JPH0722829A - Array antenna - Google Patents
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- JPH0722829A JPH0722829A JP18317793A JP18317793A JPH0722829A JP H0722829 A JPH0722829 A JP H0722829A JP 18317793 A JP18317793 A JP 18317793A JP 18317793 A JP18317793 A JP 18317793A JP H0722829 A JPH0722829 A JP H0722829A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は移動体衛星通信等で用い
られるアンテナに関し、特に仰角方向のビーム走査の自
由度を高め、かつ利得を向上したアレイアンテナに関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an antenna used in mobile satellite communications and the like, and more particularly to an array antenna having a high degree of freedom in beam scanning in the elevation direction and an improved gain.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般にアレイアンテナは移動体衛星通信
用のアンテナとして利用されており、例えば一平面上に
バッチアレイを配設したものがある。この構成のアレイ
アンテナはパッチアレイへの給電を制御することでビー
ムを大きく走査することが可能であるが、低仰角では効
率が落ちるという問題がある。そこで、近年では円錐面
にパッチアレイを配設したものが提案されている。この
構成では、円錐面が予め所定の仰角に向けられているた
め、その仰角を適切に設定することによって低仰角での
効率を改善することができる。2. Description of the Related Art Generally, an array antenna is used as an antenna for mobile satellite communication, and there is, for example, one in which a batch array is arranged on one plane. The array antenna having this configuration can scan the beam largely by controlling the power supply to the patch array, but there is a problem that the efficiency decreases at a low elevation angle. Therefore, in recent years, a system in which a patch array is arranged on a conical surface has been proposed. In this configuration, since the conical surface is oriented to a predetermined elevation angle in advance, the efficiency at a low elevation angle can be improved by appropriately setting the elevation angle.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この円
錐面構成のアレイアンテナは、パッチアレイが円錐面に
沿って円周方向に配列されたものであるため、仰角方向
にビーム走査することができないという問題がある。本
発明の目的は、高仰角から低仰角にわたってビーム走査
を可能とし、かつそれぞれの仰角における利得を向上し
たアレイアンテナを提供することにある。However, in the array antenna having the conical surface configuration, the patch array is arranged in the circumferential direction along the conical surface, so that the beam scanning cannot be performed in the elevation angle direction. There's a problem. It is an object of the present invention to provide an array antenna that enables beam scanning from a high elevation angle to a low elevation angle and has an improved gain at each elevation angle.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明のアレイアンテナ
は、円錐ビームを有する第１のアンテナと、この第１の
アンテナを中心としてその周囲に配置され、第１のアン
テナとは所要の仰角をなす単峰ビームを有する複数の第
２のアンテナと、第１のアンテナと第２のアンテナにそ
れぞれ給電を行う手段と、第１及び第２のアンテナ間の
給電位相を変化させる移相手段とを備え、第１及び第２
のアンテナの各ビームを合成して任意のビーム仰角に設
定可能とする。ここで、第１のアンテナのビームピーク
は高仰角位置に向けられ、第２のアンテナのビームピー
クは低仰角位置に向けられ、高仰角から低仰角にわたっ
てビーム仰角を走査可能とする。また、第２のアンテナ
は全方位方向に等しく配列され、単一或いは複数単位で
選択されて給電を行ない、ビームを任意の方位に設定可
能とする。例えば、第１のアンテナがヘリカルアンテナ
であり、第２のアンテナが円錐面パッチアレイアンテナ
である。An array antenna according to the present invention is provided with a first antenna having a conical beam and a first antenna which is disposed around the first antenna and has a required elevation angle with respect to the first antenna. A plurality of second antennas having a single-peak beam, a means for feeding power to the first antenna and the second antenna, and a phase shift means for changing the feeding phase between the first and second antennas. Equipped, first and second
It is possible to set each beam elevation angle by synthesizing each beam of the antenna. Here, the beam peak of the first antenna is directed to the high elevation position, and the beam peak of the second antenna is directed to the low elevation position to enable scanning of the beam elevation from high elevation to low elevation. Further, the second antennas are arranged in the same direction in all azimuth directions, and a single or a plurality of units are selected for power supply, so that the beam can be set in any direction. For example, the first antenna is a helical antenna and the second antenna is a conical patch array antenna.
【０００５】[0005]
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明の一実施例の外観斜視図であり、ここ
では円錐ビームを有するアンテナとしてヘリカルアンテ
ナを用い、単峰ビームを有するアンテナとしてパッチア
レイアンテナを用いた例を示している。ヘリカルアンテ
ナ１０はその螺旋の軸線を垂直に向けており、コニカル
ビームを形成する。コニカルビームは天頂Ｚ軸方向の放
射レベルが非常に低く、仰角θ１の方向にビームピーク
があり、かつ方位方向に全方位均一な放射するビームで
ある。また、その仰角θ１は螺旋ピッチと螺旋長を調整
することで調整することができる。また、パッチアレイ
アンテナ２０は、その頂角が前記角度θ１よりも大きい
頂角の円錐面、換言すれば仰角方向の面角度θ２が仰角
θ１よりも小さい円錐面に方位方向に等しく配列した複
数のパッチアンテナ２１〜２４で構成される。ここで
は、４つのパッチアンテナ２１〜２４を方位方向に等し
く配列した例を示している。このパッチアレイアンテナ
２０は、各パッチアンテナ２１〜２４のそれぞれの垂直
面方向にビームピークを有する単峰ビームである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an external perspective view of an embodiment of the present invention, in which a helical antenna is used as an antenna having a cone beam and a patch array antenna is used as an antenna having a unimodal beam. The helical antenna 10 has its spiral axis oriented vertically and forms a conical beam. The conical beam has a very low radiation level in the direction of the zenith Z axis, has a beam peak in the direction of the elevation angle θ1, and is a beam that radiates in all directions in the azimuth direction. Further, the elevation angle θ1 can be adjusted by adjusting the spiral pitch and the spiral length. Further, the patch array antenna 20 has a plurality of apex angles whose apex angle is larger than the aforesaid angle θ1. The patch antennas 21 to 24 are included. Here, an example is shown in which four patch antennas 21 to 24 are equally arranged in the azimuth direction. The patch array antenna 20 is a unimodal beam having a beam peak in the vertical plane direction of each of the patch antennas 21 to 24.
【０００６】そして、図２に概略構成を示すように、前
記４つのパッチアンテナ２１〜２４を４ビーム切替スイ
ッチ３０を介して合成分配器４０に接続するように構成
し、各パッチアンテナ２１〜２４に選択的に給電を行う
ように構成する。また、前記ヘリカルアンテナ１０には
移相器５０を介して前記合成分配器４０に接続し、この
移相器５０を調整することで前記パッチアレイアンテナ
２０に対して任意の位相差での給電を行うように構成す
る。As shown in the schematic structure of FIG. 2, the four patch antennas 21 to 24 are connected to the combiner / distributor 40 via the four-beam changeover switch 30. It is configured to selectively supply power to. Further, the helical antenna 10 is connected to the combiner / distributor 40 via a phase shifter 50, and the phase shifter 50 is adjusted to feed power to the patch array antenna 20 at an arbitrary phase difference. Configure to do.
【０００７】この構成によれば、合成分配器４０を通し
てヘリカルアンテナ１０に給電し、これと同時に切替ス
イッチ３０を介して選択されたパッチアンテナ２１〜２
４に給電する。これにより、図３に示すように、ヘリカ
ルアンテナ１０により形成される仰角θ１で全方位方向
のビームＢ１と、選択されたパッチアンテナにより形成
される仰角θ２で所定の方位のビームＢ２とが合成さ
れ、結果として仰角θ３で所定の方位の合成ビームＢ３
として設定される。このとき、合成ビームＢ３の仰角θ
３とそのビーム形状は、各ビームＢ１，Ｂ２間の位相差
と給電電力比によって決まるが、給電電力比は合成分配
器４０によって初期設定されるため、移相器５０におけ
る位相量を調整することでヘリカルアンテナ１０の給電
位相をパッチアレイアンテナ２０の給電位相に対して相
対的に変化させ、これにより合成ビームＢ３の仰角θ３
及びビーム形状を任意に変化させることが可能となる。
また、切替スイッチ３０を切り替えて給電するパッチア
ンテナを変更することで、合成ビームＢ３の方位を変化
させることも可能である。According to this configuration, the helical antenna 10 is fed with power through the combiner / distributor 40, and at the same time, the patch antennas 21 to 2 selected via the changeover switch 30.
Power to 4. As a result, as shown in FIG. 3, the beam B1 formed in the azimuth direction at the elevation angle θ1 formed by the helical antenna 10 and the beam B2 formed in the predetermined direction at the elevation angle θ2 formed by the selected patch antenna are combined. , As a result, the combined beam B3 of a predetermined azimuth at an elevation angle θ3
Is set as. At this time, the elevation angle θ of the combined beam B3
3 and its beam shape are determined by the phase difference between the beams B1 and B2 and the feed power ratio, but the feed power ratio is initialized by the combiner / distributor 40. Therefore, the phase amount in the phase shifter 50 should be adjusted. The feed phase of the helical antenna 10 is relatively changed with respect to the feed phase of the patch array antenna 20, so that the elevation angle θ3 of the combined beam B3 is changed.
Also, the beam shape can be changed arbitrarily.
Further, it is possible to change the azimuth of the combined beam B3 by switching the changeover switch 30 to change the patch antenna for feeding power.
【０００８】したがって、ヘリカルアンテナ１０による
ビームＢ１の仰角θ１を天頂に近い角度とし、パッチア
レイアンテナ２０によるビームＢ２の仰角θ２を水平に
近い角度に設定しておけば、合成ビームＢ３の仰角を低
角度から高角度の範囲にわたって走査することが可能と
なる。また、パッチアンテナを選択することで任意の方
位への設定も可能となる。なお、前記構成では説明を簡
略化するためにパッチアレイアンテナを４つのパッチア
ンテナで構成した例を示しているが、更に多数個のパッ
チアンテナで構成してもよく、ビームの方位を更に細か
く設定することができる。また、各パッチアンテナを個
々に選択的に切り替える構成としているが、隣接するパ
ッチアンテナをサブアレイしてこれらを同時に選択して
給電するようにしてもよく、或いは全てのパッチアンテ
ナに同時に給電するようにしてもよい。Therefore, if the elevation angle θ1 of the beam B1 from the helical antenna 10 is set to an angle close to the zenith and the elevation angle θ2 of the beam B2 from the patch array antenna 20 is set to an angle close to horizontal, the elevation angle of the composite beam B3 is lowered. It is possible to scan over a range of angles to high angles. Further, by selecting the patch antenna, it is possible to set the azimuth in any direction. In the above configuration, an example in which the patch array antenna is composed of four patch antennas is shown for simplification of description, but it may be composed of a larger number of patch antennas, and the beam azimuth is set more finely. can do. Further, each patch antenna is selectively switched individually, but it is also possible to sub-array adjacent patch antennas and select them at the same time to supply power, or to supply power to all patch antennas at the same time. May be.
【０００９】図４は本発明の他の実施例の外観図であ
る。ここでは、円錐ビームを有するアンテナとして高次
モードを発生しコニカルビームを放射するパッチアンテ
ナ１０Ａを用い、単峰ビームを有するアンテナとしてパ
ッチアレイアンテナ２０Ａを用いた例を示している。即
ち、円錐台面の頂面に単一の円錐ビームパッチアンテナ
１１を配置し、円錐面に複数（ここでは８つ）の単峰ビ
ームパッチアンテナ２１〜２８を配列した構成とする。
そして、図２に示した例と同様に、円錐ビームパッチア
ンテナ１１には前記実施例のヘリカルアンテナと同様に
移相器を通して給電を行い、複数の単峰ビームパッチア
ンテナ２１〜２８には切替スイッチを介して給電を行な
うことにより、両ビームを合成したビームを得ることが
でき、かつ移相器の移相量を調整することでビーム仰角
を任意に設定できる。なお、このビームの合成は図３に
示したと同様であり、合成ビームＢ３を任意のビーム仰
角θ３に設定することが可能である。また、切替スイッ
チを切り替えて給電するパッチを選択することでビーム
方位を任意に設定することも可能である。FIG. 4 is an external view of another embodiment of the present invention. Here, an example is shown in which a patch antenna 10A that generates a higher-order mode and radiates a conical beam is used as an antenna having a cone beam, and a patch array antenna 20A is used as an antenna that has a unimodal beam. That is, a single cone beam patch antenna 11 is arranged on the top surface of the truncated cone surface, and a plurality of (eight in this case) unimodal beam patch antennas 21 to 28 are arranged on the cone surface.
Then, similarly to the example shown in FIG. 2, the conical beam patch antenna 11 is fed with power through a phase shifter similarly to the helical antenna of the above-described embodiment, and the plurality of single-peak beam patch antennas 21 to 28 are switched. By feeding power via the beam, a beam obtained by combining both beams can be obtained, and the beam elevation angle can be arbitrarily set by adjusting the phase shift amount of the phase shifter. The synthesis of this beam is the same as that shown in FIG. 3, and the synthetic beam B3 can be set to an arbitrary beam elevation angle θ3. Further, it is also possible to arbitrarily set the beam azimuth by switching the changeover switch and selecting the patch to which power is supplied.
【００１０】[0010]
【発明の効果】以上説明したように本発明は、円錐ビー
ムを有する第１のアンテナと、その周囲に配置されて第
１のアンテナとは所要の仰角をなす単峰ビームを有する
複数の第２のアンテナとで構成し、両アンテナに対する
給電位相を任意に変化させることで、両アンテナのビー
ムを合成して任意のビーム仰角を得ることができる。特
に、第１のアンテナのビームピークを高仰角位置に向
け、第２のアンテナのビームピークを低仰角位置に向け
ることで、高仰角から低仰角にわたってビーム仰角を走
査することを可能とし、かつ低仰角での利得を改善する
ことが可能となる。また、第２のアンテナを全方位方向
に等しく配列し、単一或いは複数単位で選択されて給電
を行なうことで、ビームを任意の方位に設定することも
可能となる。As described above, according to the present invention, the first antenna having the cone beam and the plurality of second antennas having the unimodal beam arranged around the first antenna and having the required elevation angle are formed. , And the feed phases for both antennas are arbitrarily changed, the beams of both antennas can be combined to obtain an arbitrary beam elevation angle. In particular, by directing the beam peak of the first antenna to a high elevation position and the beam peak of the second antenna to a low elevation position, it is possible to scan the beam elevation angle from a high elevation angle to a low elevation angle, and It is possible to improve the gain at elevation. Further, by arranging the second antennas equally in all azimuth directions and selecting a single unit or a plurality of units for power supply, it is possible to set the beam in an arbitrary direction.
【図１】本発明の第１実施例の外観斜視図である。FIG. 1 is an external perspective view of a first embodiment of the present invention.
【図２】図１のアンテナの給電回路を示す概略構成図で
ある。FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a feeding circuit of the antenna of FIG.
【図３】ビーム合成とビーム仰角の設定を示す指向性図
である。FIG. 3 is a directivity diagram showing beam combination and beam elevation angle setting.
【図４】本発明の第２実施例の外観斜視図である。FIG. 4 is an external perspective view of a second embodiment of the present invention.
１０ ヘリカルアンテナ １０Ａ 円錐ビームパッチアンテナ ２０ パッチアレイアンテナ ２０Ａ パッチアレイアンテナ ２１〜２８ パッチアンテナ ３０ ４ビム切替スイッチ ４０ 合成分配器 ５０ 移相器 10 Helical Antenna 10A Conical Beam Patch Antenna 20 Patch Array Antenna 20A Patch Array Antenna 21-28 Patch Antenna 30 4 Bim Changeover Switch 40 Combined Distributor 50 Phase Shifter
Claims (4)
この第１のアンテナを中心としてその周囲に配置され、
第１のアンテナとは所要の仰角をなす単峰ビームを有す
る複数の第２のアンテナと、前記第１のアンテナと第２
のアンテナにそれぞれ給電を行う手段と、第１及び第２
のアンテナ間の給電位相を変化させる移相手段とを備え
ることを特徴とするアレイアンテナ。1. A first antenna having a cone beam,
It is placed around this first antenna,
The first antenna includes a plurality of second antennas having a unimodal beam forming a required elevation angle, the first antenna and the second antenna.
Means for supplying power to the respective antennas, and first and second means
An array antenna comprising: a phase shift means for changing a feeding phase between the antennas.
位置に向けられ、第２のアンテナのビームピークは低仰
角位置に向けられてなる請求項１のアレイアンテナ。2. The array antenna according to claim 1, wherein the beam peak of the first antenna is directed to a high elevation position and the beam peak of the second antenna is directed to a low elevation position.
列され、単一或いは複数単位で選択されて給電が行われ
る請求項１または２のアレイアンテナ。3. The array antenna according to claim 1, wherein the second antennas are equally arranged in all azimuth directions, and power is supplied by selecting a single unit or a plurality of units.
り、第２のアンテナが円錐面パッチアレイアンテナであ
る請求項１ないし３のアレイアンテナ。4. The array antenna according to claim 1, wherein the first antenna is a helical antenna and the second antenna is a conical patch array antenna.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP5183177A JP2508596B2 (en) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | Array antenna |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP5183177A JP2508596B2 (en) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | Array antenna |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0722829A true JPH0722829A (en) | 1995-01-24 |
| JP2508596B2 JP2508596B2 (en) | 1996-06-19 |
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ID=16131128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5183177A Expired - Lifetime JP2508596B2 (en) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | Array antenna |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP2508596B2 (en) | 1996-06-19 |
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