０２と送受信アレーアンテナ１０３とは、基準面（例えば、ｘｙ平面）に対して垂直方向（ｚ軸方向）に隣接して配置されているが、水平方向（ｙ軸方向）に隣接していてもよい。上述した配置関係は一例であり、他の配置関係であってもよい。
[overall structure]
As shown in FIG. 5, the
［水平偏波の送受信について］
送受信アレーアンテナ１０３は、水平偏波を送信する送信アンテナ１５０と、水平偏波を受信する受信アンテナ１７０とを備える。送信アンテナ１５０と、水平偏波を受信する受信アンテナ１７０とは、複数のダイポール素子１５２を有するアレーアンテナである。送信アンテナ１５０と、水平偏波を受信する受信アンテナ１７０とは、同一の構成を備えているため、代表して送信アンテナ１５０について説明する。
[Transmission and reception of horizontally polarized waves]
The transmission /
送信アンテナ１５０の構成は、第１実施形態の送信アンテナにおける第２層Ｌ２の構成と同様である。送信アンテナ１５０における第１層Ｍ１は、受信アンテナ１７０における第３層Ｍ３に、送信アンテナ１５０における第２層Ｍ２は、受信アンテナ１７０における第４層Ｍ４に対応する。
The configuration of the
送信アンテナ１５０は、矩形の導体板１５１を備える。導体板１５１には、複数のダイポール素子１５２がマトリクス状に配置されている。図示されていないが、送信アンテナ１５０には、給電回路が接続される。この給電回路は、例えば、電気的な回路で構成され、ダイポール素子１５２の給電側に設けられた第１ダイポール板（図３参照）に電極を介して接続される。給電回路は、既知の回路が用いられる。
The
これにより複数のダイポール素子１５２のそれぞれに信号電力が給電される。そして、複数のダイポール素子１５２のそれぞれから水平偏波が放射される。給電回路を電気的な回路で構成することにより、導波管で給電回路を構成した場合に比して装置全体の重量が低減される。
Thereby, signal power is supplied to each of the plurality of
第１実施形態の第２層Ｌ２における効果と同様に、複数のダイポール素子１５２から放射された水平偏波は、隣接する受信アンテナ１７０への到達が抑制されるため、送信アンテナ１５０と受信アンテナ１７０との間のアイソレーションが高くなる。
Similarly to the effect in the second layer L2 of the first embodiment, since the horizontally polarized waves radiated from the plurality of
［垂直偏波の送受信について］
送受信アレーアンテナ１０２は、垂直偏波を送信する送信アンテナ１１０と、垂直偏波を受信する受信アンテナ１３０とを備える。送信アンテナ１１０と、受信アンテナ１３０とは、例えば、基準面（ｘｙ面）に対して並置されている。送信アンテナ１１０と、受信アンテナ１３０とは、同じ構造を有している。以下、送信アンテナ１１０について説明するが、受信アンテナ１３０も同じ構造を有している。
[Vertical polarization transmission / reception]
The transmission /
図６に示されるように、送信アンテナ１１０は、２層構造のアンテナとして構成されている。送信アンテナ１５０は、例えば、第１層Ｍ１と、第１層Ｍ１に対向して配置された第２層Ｍ２とを備える。ここで、第１層Ｍ１は、第１実施形態の第１層Ｌ１と同様の構成を有し、第２層Ｍ２も第１実施形態の第２層Ｌ２と同様の構成を有する。
As shown in FIG. 6, the
送信アンテナ１５０においては、複数のダイポール素子を備える第２層Ｍ２から放射された垂直偏波の指向性を複数のスロットを備える第１層Ｍ１を用いて調整する。第２層Ｍ２には、ダイポール素子１１６の給電側に設けられた第１ダイポール板（図３参照）に電極を介して接続される。これにより複数のダイポール素子１１６のそれぞれに信号電力が給電される。そして、複数のダイポール素子１５２のそれぞれから垂直偏波が放射される。
In the
図７に示されるように、仮に、複数のダイポール素子Ｄにより、第２層Ｍ２と同様の構成を備える送受信アレーアンテナを構成すると、ダイポール素子の指向性（図４参照）により、送信アンテナから放射された水平偏波の成分が受信アンテナに影響を与え、送信アンテナと受信アンテナとの間のアイソレーションが低くなる。 As shown in FIG. 7, if a transmission / reception array antenna having the same configuration as that of the second layer M2 is configured by a plurality of dipole elements D, radiation from the transmission antenna is performed due to the directivity of the dipole elements (see FIG. 4). The horizontally polarized component thus affected affects the receiving antenna, and the isolation between the transmitting antenna and the receiving antenna is lowered.
図６に戻り、送信アンテナ１５０においては、送信アンテナ１１０と、受信アンテナ１３０との間に隔壁１１４Ａを設け、送信アンテナ１１０と、受信アンテナ１３０との間のアイソレーションを確保する。更に、送信アンテナ１５０において、第２層Ｍ２に対向して第１層Ｍ１が配置される。
Returning to FIG. 6, in the
ダイポール素子１１６の第１ダイポール板に信号電力が給電されると、ダイポール素子１１６の第２ダイポール板が励振され、隔壁１１４内の空間Ｓに第２ダイポール板から垂直偏波が放射される。放射された垂直偏波は、対応する位置のスロット１１２に到達し、スロット１１２から外部空間に対して指向性が調整された垂直偏波が放射される。
When signal power is supplied to the first dipole plate of the
この時、上述したように、垂直偏波を放射するスロット１１２の指向性により、送信アンテナ１１０から放射された垂直偏波は、受信アンテナ１３０に到達しにくくなる。従って、垂直偏波を送受信する送受信アレーアンテナ１０２において、送信アンテナ１１０と受信アンテナ１３０との間のアイソレーションが高くなる。
At this time, as described above, the vertical polarization radiated from the
上述したように第２実施形態によれば、アレーアンテナ１００は、垂直偏波を送受信する送受信アレーアンテナ１０２と、水平偏波を送受信する送受信アレーアンテナ１０３により、送信側のアンテナと受信側のアンテナとの間でアイソレーションを高い状態に保ちつつ、直交偏波を同時に送受信することができる。
As described above, according to the second embodiment, the
更に、アレーアンテナ１００は、垂直偏波を送受信する送受信アレーアンテナ１０２に接続される給電回路を電気的な回路で構成することにより、低周波の信号を送受信するさいに構成される装置の重量を低減することができる。
Furthermore, the
［変形例１］
上記の実施形態において、ダイポール素子は、一対の矩形のダイポール板が用いられていた。ダイポール板は、必ずしも一体で形成されていなくてもよく、２枚の板状体で分離して形成されていてもよい。
[Modification 1]
In the above embodiment, the pair of rectangular dipole plates is used for the dipole element. The dipole plate is not necessarily formed integrally, and may be formed separately by two plate-like bodies.
図８に示されるように、ダイポール素子Ｐにおいて、第１ダイポール板Ｐ１は、２枚の矩形の板状体Ｐ２，Ｐ３で形成され、第２ダイポール板Ｐ６は、２枚の矩形の板状体Ｐ７，Ｐ８で形成されている。２枚の板状体Ｐ２，Ｐ３のそれぞれには、導体柱Ｐ４，Ｐ５の一端が接続される。導体柱Ｐ４，Ｐ５の他端には、２枚の板状体Ｐ７，Ｐ８がそれぞれ接続される。ダイポール素子Ｐは、放射される偏波に対するアイソレーションの高さに応じて適宜用いられる。 As shown in FIG. 8, in the dipole element P, the first dipole plate P1 is formed of two rectangular plates P2 and P3, and the second dipole plate P6 is two rectangular plates. P7 and P8 are formed. One end of conductor pillars P4 and P5 is connected to each of the two plate-like bodies P2 and P3. Two plate-like bodies P7 and P8 are connected to the other ends of the conductor pillars P4 and P5, respectively. The dipole element P is appropriately used according to the height of isolation with respect to the emitted polarized wave.
［変形例２］
図９に示されるように、送受信アレーアンテナ３において、送信アンテナ５０と受信アンテナ７０との間の隔壁は、外部空間の偏波の放射方向に向かって突出して形成されていてもよい。突出した隔壁５４Ｂの高さは、送信アンテナ５０と受信アンテナ７０との間のアイソレーションの値によって適宜調整される。図１０に示されるように、送受信アレーアンテナ１０２においても突出した隔壁１１４Ｂが設けられていてもよい。突出した隔壁を送信アンテナと受信アンテナとの間に設けることにより、送信アンテナと受信アンテナとの間のアイソレーションを更に高めることができる。
[Modification 2]
As shown in FIG. 9, in the transmission /
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
１…アレーアンテナ、２、３…送受信アレーアンテナ、１０…送信アンテナ、１１…スロット板、１２…スロット、２２…スロット板、３０…受信アンテナ、３２…スロット、５０…送信アンテナ、５１…スロット板、５２…スロット、５４…隔壁、５４Ａ…隔壁、５４Ｂ…隔壁、５５…誘電板、５５Ａ…導体板、５５Ｂ…第１誘電板、５５Ｃ…第２誘電板、５６…ダイポール素子、５６Ａ…第１ダイポール板、５６Ｂ…第２ダイポール板、５６Ｃ…導体柱、５６Ｄ…導体柱、７０…受信アンテナ、１００…アレーアンテナ、１０２、１０３…送受信アレーアンテナ、１１０…送信アンテナ、１１２…スロット、１１４…隔壁、１１４Ａ、１１４Ｂ…隔壁、１１６…ダイポール素子、１３０…受信アンテナ、１５０…送信アンテナ、１５１…導体板、１５２…ダイポール素子、１７０…受信アンテナ、Ｄ…ダイポール素子、Ｈ１…貫通孔、Ｈ２…貫通孔、Ｈ３…貫通孔、Ｈ４…貫通孔、Ｈ５…貫通孔、Ｌ１…第１層、Ｌ２…第２層、Ｌ３…第３層、Ｌ４…第４層、Ｍ１…第１層、Ｍ２…第２層、Ｍ３…第３層、Ｍ４…第４層、Ｐ…ダイポール素子、Ｐ１…第１ダイポール板、Ｐ２…板状体、Ｐ３…板状体、Ｐ４…導体柱、Ｐ５…導体柱、Ｐ６…第２ダイポール板、Ｐ７…板状体、Ｐ８…板状体
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記送信アンテナに並置され、複数のスロットがマトリクス状に配置された第３層と、前記第３層に対向して配置され複数のダイポール素子がマトリクス状に配置された第４層と、を備える受信アンテナと、
前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間に設けられ、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間のアイソレーションを確保する隔壁と、を備え、
前記送信アンテナにおいて、前記複数のダイポール素子は、前記複数のスロットに位置が対応するように配置され、
前記受信アンテナにおいて、前記複数のダイポール素子は、前記複数のスロットに位置が対応するように配置されている、
アレーアンテナ。 A transmission antenna comprising: a first layer in which a plurality of slots are arranged in a matrix; and a second layer in which a plurality of dipole elements are arranged in a matrix so as to face the first layer;
A third layer disposed in parallel with the transmission antenna and having a plurality of slots arranged in a matrix; and a fourth layer having a plurality of dipole elements arranged in a matrix and opposed to the third layer. A receiving antenna;
A partition that is provided between the transmission antenna and the reception antenna and that secures isolation between the transmission antenna and the reception antenna;
In the transmission antenna, the plurality of dipole elements are arranged so that their positions correspond to the plurality of slots,
In the receiving antenna, the plurality of dipole elements are arranged so that their positions correspond to the plurality of slots,
Array antenna.
前記第１層は、信号電力が給電されると、前記第２層との間に形成された空間に偏波を放射し、
前記第２層は、前記第１層から放射された前記偏波により励振され、前記受信アンテナとの間のアイソレーションを確保する方向に前記偏波の指向性が調整された偏波を外部空間に放射する、
請求項１に記載のアレーアンテナ。 In the transmitting antenna,
When the signal power is supplied to the first layer, the first layer radiates polarized waves into a space formed between the first layer and the first layer.
The second layer is excited by the polarized wave radiated from the first layer, and the polarized wave in which the directivity of the polarized wave is adjusted in a direction to ensure isolation from the receiving antenna is external space. Radiates to the
The array antenna according to claim 1.
前記第１層における前記複数のスロットは、前記偏波を水平偏波で前記第２層における対応する位置の前記複数のダイポール素子に放射し、
前記第２層において前記複数のダイポール素子は、前記複数のスロットから放射された前記水平偏波の指向性が調整された水平偏波を外部空間に放射する、
請求項２に記載のアレーアンテナ。 In the transmitting antenna,
The plurality of slots in the first layer radiate the polarization to the plurality of dipole elements at corresponding positions in the second layer with horizontal polarization,
In the second layer, the plurality of dipole elements radiate horizontally polarized waves adjusted in directivity of the horizontally polarized waves radiated from the plurality of slots to an external space.
The array antenna according to claim 2.
前記第２層は、信号電力が給電されると、前記第１層との間に形成された空間に偏波を放射し、
前記第１層は、前記第２層から放射された前記偏波により励振され、前記受信アンテナとの間のアイソレーションを確保する方向に前記偏波の指向性が調整された偏波を外部空間に放射する、
請求項１に記載のアレーアンテナ。 In the transmitting antenna,
When the signal power is supplied to the second layer, the second layer radiates polarized light into a space formed between the second layer and
The first layer is excited by the polarized wave radiated from the second layer, and the polarized wave in which the directivity of the polarized wave is adjusted in a direction to ensure isolation from the receiving antenna is external space. Radiates to the
The array antenna according to claim 1.
前記第２層における前記複数のダイポール素子は、前記偏波を垂直偏波で前記第１層における対応する位置の前記複数のスロットに放射し、
前記第１層において前記複数のスロットは、前記複数のダイポール素子から放射された前記垂直偏波の指向性が調整された垂直偏波を外部空間に放射する、
請求項４に記載のアレーアンテナ。 In the transmitting antenna,
The plurality of dipole elements in the second layer radiate the polarized wave to the plurality of slots at corresponding positions in the first layer with vertical polarization,
In the first layer, the plurality of slots radiate vertically polarized waves in which the directivity of the vertically polarized waves radiated from the plurality of dipole elements is adjusted to an external space,
The array antenna according to claim 4.
前記受信アンテナにおいて、前記ダイポール素子は長手方向と短手方向を有する形状に形成され、長手方向と短手方向を有する形状に形成された前記スロットに対して長手方向同士が直交するように配置されている、
請求項１から５のうちいずれか１項に記載のアレーアンテナ。 In the transmitting antenna, the dipole element is formed in a shape having a longitudinal direction and a short direction, and is arranged so that the longitudinal directions are orthogonal to the slot formed in a shape having a longitudinal direction and a short direction. ,
In the receiving antenna, the dipole element is formed in a shape having a longitudinal direction and a short direction, and is arranged so that the longitudinal directions are orthogonal to the slot formed in a shape having the long direction and the short direction. ing,
The array antenna according to any one of claims 1 to 5.
請求項１から６のうちいずれか１項に記載のアレーアンテナ。 Each of the plurality of dipole elements is integrally formed with respect to the direction of polarization,
The array antenna according to any one of claims 1 to 6.
請求項１から６のうちいずれか１項に記載のアレーアンテナ。 Each of the plurality of dipole elements is formed separately from the polarization direction.
The array antenna according to any one of claims 1 to 6.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2018027407A JP2019145968A (en) | 2018-02-19 | 2018-02-19 | Array antenna |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7475203B2 (en) | 2020-06-09 | 2024-04-26 | 三菱電機株式会社 | Antenna Device |
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