JP5206672B2 - マルチビームアンテナ - Google Patents
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Description
10 アレイアンテナA
20 アレイアンテナB
11、21、31、41、51、61 給電線
sin{(θ1−θ2)/2}=1/(4D) となる。
アンテナ1の励振位相:+(2π/λ)×(d/2)×sinθ1 ・・・(1)
アンテナ2の励振位相:−(2π/λ)×(d/2)×sinθ1 ・・・(2)
また、上記より、アンテナ1とアンテナ2の相対位相差δ1は、以下となる。
なお、上記で、+は位相を進めることを意味し、−は、位相を遅らせることを意味する。
δ1=(アンテナ1の励振位相)−(アンテナ2の励振位相)
=(2π/λ)×(d/2)×sinθ1−(−(2π/λ)×(d/2)×sinθ1)
=(2πd/λ)×sinθ1 ・・・(3)
Et1
=E1×EXP(−j×(2π/λ)×(d/2)×sinθ+j×(2π/λ)×(d/2)×sinθ1)
+E2×EXP(j×(2π/λ)×(d/2)×sinθ−j×(2π/λ)×(d/2)×sinθ1)
=E1×EXP(−jπd/λ×(sinθ−sinθ1))+E2×EXP(jπd/λ×(sinθ−sinθ1))
=E1(cos(πd/λ×(sinθ−sinθ1))−jsin(πd/λ×(sinθ−sinθ1)))
+E2(cos(πd/λ×(sinθ−sinθ1))+jsin(πd/λ×(sinθ−sinθ1)))
ここで、アンテナ1とアンテナ2は、同じ励振振幅とすれば、E1=E2となるので、以下となる。
Et1=2×E1×cos(πd/λ×(sinθ−sinθ1))
さらに、素子間隔dを、波長で正規化された素子間隔D(D=d/λ)におきかえると、以下のようになる。
Et1=2×E1×cos(π×λD/λ×(sinθ−sinθ1))
=2×E1×cos(πD(sinθ−sinθ1)) ・・・(4)
アンテナ3の励振位相:−(2π/λ)×(d/2)×sinθ2 ・・・(5)
アンテナ4の励振位相:+(2π/λ)×(d/2)×sinθ2 ・・・(6)
δ2=(アンテナ4の励振位相)−(アンテナ3の励振位相)
=(2π/λ)×(d/2)×sinθ2−(−(2π/λ)×(d/2)×sinθ2)
=(2πd/λ)×sinθ2 ・・・(7)
Et2=E3×EXP(−j×(2π/λ)×(d/2)×sinθ−j×(2π/λ)×(d/2)×sinθ2)
+E4×EXP(j×(2π/λ)×(d/2)×sinθ+j×(2π/λ)×(d/2)×sinθ2)
=E3×EXP(−jπd/λ×(sinθ+sinθ2))+E4×EXP(jπd/λ×(sinθ+sinθ2))
=E3(cos(πd/λ×(sinθ+sinθ2))−jsin(πd/λ×(sinθ+sinθ2)))
+E2(cos(πd/λ×(sinθ+sinθ2))+jsin(πd/λ×(sinθ+sinθ2)))
ここで、アンテナ3とアンテナ4は、同じ励振振幅とすれば、E3=E4となるので、以下となる。
Et2=2×E3×cos(πd/λ×(sinθ+sinθ2))
Et2=2×E3×cos(π×λD/λ×(sinθ+sinθ2))
=2×E3×cos(πD(sinθ+sinθ2)) ・・・(8)
Et1=2×E1×cos(πD(sinθ−sinθ1))
において、
πD(sinθ−sinθ1)が、
±(π/2)×(2k−1)
ただし、
k=1、2、3・・・・K(自然数)
となるときである。
πD(sinθ−sinθ1)=−π/2
(sinθ1−sinθ)=1/(2D) ・・・(9)
sinθ=sinθ1−1/(2D)
θ=sin−1(sinθ1−1/(2D)) ・・・(10)
(sinθ1−sinθ2)=1/(2D)
(sinθ1−sin(−θ1))=1/(2D)
2sinθ1=1/(2D)
sinθ1=1/(4D)
θ1=sin−1(1/(4D))・・・(11)
D=1/(4sinθ1) ・・・(12)
(1)式 アンテナ1の励振位相:
+(2π/λ)×(d/2)×sinθ1
=+(2π/λ)×(λD/2)×sinθ1
=+πD×sinθ1
=+π(1/(4sinθ1))×sinθ1
=+π/4
=+45度 ・・・(13)
Claims (9)
- 第1の給電部に接続された第1のアレイアンテナと、第2の給電部に接続された第2のアレイアンテナとを備え、
前記第1のアレイアンテナと前記第2のアレイアンテナとが共通の周波数の信号を扱うと共に、前記第1のアレイアンテナと前記第2のアレイアンテナとが異なる方向に指向性を有し、
前記第1のアレイアンテナの合成ビームの最大放射方向をθ1方向に向け、
前記第2のアレイアンテナの合成ビームの最大放射方向を、前記第1のアレイアンテナの合成ビームのヌル点となるθ2方向に向けるものとし、
前記第1の給電部と前記第2の給電部は、MIMO無線技術に適用されてなるマルチビームアンテナ。 - 請求項1に記載のマルチビームアンテナにおいて、
前記第1のアレイアンテナの合成ビームの最大利得を有する最大放射方向を極座標系で(θ1、φ1)方向とし、その近傍の任意の第1ヌル点(θ2、φ2)方向に、前記第2のアレイアンテナの合成ビームの最大放射方向が向くようにしたマルチビームアンテナ。 - 請求項1又は2に記載のマルチビームアンテナにおいて、
極座標系で(θ1、φ1)方向に前記第2のアレイアンテナのヌル点を有することを特徴とするマルチビームアンテナ。 - 請求項1又は2に記載のマルチビームアンテナにおいて、
前記第1のアレイアンテナは、M素子のアンテナを極座標のZ軸上に配置したアレイアンテナであり、前記第2のアレイアンテナはM素子又はN素子(M≠N)のアンテナを極座標のZ軸上またはそれと平行な直線上に配置したアレイアンテナであり、
前記M素子又は前記N素子のそれぞれは給電線が接続され、該各給電線の他端は合流点を介して給電部に接続されるものとし、前記合流点から前記M素子又は前記N素子までの前記給電線の各長さを可変して、前記第1のアレイアンテナ又は前記第2のアレイアンテナの合成ビームの最大放射方向を変えることを特徴とするマルチビームアンテナ。 - 請求項1又は2に記載のマルチビームアンテナにおいて、
前記第1のアンテナは、2素子のアンテナを極座標のZ軸上に配置したアレイアンテナであり、前記第2のアレイアンテナは2素子のアンテナを極座標のZ軸上又はそれと平行な直線上に配置したアレイアンテナであることを特徴とするマルチビームアンテナ。 - 請求項1又は2に記載のマルチビームアンテナにおいて、
前記第1のアンテナは、2素子のアレイアンテナであり、前記第2のアレイアンテナは2素子のアレイアンテナであり、前記第1のアレイアンテナと前記第2のアレイアンテナとは、相互に異なる方向に最大利得をもつ指向性を有し、第1のアレイアンテナの2素子の間隔と、第2のアレイアンテナの2素子の間隔とは等しく、第1のアレイアンテナの2素子を結ぶ直線と、第2のアレイアンテナの2素子を結ぶ直線とは、同一または平行の関係にあることを特徴とするマルチビームアンテナ。 - 請求項6に記載のマルチビームアンテナにおいて、
正規化した、前記2素子の素子間隔をD(素子間隔をdとするとき、D=d/λ、λ:波長)とおくと、θ1、θ2、dの関係は、θ1>θ2の場合、
sin{(θ1−θ2)/2}=1/(4D)
の関係があることを特徴とするマルチビームアンテナ。 - 請求項1又は2に記載のマルチビームアンテナにおいて、
前記第1のアレイアンテナと前記第2のアレイアンテナは、アレイ配列の直線に対して垂直方向であるブロードサイド方向を共通にして配設されてなり、
前記第1のアレイアンテナの最大放射方向は、前記ブロードサイド方向に対して、前記直線を含む面でθ1度だけシフトし、同様に、第2のアレイアンテナの最大放射方向は、前記ブロードサイド方向に対して、前記直線を含む面でθ2度だけシフトしており、
第2のアレイアンテナの最大放射方向θ2は、第1のアレイアンテナのヌル方向になっており、
第1のアレイアンテナの最大放射方向θ1では、第2のアレイアンテナのヌル方向になっているように構成されたことを特徴とするマルチビームアンテナ。 - 請求項1又は2に記載のマルチビームアンテナにおいて、
第1のアレイアンテナへの給電と前記第2のアレイアンテナへの給電との位相差がπ/2であることを特徴とするマルチビームアンテナ。
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