JPH03242006A - Circularly polarized wave antenna - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To execute beam scanning at a high speed by adopting simple constitution for a circularly polarized wave generating part of a primary radiator comprising a microstrip line with a light weight. CONSTITUTION:The antenna consists of antenna units 1-4 each arranged on four faces at the outside of a square waveguide 5. Each of the four antenna units 1-4 consists of a dipole 6, a phase shifter 7, a phase adjustment part 8 and a short needle 9, and the difference from the four antenna units 1-4 depends on the difference from the length of the microstrip line at the phase adjustment part 8, that is, lengths la, lb in the case of the antenna units 1, 2 respectively. Since the primary radiator part of the reflecting mirror antenna is simplified in this way, high speed beam scanning is attained.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、円偏波アンテナに関し、特に円偏波のビーム
方向を可変できる反射鏡アンテナにおける一次放射器部
を簡易化した円偏波アンテナに関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a circularly polarized antenna, and in particular to a circularly polarized antenna that has a simplified primary radiator section in a reflector antenna that can vary the beam direction of circularly polarized waves. Regarding.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、円偏波を発生するアンテナは、第１３図の斜視図
に示す如く、円形導波管２７の中心に板状の誘電体２８
を、入射電界２９のＥｌに対して４５°傾けて配置した
ものである。第１３図でｙ軸に平行な電界Ｅ、が右側か
ら入射したとき、誘電体２８の前後のＡ−Ａ断面の電界
を第１４図の説明図に示す。すなわち、Ａ−Ａ断面で入
射電界Ｅ、は、互いに直交した２つのベクトルに分解さ
れる。１つは誘電体２８と平行な電界Ｅ、と、他の１つ
は誘電体２８に直角な電界Ｅｂである。今、Ｅ、、Ｅｂ
が誘電体２８の長さ１を通過するとき、Ｅ、とＥ、の伝
搬速度が異なるため位相差な生じる。距離ｌを伝搬した
とき、Ｅ、とＥ、の位相差がπ／２となるように１を決
定して円偏波を生ずる。Conventionally, an antenna that generates circularly polarized waves has a plate-shaped dielectric material 28 at the center of a circular waveguide 27, as shown in the perspective view of FIG.
is arranged at an angle of 45° with respect to El of the incident electric field 29. When an electric field E parallel to the y-axis in FIG. 13 is incident from the right side, the electric field at the A-A cross section before and behind the dielectric 28 is shown in the explanatory diagram of FIG. 14. That is, the incident electric field E on the AA cross section is decomposed into two vectors that are orthogonal to each other. One is an electric field E parallel to the dielectric 28, and the other is an electric field Eb perpendicular to the dielectric 28. Now, E,, Eb
When E passes through the length 1 of the dielectric 28, a phase difference occurs because the propagation speeds of E and E are different. 1 is determined so that the phase difference between E and E becomes π/2 when propagating over a distance l to generate circularly polarized waves.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上述した従来の円偏波を放射するアンテナでは、ビーム
走査をする場合、アンテナ自身を機械的に駆動する必要
があり、構造が複雑で重く、したがって高速でヒ゛−ム
走査できないという欠点がある。The above-mentioned conventional antenna that emits circularly polarized waves has the disadvantage that it is necessary to mechanically drive the antenna itself for beam scanning, and the structure is complicated and heavy, so that high-speed beam scanning is not possible.

本発明の目的は円偏波アンテナにおける一次放射器の円
偏波作成部分をマイクロストリップラインによる軽量で
、かつ、簡単な構成とすることにより、高速のビーム走
査を実現できる円偏波アンテナを提供することにある。An object of the present invention is to provide a circularly polarized antenna that can achieve high-speed beam scanning by making the circularly polarized wave generating part of the primary radiator in the circularly polarized antenna lightweight and simple using a microstrip line. It's about doing.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明の円偏波アンテナは、 ０　方形の４面体を形成する誘電体基板のそれぞれにマ
イクロストリップラインにより形成されたアンテナユニ
ットを有する一次放射部と、前記アンテナユニットのそ
れぞれの端部に電磁波を給電する励振部を有する給電用
導波管とを有する。The circularly polarized antenna of the present invention includes a primary radiation section having an antenna unit formed by a microstrip line on each dielectric substrate forming a rectangular tetrahedron, and an electromagnetic wave emitted to each end of the antenna unit. and a power feeding waveguide having an excitation section for feeding power.

（２）１個の円筒状の誘電体基板または４個に分割され
た曲面状の誘電体基板のそれぞれにマイクロストリップ
ラインにより形成されたアンテナユニットを有する円形
一次放射部と、前記アンテナユニットのそれぞれの端部
に電磁波を給電する励振部を有する給電用導波管とを有
する。(2) A circular primary radiator having an antenna unit formed by a microstrip line on each of one cylindrical dielectric substrate or a curved dielectric substrate divided into four pieces, and each of the antenna units. and a power feeding waveguide having an excitation part for feeding electromagnetic waves at the end of the waveguide.

（３）前記マイクロストリップラインが、前記給電用導
波管から給電される電磁波の励振用短針と、２種類の長
さが異なるマイクロストリップラインによる位相調整部
と、ダイオードに印加されるバイアス電圧により位相を
変化させるマイクロストリップ形の移相器と、前記移相
器から励振されるｌ／２λ。型のダイボールアンテナと
により形成される。(3) The microstrip line is configured by a short hand for exciting electromagnetic waves fed from the power feeding waveguide, a phase adjustment section using microstrip lines of two different lengths, and a bias voltage applied to a diode. A microstrip type phase shifter that changes the phase, and l/2λ excited from the phase shifter. It is formed by a die ball antenna of the type.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。 Next, the present invention will be explained with reference to the drawings.

第１図は、本発明の第１の実施例の斜視図である。本発
明の円偏波アンテナは、方形導波管５の外側の４つの面
上に配置されたアンテナユニット１〜４より構成される
。４つのアンテナユニット１〜４ばそれぞれタイボール
６、移相器７２位相調整部８．短針９から構成される。FIG. 1 is a perspective view of a first embodiment of the invention. The circularly polarized antenna of the present invention is composed of antenna units 1 to 4 arranged on four outer surfaces of a rectangular waveguide 5. Each of the four antenna units 1 to 4 includes a tie ball 6, a phase shifter 72, a phase adjustment section 8. It consists of an hour hand 9.

４つのアンテナユニット１〜４の違いは位相調整部８の
マイクロストリップラインの長さの違い、すなわち、ア
ンテナ自身ツ）１．２の場合、それぞれ長さｌ。The difference between the four antenna units 1 to 4 is the difference in the length of the microstrip line of the phase adjustment section 8, that is, the antenna itself has a length l in the case of 1.2.

β。である。ここてアンテナユニット１，３、及びアン
テナユニット２，４は同一のアンテナユニットを用い、
ダイポール６の長さは１／２λ（λは空間波長）である
。位相調整部８のマイクロストリップラインの長さ１．
とｌ、は（１）式を満たすような値とする。β. It is. Here, antenna units 1 and 3 and antenna units 2 and 4 use the same antenna unit,
The length of the dipole 6 is 1/2λ (λ is the spatial wavelength). Length of microstrip line of phase adjustment section 8 1.
and l are values that satisfy equation (1).

Ｑ２．−ｕｂ）β、１−ｉ（２ｎ＋　１）　　　　−−
（１）ここで、ｉ、＞ｎ、の場合には、ｎが偶数のとき
左旋円偏波となり、ｎが奇数のとき右旋円偏波となる。Q2. -ub) β, 1-i(2n+ 1) --
(1) Here, in the case of i,>n, when n is an even number, it becomes a left-handed circularly polarized wave, and when n is an odd number, it becomes a right-handed circularly polarized wave.

逆に、（！　−＜　ＩＩ　ｂの場合には、ｎが偶数のと
き右旋円偏波となり、ｎが奇数のとき左旋円偏波となる
。なお、（１）式のβ、はマイクロストリップラインの
位相定数とする。Conversely, in the case of (! - < II b, when n is an even number, the wave becomes right-handed circularly polarized wave, and when n is an odd number, it becomes left-handed circularly polarized wave. Note that β in equation (1) is the microstrip Let it be the phase constant of the line.

一方、アンテナユニット１〜４の構造は第２図（ａ）　
、　（ｂ）の上面図、および裏面図に示す如く誘電体基
板１２の上面には、マイクロストリップラインで形成さ
れたダイポール６、移相器７１位相調整部８からなる表
面導体１０がある。また、裏面には接地導体１１とタイ
ポール６から構成される。On the other hand, the structure of antenna units 1 to 4 is shown in Fig. 2(a).
As shown in the top and back views of , (b), on the top surface of the dielectric substrate 12, there is a surface conductor 10 consisting of a dipole 6 formed by a microstrip line, a phase shifter 71, and a phase adjustment section 8. Further, the back surface is composed of a ground conductor 11 and a tie pole 6.

第１図にもどり、アンテナユニットｌ〜４は導波管５よ
り短針９を介して給電される。この給電構造は第３図の
第１図Ａ−Ａ横断面図に示すように、短針９は導波管５
とアンテナユニノ）２．　４のマイクロストリップライ
ンを構成する表面導体１０とを介して電磁的に結合して
（・る。また、短針９の位置は導波管５の短絡面より約
１／４λ、（λ、は骨白波長）＃れた位置となっている
。第４図の斜視図は、移相器７の一実施例を示したもの
で、誘電体基板１２上のマイクロス）　ｌ）ツブライン
１５．スタブ１６．タイオード１７．短絡棒１８からな
る。ここで短絡棒１８は、タイオード１７と接地導体１
１を電気的に接続するものである。コイル１９はマイク
ロストリップライン１５を流れる高周波電流を阻止しタ
イオード１７にバイアス端子２０よりバイアス電圧を加
えている。Returning to FIG. 1, the antenna units l to 4 are supplied with power from the waveguide 5 via the short hand 9. In this power supply structure, as shown in the cross-sectional view of FIG. 1 A-A in FIG.
and antenna unino) 2. The position of the short hand 9 is approximately 1/4λ from the short-circuit surface of the waveguide 5, (λ is the bone). The perspective view of FIG. 4 shows an embodiment of the phase shifter 7, and the microscopy line 15 on the dielectric substrate 12. Stub 16. Tiode 17. It consists of a shorting rod 18. Here, the shorting rod 18 connects the diode 17 and the ground conductor 1.
1 electrically. The coil 19 blocks high frequency current flowing through the microstrip line 15 and applies a bias voltage to the diode 17 from the bias terminal 20.

次に、円偏モードを作成する電気的動作について説明す
る。第５図は、第１図の円偏波アンテナの正面図である
。いま紙面裏側より表側方向に導波管で励振される電界
をＥｌとすると、Ｅｌは直交する２つの成分Ｅ　ｃ、　
Ｅ　ａに分解することができる。Ｅ、はＥ２に平行な短
針９Ａをもつアンテナユニット２，４のみを励振し、Ｅ
、はＥｄに平行な短針９Ｂをもつアンチナスニット１，
３のみを励振する。このときアンテナユニット１〜４の
位相調整部８において、（１）式の関係てｎ＝０とし、
（β。Next, the electrical operation for creating the circularly polarized mode will be explained. FIG. 5 is a front view of the circularly polarized antenna of FIG. 1. Let El be the electric field excited in the waveguide from the back side of the page to the front side, and El has two orthogonal components E c,
It can be decomposed into E a. E excites only the antenna units 2 and 4 with short hand 9A parallel to E2, and E
, is an anti-eggplant knit 1 with short hand 9B parallel to Ed,
Excite only 3. At this time, in the phase adjustment section 8 of the antenna units 1 to 4, n=0 due to the equation (1),
(β.

β、）β、＝π／２となるようにβ、、１．を設計する
とＥｌに対するＥ２〜Ｅ、の位相関係は第６図に示すよ
うな関係になり、Ｅ１〜Ｅ４の位相が順次９０“づつ遅
れたようになっている。したがって隣りあうアンテナユ
ニットの中心間の距離をＳとし、アンテナユニットｌと
２で１つの円偏波放射素子、アテナユニット３，４で１
つの円偏波放射素子と考えると、第７図説明図のように
２つの円偏波放射素子がＡ８面内で素子間隔Ｓでアレー
になっているものと等価である。同様に、アンテナユニ
ット１，４及び２，３でそれぞれ１つの円偏波放射素子
と考えれば第８図の説明図のようにＥ１面内にアレーに
なっているものと等価である。β, ) β, = π/2 so that β,,1. When designed, the phase relationship of E2 to E with respect to El is as shown in Figure 6, and the phases of E1 to E4 are sequentially delayed by 90". Therefore, the distance between the centers of adjacent antenna units is Let the distance be S, antenna units l and 2 have one circularly polarized wave radiating element, antenna units 3 and 4 have one
Considering one circularly polarized wave radiating element, it is equivalent to an array of two circularly polarized wave radiating elements with an element spacing S within the A8 plane as shown in the explanatory diagram of FIG. Similarly, if antenna units 1, 4 and 2, 3 are each considered as one circularly polarized wave radiating element, it is equivalent to an array in the E1 plane as shown in the explanatory diagram of FIG.

したがって第９図の説明図のようにＡ、面内て主ビーム
方向を±０だけ変化させるためには、ＥｌｆＥ２とＥ、
、Ｅ、の励振位相をさらに（２）式で与えられる位相±
φだけ変化させる必要がある。Therefore, as shown in the explanatory diagram of FIG. 9, in order to change the main beam direction by ±0 within the plane A, ElfE2 and E,
, E, is further given by the phase ±
It is necessary to change only φ.

φ−＋β、５ｓｉｎθ　　　　　　　　　　・・・・・
・（２）ここでβ。は自由空間中の位相定数 同様に、Ｅ７面内においてもＥｔ、ＥｔとＥ　２　。φ−+β, 5sinθ・・・・・・
・(2) Here β. Similar to the phase constant in free space, Et and Et and E 2 in the E7 plane.

Ｅ３の励振位相にさらに位相±φだけ変化を加えて励振
すれば、主ビーム方向を±θだけＥ５面内で変化させる
ことができる。今、移相器７を（２）式で与えられる位
相変化±φが得られるように設計し、４つの移相器を独
立に制御すれば、アンテナユニッ）１〜４から放射され
る合皮の主ビーム方向はＡ、、Ｅ、面内でそれぞれ２方
向に走査することができ、結局４方向にビームを走査す
ることができる。この様子を第１０図（ａ）　、　（ｂ
）の説明図に示す。主ビーム方向をＩＡ〜４Ａの方向に
するために４つの移相器を第１Ｏ図（ｂ）の表のように
制御すればよい。ただしビーム方向５Ａの方向について
はビーム方向ＩＡ〜４Ａの中心の方向にビームは向くが
４つのアンテナの放射波の位相は完全に同位相とならな
いために、ビームＩＡ〜４Ａに比べ利得が劣化すること
になる。If the excitation phase of E3 is further changed by phase ±φ and excited, the main beam direction can be changed by ±θ within the E5 plane. Now, if the phase shifter 7 is designed to obtain the phase change ±φ given by equation (2), and the four phase shifters are controlled independently, the synthetic light radiated from the antenna units 1 to 4 The main beam direction of A, , E can be scanned in two directions, respectively, and the beam can be scanned in four directions. This situation is shown in Figure 10 (a) and (b
) is shown in the explanatory diagram. In order to make the main beam direction IA to 4A, the four phase shifters may be controlled as shown in the table of FIG. 1O(b). However, in the direction of beam direction 5A, although the beam is directed toward the center of beam directions IA to 4A, the phases of the radiation waves of the four antennas are not completely in phase, so the gain is degraded compared to beam direction IA to 4A. It turns out.

以上の説明は励振のための導波管が方形の場合について
記したが、アンテナユニットが円形の場合の第２の実施
例を第１１図の斜視図に示す。円形導波管２５を円形に
してアンテナユニット２１〜２４を曲面状にして円形導
波管２５に沿って形成させたものである。さらに、第２
の実施例のアンテナユニット２１〜２４を１つの円筒状
誘電体板のプリント板で構成した場合の第３の実施例を
第１２図の斜視図に示す。円形導波管２５Ａから励振さ
れるアンテナユニット２６は一つのプリント板で構成さ
れ４つのダイポールの移相器を含んでいるが、この第２
および第３の実施例における４つのマイクロストリップ
ラインのダイポール６゜移相器７１位相調整部８による
ビーム形成の原理と動作は第１の実施例と同様である。Although the above description has been made regarding the case where the waveguide for excitation is rectangular, a second embodiment in which the antenna unit is circular is shown in the perspective view of FIG. 11. The circular waveguide 25 is circular, and the antenna units 21 to 24 are curved and formed along the circular waveguide 25. Furthermore, the second
A third embodiment is shown in the perspective view of FIG. 12, in which the antenna units 21 to 24 of the embodiment are constructed from a single cylindrical dielectric printed board. The antenna unit 26 excited from the circular waveguide 25A is composed of one printed board and includes four dipole phase shifters.
The principle and operation of beam formation by the dipole 6° phase shifter 71 and phase adjustment section 8 of the four microstrip lines in the third embodiment are the same as in the first embodiment.

〔発明り効果〕[Invention effect]

以上説明したように本発明の円偏波アンテナは、ダイボ
ールアンテナに２値変化の移相器を接続し、励振位相が
９０°異なる２種類のアンテナユニットをそれぞれ対向
面となるように配置し、４つのアンテナユニットに円形
又は方形の導波管から給電し、かつ、移相器にバイアス
電圧を与え制御することにより、アンテナの主ビーム方
向を４方向に走査することができる。したがって従来例
のような機械的な走査に比して極めて走査の応答が速く
、容易な追尾機能を有する円偏波アンテナを構成できる
効果がある。As explained above, the circularly polarized antenna of the present invention connects a binary phase shifter to a die ball antenna, and arranges two types of antenna units with excitation phases different by 90 degrees so that they are on opposing surfaces. By feeding power to the four antenna units from circular or rectangular waveguides and controlling the phase shifter by applying a bias voltage, the main beam direction of the antenna can be scanned in four directions. Therefore, it is possible to construct a circularly polarized antenna having an extremely fast scanning response and easy tracking function compared to mechanical scanning as in the conventional example.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明第１の実施例の斜視図、第２図（ａ）　
、　（ｂ）は第１図の要部の上面図および背面図、第３
図は第１図のＡ−Ａ横断面図、第４図は第１図の実施例
の移相器の斜視図、第５〜第９図は第１の実施例の原理
説明図、第１０図（ａ）　、　（ｂ）は第１の実施例の
説明図、第１１図は本発明の第２の実施例の斜視図、第
１２図は本発明の第３の実施例の斜視図、第１３図は従
来の円偏波アンテナを説明する斜視図、第１４図は従来
例の電界の状態を示す説明図である。 １〜４．２１〜２４．２６　　・・・・アンテナユニッ
ト、ＩＡ〜５Ａ・・・・・・主ヒームの方向、５・・・
・・・導波管、６・・・・ダイポール、７・・・・・移
相器、８・・・・・・位相調整部、９・・・・・・短針
、１０・・・・・・表面導体、１１・・・・・・接地導
体、１２・・・・・誘電体基板、１４・・・・・穴、１
５・・・・マイクロストリップライン、１６・・・・・
・スタブ、１７・・・・・ダイオード、１８・・・・・
・短絡棒、１９・・・・・・コイル、２０・・・・・・
バイアス端子、２５゜２５Ａ、２７・・・・・・円形導
波管、２８・・・・・・誘電体。Fig. 1 is a perspective view of the first embodiment of the present invention, Fig. 2(a)
, (b) is a top view and rear view of the main parts of Figure 1,
The figure is a cross-sectional view taken along the line A-A in FIG. 1, FIG. 4 is a perspective view of the phase shifter of the embodiment shown in FIG. 1, FIGS. Figures (a) and (b) are explanatory diagrams of the first embodiment, Figure 11 is a perspective view of the second embodiment of the invention, and Figure 12 is a perspective view of the third embodiment of the invention, FIG. 13 is a perspective view illustrating a conventional circularly polarized antenna, and FIG. 14 is an explanatory diagram showing the state of an electric field in the conventional example. 1~4.21~24.26...Antenna unit, IA~5A...Direction of main beam, 5...
... Waveguide, 6 ... Dipole, 7 ... Phase shifter, 8 ... Phase adjustment section, 9 ... Short hand, 10 ...・Surface conductor, 11... Ground conductor, 12... Dielectric substrate, 14... Hole, 1
5...Microstrip line, 16...
・Stub, 17...Diode, 18...
・Short-circuiting rod, 19... Coil, 20...
Bias terminal, 25° 25A, 27... Circular waveguide, 28... Dielectric.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）方形の４面体を形成する誘電体基板のそれぞれに
マイクロストリップラインにより形成されたアンテナユ
ニットを有する一次放射部と、前記アンテナユニットの
それぞれの端部に電磁波を給電する励振部を有する給電
用導波管とを有することを特徴とする円偏波アンテナ。(1) A primary radiation section having an antenna unit formed by a microstrip line on each dielectric substrate forming a rectangular tetrahedron, and a power feeding section having an excitation section feeding electromagnetic waves to each end of the antenna unit. A circularly polarized antenna characterized by having a waveguide. （２）１個の円筒状の誘電体基板または４個に分割され
た曲面状の誘電体基板のそれぞれにマイクロストリップ
ラインにより形成されたアンテナユニットを有する円形
一次放射部と、前記アンテナユニットのそれぞれの端部
に電磁波を給電する励振部を有する給電用導波管とを有
することを特徴とする円偏波アンテナ。(2) A circular primary radiator having an antenna unit formed by a microstrip line on each of one cylindrical dielectric substrate or a curved dielectric substrate divided into four pieces, and each of the antenna units. 1. A circularly polarized wave antenna, comprising: a power feeding waveguide having an excitation section for feeding electromagnetic waves at an end thereof. （３）前記マイクロストリップラインが前記給電用導波
管から給電される電磁波の励振用短針と、２種類の長さ
が異なるマイクロストリップラインによる位相調整部と
、ダイオードに印加されるバイアス電圧により位相を変
化させるマイクロストリップ形の移相器と、前記移相器
から励振される１／２λ＿０（λ＿０は自由空間波長）
型のダイボールアンテナとにより形成されることを特徴
とする請求項１および２記載の円偏波アンテナ。(3) The microstrip line has a short hand for excitation of electromagnetic waves fed from the power feeding waveguide, a phase adjustment section using two types of microstrip lines of different lengths, and a phase adjustment section based on a bias voltage applied to a diode. a microstrip-type phase shifter that changes
3. The circularly polarized antenna according to claim 1, wherein the circularly polarized wave antenna is formed by a die-ball type antenna.