JP3504531B2 - アレイアンテナ装置 - Google Patents

アレイアンテナ装置

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JP3504531B2 JP10524299A JP10524299A JP3504531B2 JP 3504531 B2 JP3504531 B2 JP 3504531B2 JP 10524299 A JP10524299 A JP 10524299A JP 10524299 A JP10524299 A JP 10524299A JP 3504531 B2 JP3504531 B2 JP 3504531B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、素子アンテナを
複数個配列して構成するアレイアンテナ装置の改良に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】図16〜図18は、従来のアレイアンテ
ナ装置の構成例を説明するための図で、図16は従来の
スパイラルアンテナを示す断面図、図17はこのスパイ
ラルアンテナの開口面の正面図、図18はこのスパイラ
ルアンテナを配列したアレイアンテナ装置の要部斜視図
である。この例は、例えば”MICROWAVE PASSIVE DIRECT
ION FINDING(STEPHEN E.LIPSKY 著)"に示されたもので
ある。図16及び図17において、1は渦巻き導体線路
をパターンエッチングしたスパイラル基板、2は給電基
板、3はキャビティ構造のケースである。1aと1b
は、スパイラル基板1にエッチングされた2本の渦巻き
導体線路(アーム)、1cと1dはそれぞれの渦巻き導
体線路1a,1bの巻終わり点をしめす。
【0003】次に、この従来のアレイアンテナ装置の動
作について説明する。スパイラルアンテナは、ある任意
の周波数fの波長をλとしたとき、渦巻き状の導体線路
の直径Dがλ/πに等しいとき(D=λ/πのとき)そ
の周波数fの電波が空間へ放射される。このスパイラル
アンテナを、図18に示すように複数個並べてアレイに
する時、その素子配列間隔d0は、スパイラルアンテナ
のケース直径D0に若干の余裕を見て、通常 d0 > D0 > D ≧ λ/π に選定される。これより、使用周波数範囲が必要な場合
には、下限周波数fLの波長λLで素子間隔が決定される
ことになる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来のアレイアンテナ
装置は、以上のように構成されているので、使用周波数
範囲(帯域)が広い場合、上限周波数付近では、波長換
算した素子間隔が広くならざるを得ないため、使用上好
ましくないグレーティングローブが発生するという欠点
があった。
【0005】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、配列方向の寸法が小さいスパ
イラルアンテナなどのアンテナ素子を使用することによ
り、アンテナの使用下限周波数fLの性能を変えること
なく、アンテナ素子の配列における素子間隔を狭め、帯
域上限周波数付近でのグレーティングローブの発生を抑
えた、広帯域性を有するアレイアンテナ装置を提供する
ことを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本願の請求項1の発明
は、複数の素子アンテナを配列したアレイアンテナ装置
において、アンテナ開口面を湾曲させた素子アンテナを
配列することにより、各素子アンテナの上記配列方向の
間隔が前記アンテナ開口面の前記配列方向に沿った長さ
より小さくなるようにしたこと特徴とするものである。
【0007】また、請求項2の発明は、請求項1に記載
のアレイアンテナ装置において、上記アンテナ開口面を
上記配列方向に沿って凸曲面又は凹曲面に形成したこと
を特徴とするものである。
【0008】また、請求項3の発明は、請求項1又は2
に記載のアレイアンテナ装置において、前記素子アンテ
ナは、スパイラルアンテナ又はパッチアンテナであるこ
を特徴とするものである。
【0009】
【0010】
【0011】
【0012】
【0013】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
について説明する。図中、同一または相当部分には同一
の符号を付して、その説明を場合により省略または簡略
化する。実施の形態1.図1〜図3は、この発明の実施
の形態1によるアレイアンテナ装置を説明するための図
で、図1はアンテナ開口面側から見た要部斜視図、図2
は平面図、図3は側面図である。図1〜図3において、
11はスパイラルアンテナなどの素子アンテナ、12は
素子アンテナ11のアンテナ基板などからなるアンテナ
開口面、13はアンテナ開口面に形成された渦巻き導体
線路を示す。なお、給電基板、素子アンテナのケースな
どは簡略化のため図示省略している。
【0014】この実施の形態の素子アンテナ11は、そ
の開口面12が平面ではなく、曲面に湾曲するように形
成されている。さらに具体的には、突状に、例えば円筒
形の曲面の一部のように形成されている。また、この湾
曲は、素子アンテナ11の配列方向に関して、突状にな
っている。具体的な形成方法としては、アレイアンテナ
装置の素子アンテナ11に使用しているスパイラルアン
テナ開口面のスパイラル基板を湾曲させる。
【0015】なお、上記の実施の形態では、スパイラル
基板11を凸面で湾曲させたが、凹面に湾曲させても同
一の効果が得られると共に、素子アンテナ11間に壁が
できたようになるため、素子アンテナ間の相互結合も抑
えることができ、良好なアレイパターンを得ることがで
きるようになる。
【0016】以上のように、この実施の形態では、複数
の素子アンテナを配列したアレイアンテナ装置におい
て、開口面を湾曲させた素子アンテナを配列し、各素子
アンテナの配列方向の間隔が各素子アンテナ開口面の曲
面に沿った長さより小さくなるようにする。このように
素子アンテナ11の開口面12(例えば、スパイラルア
ンテナ基板)を湾曲することにより、素子アンテナ11
の配列方向に関して素子アンテナ11(例えば、スパイ
ラルアンテナ)の径D1を小さくすることができるた
め、アレイアンテナとしての素子間隔d1を従来のもの
(d0)と比較して狭くできる(d0>d1)。これに
より、帯域上限周波数付近でのグレーティングローブの
発生を抑えることができる。
【0017】実施の形態2.図4〜図6は、この発明の
実施の形態2によるアレイアンテナ装置を説明するため
の図で、図4はアンテナ開口面を示す要部斜視図、図5
は平面図、図6は側面図である。図4〜図6において、
21はスパイラルアンテナなどの素子アンテナ、22は
素子アンテナ21のアンテナ基板などからなるアンテナ
開口面、23はアンテナ開口面に形成された渦巻き導体
線路を示す。なお、給電基板、素子アンテナのケースな
どは簡略化のため図示省略している。
【0018】この実施の形態の素子アンテナ21は、そ
の開口面22が素子アンテナの配列方向に対して傾斜す
るように形成されている。そして、開口面22(例え
ば、スパイラル基板)をアレイ開口面に対して交互に傾
けて配置(山折、谷折)することにより、配列方向の素
子間隔を小さくすることができる。
【0019】以上のように、この実施の形態では、複数
の素子アンテナを配列したアレイアンテナ装置におい
て、各素子アンテナの開口面が配列方向において交互に
屈曲するとともに連続するように配列し、各素子アンテ
ナの間隔が各素子アンテナ開口面の長さより小さくなる
ようにしている。このように素子アンテナ21の開口面
22(例えば、スパイラルアンテナ基板)を交互に屈折
して配置することにより、素子アンテナ21の配列方向
に関して素子アンテナ21(例えば、スパイラルアンテ
ナ)の径D2を小さくすることができるため、アレイア
ンテナとしての素子間隔d2を従来のものと比較して狭
くできる(d0>d2)。これにより、帯域上限周波数
付近でのグレーティングローブの発生を抑えることがで
きる。
【0020】実施の形態3.図7〜図9は、この発明の
実施の形態3によるアレイアンテナ装置を説明するため
の図で、図7はアンテナ開口面の正面図、図8は平面
図、図9は側面図である。図7〜図9において、31は
スパイラルアンテナなどの素子アンテナ、32は素子ア
ンテナ31のアンテナ基板などからなるアンテナ開口
面、33はアンテナ開口面に形成された渦巻き導体線路
を示す。なお、給電基板、素子アンテナのケースなどは
簡略化のため図示省略している。
【0021】この実施の形態の素子アンテナ31は、そ
の開口面32が三角形に形成されている。具体的な形成
方法としては、図7に示すように、開口面32のスパイ
ラル基板を三角にしてアームの長さを従来の円形の長さ
と同じだけ巻いた状態にし、それを上下交互に配列する
ことにより配列方向の素子間隔を小さくする。
【0022】以上のように、この実施の形態では、複数
の素子アンテナを配列したアレイアンテナ装置におい
て、アンテナ開口面の外形が多角形であるアンテナ素子
31を、その開口面の少なくとも一辺を配列方向に対し
て傾斜させるとともに各素子アンテナ31の開口面が連
続するように配列することにより、各素子アンテナ31
の配列方向の間隔が各素子アンテナ開口面の外径より小
さくなるようにしている。このように素子アンテナ31
を千鳥状に配置することにより、アレイアンテナとして
の素子間隔d3を従来のものと比較して狭くできる(d
0>d3)。これにより、帯域上限周波数付近でのグレ
ーティングローブの発生を抑えることができる。なお、
上記では、アンテナ開口面32が三角の場合を説明した
が、三角の頂角を少し落とした台形に形成しても、同様
の作用・効果がある。
【0023】実施の形態4.図4に示すように、スパイ
ラル基板1を四角にしてアームの長さを従来の円形の長
さと同じだけ巻いた状態にし、それを三角配列にする事
により配列方向の素子間隔を小さくすることができるた
め、形態1と同様の効果を得ることができる。図10〜
図12は、この発明の実施の形態4によるアレイアンテ
ナ装置を説明するための図で、図10はアンテナ開口面
の正面図、図11は平面図、図12は側面図である。図
10〜図12において、41はスパイラルアンテナなど
の素子アンテナ、42は素子アンテナ41のアンテナ基
板などからなるアンテナ開口面、43はアンテナ開口面
に形成された渦巻き導体線路を示す。なお、給電基板、
素子アンテナのケースなどは簡略化のため図示省略して
いる。
【0024】この実施の形態の素子アンテナ41は、そ
の開口面42が正方形などの四辺形に形成されている。
具体的な形成方法としては、図10に示すように、開口
面42のスパイラル基板を四角にしてアームの長さを従
来の円形の長さと同じだけ巻いた状態にし、それをジグ
ザグ状に配列する、あるいは三角配列にすることにより
配列方向の素子間隔を小さくする。
【0025】以上のように、この実施の形態では、複数
の素子アンテナを配列したアレイアンテナ装置におい
て、アンテナ開口面の外形が四辺形であるアンテナ素子
41を、その開口面の四辺を上記配列方向に対して傾斜
させるとともに、各素子アンテナの開口面の連続した二
辺がそれぞれが隣接する素子アンテナ41の一辺に連続
するように配列することにより、各素子アンテナ41の
上記配列方向の間隔が各素子アンテナ開口面の外径より
小さくなるようにする。このように素子アンテナ41を
ジグザグ状に連続して配置することにより、アレイアン
テナとしての素子間隔d4を従来のものと比較して狭く
できる(d0>d4)。これにより、帯域上限周波数付
近でのグレーティングローブの発生を抑えることができ
る。
【0026】実施の形態5.形態1と形態4を組み合わ
せて、四角いスパイラル基板41を湾曲させた上に、三
角配列することにより、さらに配列方向の素子間隔を小
さくすることができる。また、これにより、実施の形態
1あるいは4と同様の効果を得ることができる。
【0027】実施の形態6.形態2と形態3を組み合わ
せて、三角のスパイラル基板31をアレイ開口面に対し
て交互に傾けて配置することにより配列方向の素子間隔
を小さくすることができる。また、これにより、実施の
形態2あるいは3と同様の効果を得ることができる。そ
の他にも、実施の形態1〜4を適宜に組み合わせること
ができるが、説明は省略する。
【0028】実施の形態7.図13〜図15は、この発
明の実施の形態7によるアレイアンテナ装置を説明する
ための図で、図13はアンテナ開口面側から見た要部斜
視図、図14は平面図、図15は側面図である。図13
〜図15において、51はパッチアンテナなどの素子ア
ンテナ、52は素子アンテナ51のアンテナ基板などか
らなるアンテナ開口面、53はアンテナ開口面に形成さ
れた渦巻き導体線路を示す。なお、給電基板、素子アン
テナのケースなどは簡略化のため図示省略している。
【0029】この実施の形態の素子アンテナ51は、そ
の開口面52が曲面に湾曲するように形成されている。
さらに具体的には、突状に、例えば円筒形の曲面の一部
のように形成されている。また、この湾曲は、素子アン
テナ51の配列方向に関して、突状になっている。具体
的な形成方法としては、素子アンテナ51に使用してい
るパッチアンテナ開口面のスパイラル基板を湾曲させ
る。この実施の形態は、実施の形態1の図1〜図3にお
いて、スパイラルアンテナ11で説明した構成を、パッ
チアンテナ51に適用したものである。このような構成
においても、実施の形態1と同様の効果を得ることがで
きる。以上は、実施の形態1の構成をパッチアンテナに
適用する場合について説明したが、実施の形態2〜6に
ついても、同様に適用できる。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、配列方向の寸法が実効的に小さいアンテナ素子を使
用し、アンテナの使用下限周波数の性能を変えることな
く、アンテナ素子の配列における素子間隔を狭め、帯域
上限周波数付近でのグレーティングローブの発生を抑え
た、広帯域性を有するアレイアンテナ装置を得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の形態1によるアンテナ装置の構成
を示す斜視図である。
【図2】 この発明の形態1によるアンテナ装置の構成
を示す平面図である。
【図3】 この発明の形態1によるアンテナ装置の構成
を示す側面図である。
【図4】 この発明の形態2によるアンテナ装置の構成
を示す斜視図である。
【図5】 この発明の形態2によるアンテナ装置の構成
を示す平面図である。
【図6】 この発明の形態2によるアンテナ装置の構成
を示す側面図である。
【図7】 この発明の形態3によるアンテナ装置の構成
を示す斜視図である。
【図8】 この発明の形態3によるアンテナ装置の構成
を示す平面図である。
【図9】 この発明の形態3によるアンテナ装置の構成
を示す側面図である。
【図10】 この発明の形態4によるアンテナ装置の構
成を示す斜視図である。
【図11】 この発明の形態4によるアンテナ装置の構
成を示す平面図である。
【図12】 この発明の形態4によるアンテナ装置の構
成を示す側面図である。
【図13】 この発明の形態7によるアンテナ装置の構
成を示す斜視図である。
【図14】 この発明の形態7によるアンテナ装置の構
成を示す平面図である。
【図15】 この発明の形態7によるアンテナ装置の構
成を示す側面図である。
【図16】 従来の素子アンテナの構成を示す断面図で
ある。
【図17】 従来の素子アンテナの構成を示す開口面の
正面図である。
【図18】 従来のアレイアンテナにおける素子アンテ
ナの配列を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 スパイラル基板、 1a 渦巻き導体線路1、 1
b 渦巻き導体線路2、 1c 導体線路1の巻終わり
部、 1d 導体線路2の巻終わり部、 2給電基板
(バラン)、 3 ケース、 11,21,31,4
1,51 素子アンテナ、 12,22,32,42,
52 アンテナ開口面、 13,23,33,43 渦
巻き導体線路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01Q 3/00 - 3/46 H01Q 21/00 - 21/30 H01Q 23/00 H01Q 25/00 - 25/04

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の素子アンテナを配列したアレイア
    ンテナ装置において、アンテナ開口面を湾曲させた素子
    アンテナを配列することにより、各素子アンテナの上記
    配列方向の間隔が前記アンテナ開口面の前記配列方向に
    沿った長さより小さくなるようにしたことを特徴とする
    アレイアンテナ装置。
  2. 【請求項2】 上記アンテナ開口面を上記配列方向に沿
    って凸曲面又は凹局面に形成したことを特徴とする請求
    項1記載のアレイアンテナ装置。
  3. 【請求項3】 前記素子アンテナは、スパイラルアンテ
    ナ又はパッチアンテナであることを特徴とする請求項1
    又は2記載のアレイアンテナ装置。
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JP4980285B2 (ja) * 2008-03-31 2012-07-18 三菱電機株式会社 スパイラルアンテナ
US11522265B2 (en) * 2021-04-26 2022-12-06 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Rotatable antenna design for undersea vehicles

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