JP2642540B2 - フェーズドアレーアンテナ - Google Patents

フェーズドアレーアンテナ

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JP2642540B2
JP2642540B2 JP3203620A JP20362091A JP2642540B2 JP 2642540 B2 JP2642540 B2 JP 2642540B2 JP 3203620 A JP3203620 A JP 3203620A JP 20362091 A JP20362091 A JP 20362091A JP 2642540 B2 JP2642540 B2 JP 2642540B2
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牧夫 土谷
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、航空機等の移動体に
搭載して有効なフェーズドアレーアンテナに関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】図4は従来のフェーズドアレーアンテナ
を示すブロック構成図である。図において、1〜3は当
該フェーズドアレーアンテナを構成している第1〜第3
のサブアレーアンテナである。
【0003】11は複数用意されて所定の面状に配置さ
れた、素子アンテナとしてのマイクロストリップパッチ
アンテナであり、12はこれらマイクロストリップパッ
チアンテナ11のそれぞれに接続された移相器である。
13はこれら各移相器12が接続された分配合成回路で
あり、14はその入出力端子である。
【0004】21,31はマイクロストリップパッチア
ンテナ11と同様のマイクロストリップパッチアンテナ
であり、22,32はマイクロストリップパッチアンテ
ナ21あるいは31をそれぞれに接続された移相器であ
る。23,33は各移相器22あるいは32が接続され
た分配合成回路であり、24,34はそれらの入出力端
子である。
【0005】前記第1〜第3のサブアレーアンテナ1〜
3はそれぞれ、これらマイクロストリップパッチアンテ
ナ11〜31、移相器12〜32、および分配合成回路
13〜33によって構成されている。
【0006】4は当該フェーズドアレーアンテナ全体の
入出力端子であり、5は前記第1〜第3のサブアレーア
ンテナ1〜3の各入出力端子14〜34を、このフェー
ズドアレーアンテナ全体の入出力端子4に切り換え接続
するスイッチである。
【0007】次に動作について説明する。例えば航空機
を対象とした移動体通信に使われるフェーズドアレーア
ンテナではビーム走査範囲が広く、且つビーム走査範囲
での放射特性の劣化が少ないことが要求される。また形
状については極力移動体の構造物に沿った低プロフィー
ルのものが望ましい。
【0008】このようにフェーズドアレーアンテナを移
動体の構造物に沿う形状とした場合、広範なビームカバ
レージを得るには移動体の広範な部分にアンテナを取付
ける必要があり、例えば航空機が水平飛行中に上半球全
域のビームカバレージを得るには機体の2つの側面と上
面の3箇所に設けることが望ましい。
【0009】例えば、図4に示す第1のサブアレーアン
テナ10は上方のビームカバレージを得、第2,第3の
サブアレーアンテナ20および30はそれぞれ左翼側お
よび右翼側のビームカバレージを得るものとする。
【0010】一般にフェーズドアレーアンテナでは、素
子アンテナ配列面の法線方向からの角度が増加する方向
にビームを走査すると利得が低下し、サイドローブレベ
ルが上昇する。従ってそれぞれのサブアレーアンテナ1
〜3のビームカバレージはビーム走査時でも所要の放射
特性が得られる範囲に限定される。
【0011】今、第1のサブアレーアンテナ1を選択す
る場合には、スイッチ4によって当該サブアレーアンテ
ナ1の入出力端子14を選択する。また、第2,3のサ
ブアレーアンテナ2あるいは3を選択する場合には同様
に、スイッチ4によって第2あるいは第3のサブアレー
アンテナ2,3の入出力端子24または34を選択す
る。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】従来のフェーズドアレ
ーアンテナは以上のように構成されているので、各サブ
アレーアンテナ1〜3をスイッチ4にて切り換えて使用
するためには各サブアレーアンテナ1〜3単体で所要の
放射特性(特に利得,サイドローブ特性)を得るよう設
計されねばならず、サブアレーアンテナ1〜3の利得,
サイドローブ特性は一般にマイクロストリップパッチア
ンテナ11〜31を配列した面積が大きいほど性能は向
上するものであるため、所要の性能を得るためには各サ
ブアレーアンテナ1〜3の面積を拡大する必要があり、
移動体実装上の大きな負担となるという問題点があっ
た。
【0013】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、比較的小さな面積でも充分に所
要のアンテナ利得,サイドローブ特性を実現できるフェ
ーズドアレーアンテナを得ることを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明に
係るフェーズドアレーアンテナは、第1のサブアレーア
ンテナを形成している各マイクロストリップパッチアン
テナの、同一直線偏波を励振する2つの給電点にダイオ
ードを介して移相器を接続し、給電点の一方をそれに接
続された移相器を介して第2のサブアレーアンテナに、
他方をそれに接続された移相器を介して第3のサブアレ
ーアンテナに合成するものである。
【0015】また、請求項2に記載の発明に係るフェー
ズドアレーアンテナは、第1のサブアレーアンテナを形
成している各マイクロストリップパッチアンテナの、同
一円偏波を励振する2組の給電点にダイオードを介して
移相器を接続し、給電点の一方の組をそれに接続された
移相器を介して第2のサブアレーアンテナに、他方の組
をそれに接続された移相器を介して第3のサブアレーア
ンテナに合成するものである。
【0016】
【作用】請求項1に記載の発明におけるフェーズドアレ
ーアンテナは、第1のサブアレーアンテナを形成してい
る各マイクロストリップパッチアンテナに、同一直線偏
波で励振できる2つの給電点を設けることにより、当該
第1のフェーズドアレーアンテナと他のサブアレーアン
テナとの合成を可能とし、全体としてのアンテナ面積の
小形化がはかれるフェーズドアレーアンテナを実現す
る。
【0017】また、請求項2に記載の発明におけるフェ
ーズドアレーアンテナは、第1のサブアレーアンテナを
形成している各マイクロストリップパッチアンテナに、
同一円偏波で励振できる2組の給電点を設けることによ
り、当該第1のフェーズドアレーアンテナと他のサブア
レーアンテナとの合成を可能とし、全体としてのアンテ
ナ面積の小形化がはかれるフェーズドアレーアンテナを
実現する。
【0018】
【実施例】実施例1.以下、この発明の実施例を図につ
いて説明する。図1は請求項1に記載の発明の一実施例
を示すブロック構成図である。図において、2,3は第
2および第3のサブアレーアンテナ、4は当該フェーズ
ドアレーアンテナ全体の入出力端子、5はスイッチ、2
1,31はマイクロストリップパッチアンテナ、22,
32は移相器、23,33は分配合成回路、24,34
は第2あるいは第3のサブアレーアンテナ2あるいは3
の入出力端子であり、図4に同一符号を付した従来のそ
れらと同一、あるいは相当部分であるため詳細な説明は
省略する。
【0019】61は複数用意されて所定の面状に配置さ
れ、それぞれに同一直線偏波を励振する2つの給電点が
設定された素子アンテナとしてのマイクロストリップパ
ッチアンテナである。
【0020】62はマイクロストリップパッチアンテナ
61の給電点の一方に接続され、それを前記第2のサブ
アレーアンテナ2に合成する移相器であり、63は前記
給電点の他方に接続されて、それを第3の前記サブアレ
ーアンテナ3に合成する移相器である。
【0021】6はこれらマイクロストリップパッチアン
テナ61と移相器62および63によって形成される第
1のサブアレーアンテナである。
【0022】また、図2は第1のサブアレーアンテナ6
を形成しているマクロストリップパッチアンテナ61へ
の給電を示す概念図である。図において、P1,P2は円
形の前記マイクロストリップパッチアンテナ61の互い
に対称な位置に設定された、同一直線偏波を励振する2
つの給電点である。
【0023】64,65はマイクロストリップパッチア
ンテナ61に近接して配置され、各給電点P1あるいは
2を、移相器62あるいは63に接続しているダイオ
ードであり、例えば、PINダイオードなどが用いられ
ている。
【0024】次に動作について説明する。第1のサブア
レーアンテナ6を形成しているマイクロストリップパッ
チアンテナ61は、図2に示すように同一直線偏波を励
振する2つの給電点P1,P2を有し、一方の給電点P1
は移相器62を経由して第2のサブアレーアンテナ2の
分配合成回路23に合成される。また他方の給電点P2
は移相器63を経由して第3のサブアレーアンテナ3の
分配合成回路33に合成される。
【0025】ここで、電波の送信を考えた場合、当該フ
ェーズドアレーアンテナ全体の入出力端子4に入力した
送信波はスイッチ5により選択され、各サブアレーアン
テナ2あるいはその入出力端子24もしくは34の一方
に入力される。今入出力端子24が選択されると送信波
は第2のサブアレーアンテナ2に入力され、その分配合
成回路23によって分配された後、第2のサブアレーア
ンテナ2の移相器22からマイクロストリップパッチア
ンテナ21に送出される。
【0026】また同時に、分配合成回路23で分配され
た信号は第1のサブアレーアンテナ6にも送られ、その
移相器62からマイクロストリップパッチアンテナ61
へも入力される。従ってこの時第1のサブアレーアンテ
ナ6と第2のサブアレーアンテナ2を同時に励振するこ
とが可能となる。
【0027】ここで第1のサブアレーアンテナ6の移相
器62および第2のサブアレーアンテナ2の移相器22
を所定の位相に設定しておくことにより、第1のサブア
レーアンテナ6と第2のサブアレーアンテナ2との合成
にて、所望の方向へビーム走査することが可能となる。
【0028】次に、スイッチ5によって第3のサブアレ
ーアンテナ3の入出力端子34が選択されたときには、
前述の場合と同様にして、第1のサブアレーアンテナ6
と第3のサブアレーアンテナ3を同時に励振でき、その
合成によって所望の方向へビーム走査が可能となる。
【0029】ここで第1のサブアレーアンテナ6のマイ
クロストリップパッチアンテナ61の励振について、図
2を用いて説明する。円形のマイクロストリップパッチ
アンテナ61は、移相器62を経由して給電点P1 で給
電されることにより、直線偏波を励振する。同様にし
て、移相器63を経由した波は、給電点P2にてマイク
ロストリップパッチアンテナ61に給電され、直線偏波
を励振する。
【0030】前述のように、給電点P1,P2にはマイク
ロストリップパッチアンテナ61に近接してダイオード
64,65が設けられている。移相器62を経由して送
信する場合にはダイオード64はオン状態にし、且つダ
イオード65をオフ状態にすることにより、給電点P1
で給電された波が給電点P2から漏洩することを抑制す
ることができる。移相器63を使用する場合には、逆に
ダイオード65をオン状態,ダイオード64をオフ状態
とし同様の効果が得られる。
【0031】そこで、スイッチ5が入出力端子24を選
択している時にダイオード64をオン状態,ダイオード
65をオフ状態に設定することにより、第1のサブアレ
ーアンテナ6と第2のサブアレーアンテナ2とを同時に
励振させることができる。
【0032】同様にして、スイッチ5が入出力端子34
を選択している時には、ダイオード64をオフ状態,ダ
イオード65をオン状態に設定することにより、第1の
サブアレーアンテナ6と第3のサブアレーアンテナ3と
を同時に励振させることができる。
【0033】なお、上記は送信時の動作について説明し
たが、受信の場合についても全く同様である。
【0034】実施励2.また、上記実施例では直線偏波
で励振される場合について説明したが、円偏波で励振す
る場合に適用することも可能である。図3は請求項2に
記載したそのような発明の一実施例を示す、マイクロス
トリップパッチアンテナへの給電を示す概念図である。
【0035】図において、P3,P4およびP5,P6はマ
イクロストリップパッチアンテナ61の互いに対称な位
置に、それぞれ90゜の角度をなして設定され、同一円
偏波を励振する2組の給電点である。64a,64bお
よび65a,65bはマイクロストリップパッチアンテ
ナ61に近接して配置され、各給電点P3,P4あるいは
5,P6を移相器62または63に接続するための、例
えばPINダイオードなどによるダイオードである。6
6,67はこれら各ダイオード64a,64bおよび6
5a,65bと移相器62および63の間に配置された
ハイブリッドである。
【0036】次に動作について説明する。ハイブリッド
66は移相器62から受けた送信波を等電力分配し、且
つ分配された2つの波に90゜の移相差を与えて、マイ
クロストリップパッチアンテナ61の給電点P3,P4
送出する。この給電点 P3,P4は互いに90゜の角度
を成しているため円偏波が励振される。
【0037】また、同様に移相器63からの送信波はハ
イブリッド67を経由してマイクロストリップパッチア
ンテナ61の給電点P5,P6に給電される。この給電点
5,P6 も互いに90゜離れているため、前述の場合
と同一の円偏波を得ることができる。
【0038】図3に示すように、給電点P3,P4にはマ
イクロストリップパッチアンテナ61に近接してダイオ
ード64a,64bが、また給電点P5,P6にはダイオ
ード65a,65bがそれぞれ配置されている。従っ
て、移相器62を経由して送信する場合には、ダイオー
ド64a,64bをオン状態にし、ダイオード65a,
65bをオフ状態にすることにより、給電点P3,P4
励振された波は給電点P5,P6に漏洩することなく円偏
波としてマイクロストリップパッチアンテナ61より放
射される。
【0039】また、移相器63を経由して送信する場合
には、ダイオード64a,64bをオフ状態に、ダイオ
ード65a,65bをオン状態とすることにより、同様
に動作する。
【0040】
【発明の効果】以上のように、請求項1に記載の発明に
よれば、第1のサブアレーアンテナを形成している各マ
イクロストリップパッチアンテナの、同一直線偏波を励
振する2つの給電点にダイオードを介して移相器を接続
し、給電点の一方をそれに接続された移相器を介して第
2のサブアレーアンテナに、他方のそれに接続された移
相器を介して第3のサブアレーアンテナに合成するよう
に構成したので、2つのサブアレーアンテナを容易に同
時励振することが可能となり、小さな面積でも充分に所
要のアンテナ利得、サイドローブ特性を実現できるフェ
ーズドアレーアンテナが得られる効果がある。
【0041】また、請求項2に記載の発明によれば、第
1のサブアレーアンテナを形成している各マイクロスト
リップパッチアンテナの、同一円偏波を励振する2組の
給電点にダイオードを介して移相器を接続し、給電点の
一方の組をそれに接続された移相器を介して第2のサブ
アレーアンテナに、他方の組をそれに接続された移相器
を介して第3のサブアレーアンテナに合成するように構
成したので、2つのサブアレーアンテナを容易に同時励
振することが可能となり、小さな面積でも充分に所要の
アンテナ利得、サイドローブ特性を実現できるフェーズ
ドアレーアンテナが得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1に記載の発明の一実施例によるフェー
ズドアレーアンテナを示すブロック構成図である。
【図2】上記実施例におけるマイクロストリップパッチ
アンテナへの給電を示す概念図である。
【図3】請求項2に記載の発明の一実施例におけるマイ
クロストリップパッチアンテナへの給電を示す概念図で
ある。
【図4】従来のフェーズドアレーアンテナを示すブロッ
ク構成図である。
【符号の説明】
2 第2のサブアレーアンテナ 3 第3のサブアレーアンテナ 4 フェーズドアレーアンテナ全体の入出力端子 5 スイッチ 6 第1のサブアレーアンテナ 21,31,61 マイクロストリップパッチアンテナ 22,32,62,63 移相器 24 第2のサブアレーアンテナ入出力端子 34 第3のサブアレーアンテナの入出力端子 64,65,64a,64b,65a,65b ダイオ
ード P1〜P6 給電点

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のマイクロストリップパッチアンテ
    ナを配列して形成した、少なくとも3つのサブアレーア
    ンテナを備えたフェーズドアレーアンテナにおいて、第
    1の前記サブアレーアンテナを形成している各マイクロ
    ストリップパッチアンテナの同一直線偏波を励振する2
    つの給電点に、それら給電点への流れを順方向としたダ
    イオードを介して移相器を接続し、前記給電点の一方
    を、それに接続された前記移相器を介して第2の前記サ
    ブアレーアンテナに合成し、前記給電点の他方を、それ
    に接続された前記移相器を介して第3の前記サブアレー
    アンテナに合成するとともに、前記第2のサブアレーア
    ンテナの入出力端子と第3のサブアレーアンテナの入出
    力端子とを、当該フェーズドアレーアンテナ全体の入出
    力端子に切り換え接続するスイッチを有することを特徴
    とするフェーズドアレーアンテナ。
  2. 【請求項2】 複数のマイクロストリップパッチアンテ
    ナを配列して形成した、少なくとも3つのサブアレーア
    ンテナを備えたフェーズドアレーアンテナにおいて、第
    1の前記サブアレーアンテナを形成している各マイクロ
    ストリップパッチアンテナの同一円偏波を励振する2組
    の給電点に、それら給電点への流れを順方向としたダ
    オードを介して移相器を接続し、前記給電点の一方の組
    を、それに接続された前記移相器を介して第2の前記サ
    ブアレーアンテナに合成し、前記給電点の他方の組を、
    それに接続された前記移相器を介して第3の前記サブア
    レーアンテナに合成するとともに、前記第2のサブアレ
    ーアンテナの入出力端子と第3のサブアレーアンテナの
    入出力端子とを、当該フェーズドアレーアンテナ全体の
    入出力端子に切り換え接続するスイッチを有することを
    特徴とするフェーズドアレーアンテナ。
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