JPS62203403A

JPS62203403A - アレイアンテナの給電回路

Info

Publication number: JPS62203403A
Application number: JP4526186A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Yasunaga; 安永　正幸; Takayasu Shiokawa; 塩川　孝泰
Original assignee: Kokusai Denshin Denwa KK
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 1986-03-04
Filing date: 1986-03-04
Publication date: 1987-09-08
Anticipated expiration: 2010-05-17
Also published as: JPH0746761B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（発明の技術分野）本発明は、各々が複数のアンテナ素子で形成される複数
のサブアレイが複数のビーム方向にそれぞれ対応するよ
うに任意のアンテナ配置面上に分布して配置され、所望
のビーム方向を実現するためにこれらのサブアレイを選
択して給電するようにしたアレイアンテナの給電回路に
関する。

（従来技術とその問題点）船舶や航空機等の移動体を対象とした移動衛星通信では
、衛星の位置に応じて移動体アンテナのビームを衛星に
指向させる衛星追尾機能が必要である。現在、船舶用ア
ンテナはアンテナそのものを機械的に衛星方向に指向さ
せる方法が採られているが、軽量小型化の期待できる可
動部分の無い電子的なビーム走査アンテナが、将来の移
動体用アレイアンテナとして有望である。

電子ビーム走査アレイアンテナは、任意の面上に配列さ
れた素子アンテナの各励振振幅や位相を制御して、所望
の方向にビームを向けるアレイアンテナである。素子ア
ンテナの配列や配列される面の形状については、アンテ
ナの適用条件等により種々のものが提案されている。例
えば、半球状あるいはそれ以上の走査範囲を必要とする
移動体用アンテナでは、球面上に配列されたアレイアン
テナ（球面配列アンテナ）や複数のアレイアンテナを組
み合わせたアンテナ等がある。

第１図、第２図はこの種の従来例を示すもので、第１図
は球面２上に素子アンテナ１を配列したものであり、第
２図は平面上に９つの素子アンテナｌを配列した平面ア
レイアンテナ２゛を組合わせたものである。

この種のアレイアンテナのビーム走査方法としては、（
１）常に全ての素子アンテナｌを用いてビーム方向を変
化させる方法、（２）素子アンテナ１を複数のブロック
（サブアレイ）に分け、それぞれのサブアレイで１つの
固定ビームを構成し、これらのビームを所望する指向方
向に応じて切替える方法、（３）方法（１）と方法（２
）の統合的方法、すなわら、各サブアレイのビーム方向
を走査するとともに、それらのビームを切り換える方法
がある。

これらの方法のうち、ｆｉｌの方法は全素子アンテナを
励振するため、その制御が複雑になることや、広い角度
範囲でのビーム走査を行うと、レベルの高いサイドロー
ブの発生する可能性がある。このため、小型軽量化と広
い衛星追尾範囲を求められる移動衛星通信には適当では
ないと考えられる。

以下、本発明では、上記方法（２）または（３）による
ビーム走査を行うアレイアンテナを対象とし、これに用
いられている給電回路について述べていく。

また、素子アンテナ１としては、マイクロストリップア
ンテナやクロスダイポールアンテナ等があるが、素子ア
ンテナの種類は問わないので、これに関する詳しい説明
は省略する。

第３図は、上記（２）の方法における受信系給電回路の
構成例を示したものである。図において、３は低雑音増
幅器、４はＫＸＭスイッチマトリックス、５は可変移相
器、６は可変減衰器、７は合成器であり、Ｋは素子アン
テナの総数、Ｍはサブアレイの素子数のうち最大の値で
ある。各素子アンテナへの入射波は低雑音増幅器３で増
幅された後、ＫＸＭスイッチマトリックス４に入力され
る。Ｋ×Ｍスイッチマトリックス４では所望のサブアレ
イに属する素子アンテナから加えられる信号のみを出力
し、各々の出力信号は可変移相器５．及び可変減衰器６
によりそれぞれ所定の位相量および減衰量を付加され、
合成器７で合成される。なお、Ｃはスイッチマトリック
ス４を制御するための制御信号であり、通信衛星の位置
、移動体の位置、アレイアンテナの姿勢等からアンテナ
の指向方向を予め定め、指向方向に基づいて使用すべき
サブアレイに属する素子アンテナを選択する。

第４図は別の構成例であり、素子アンテナ１、低雑音増
幅器３、スイッチ８、可変移相器５および可変減衰器６
のセットを所要数に設け、制御信号Ｃに基づいてスイッ
チ８により所望の素子アンテナ１を選択するものである
。

第３図、第４図から明らかなように、第３図の構成例で
は素子数に応じた規模のスイッチマトリックス、第４図
では、素子数と同数の可変移相器５、可変減衰器６が必
要となり、給電回路としてかなり複雑なものである。

さらに、第５図は、方法（３）における受信系給電回路
の構成例を示している。図において、９はＮ；１スイツ
チであり、Ｎはサブアレイ数である。

同図から明らかなように、本構成例においても、必要な
移相器や減衰器の数が多く、給電回路が複雑である。

（発明の目的）本発明は、ビーム走査アレイアンテナの給電回路におけ
る上記欠点を解決し、構成のＨｊＰ、なアレイアンテナ
の給電回路を提供するものである。

（発明の構成）この目的を達成するために、本発明のアレイアンテナの
給電回路は、各々が複数の素子アンテナで形成される複
数のサブアレイが複数のビーム方向にそれぞれ対応する
ように任意のアンテナ配置面上に分布して配置され、所
望のビーム方向を実現するために前記サブアレイを選択
して給電するようにしたアレイアンテナの給電回路にお
いて、前記いずれのサブアレイを構成する場合にも各グ
ループから最大１つの素子アンテナしか用いられないよ
うに全素子アンテナを複数のグループに分け、該グルー
プの素子アンテナから一つを選択することにより前記サ
ブアレイが形成されるように構成されている。

前記複数のサブアレイのそれぞれを構成する前記複数の
素子アンテナは少な（とも一種類の形状の単位領域毎に
該単位領域上に他のサブアレイの該屯位領域の素子アン
テナの位置と同一の位置関係になるように配置されて各
回−の位置関係の各素子アンテナにより、前記のグルー
プを形成することができる。

以下図面を用いて本発明の詳細な説明する。

（実施例）第６図は上記手法に基づいた本発明における給電回路の
構成例である。図において、１０はｎｉｌスイッチであ
り、ここで、ｎは各グループに含まれる素子アンテナ数
の最大値である。第３図〜第５図と第６図を比較しても
明らかなように、本発明における給電回路はに個の可変
移相器５及び可変減衰器６しか必要とせず、できるだけ
小さいｋを選ぶことにより、かなりの簡単化が期待出来
る。

ところで、制御の複雑な可変減衰器６を用いずに素子ア
ンテナ１を一様振幅で励振し、励振位相のみの制御を行
う電子ビーム走査アンテナも用いることができる。例え
ば、（３）の方法において、サブアレイのビーム走査は
位相の制御のみでも可能である。また、方法（２）にお
いては、サブアレイを構成する素子アンテナを一様振幅
で励振しても、実用上支障のない場合もある。さらに、
必要とされる位相量はある所望の範囲内の連続的な全て
の値ではなく、離散的な有限個の値を有するものとする
。これは、方法（３）において、サブアレイの主ビーム
方向が異なる複数のビームを切り換えてビーム走査を行
うことを意味し、実用上これで十分な場合が多い。

以下、位相量のみの制御を行う電子ビーム走査アレイア
ンテナの給電回路の本発明における構成について説明す
る。

先ず、第７図は可変移相器５を用いた従来の給電回路の
構成例であり、第４図の例から可変減衰器６を除いた構
成となっている。

次に、全ての素子アンテナ１において必要な位相量の種
類をｍとする。さらに、上述したように、全素子アンテ
ナをに個のグループに分ける。このような条件の下に本
発明における給電回路の構成例を第８図に示す。図にお
いて、１１はｋＸｍスイッチマトリックス、１２は固定
移相器である。ｎ：１スイツチ１０は所望のサブアレイ
を構成する素子アンテナ１のみに接続されるように制御
され、各素子アンテナグループから高々１個の受信信号
がｋｐｍスイッチマトリックス１１に入力される。ｋ×
ｍスイッチマトリックス１１では各入力信号に対して所
望の位相量を与える出力ポートにスイッチが切り換えら
れ、各ポートからの出力信号はそのポートに接続された
固定移相器１２により所定の位相量が付加された後合成
される。

第７図及び第８図を比較しても明らかなように、従来の
構成例ではＫＸＭスイッチマトリックス４及び可変移相
器５が必要であり、その制御も複雑であるのに対し、本
発明における構成例では、ｋ×ｍスイッチマトリックス
１１及びｍ個の固定移相器１２を用いて実現され、給電
回路の筒車化が図れ、かつ、スイッチマトリックスの制
御のみが必要であり、移相器の制御は不要となる。

第８図は無線周波数（ＲＦ）帯での処理を行うスイッチ
マトリックス１１を用いた構成例であるが、一般にＲＦ
帯ではスイッチマトリックスの製作が困難である。そこ
で、第９図は中間周波数（Ｉ　Ｆ）帯の処理を行う本発
明における給電回路の構成例を示している。図において
、１３は局部発振器、１４はミキサー、１５はＩＦ帯ｋ
Ｘｍスイッチマトリックスであり、局部発振器１３及び
ミキサー１４による周波数変換以外の処理は第８図の構
成例と同様である。

以上、本発明における電子ビーム走査アレイアンテナの
給電回路について一般的な説明を行った。

以下、本発明における給電回路の構成について、具体例
でさらに詳細な説明を行う。

先ず、第１の例として、方法（３）のビーム走査を行う
Ｍ素子平面アレイアンテナをＮ面配列したアンテナにつ
いて説明する。この場合、素子アンテナグループ数には
Ｍとなり、各グループに含まれる素子アンテナ数はＮ個
である。従って、この例における給電回路の本発明にお
ける実施例は第１０図のようになる。図において、１６
はＭ　Ｘ　ｍスイッチマトリックスである。この図と第
５図に示される従来の構成例とを比較すると、従来の構
成例では、ＭＸＮ個の可変移相器５とその制御が必要で
あるが、本発明では、ｍ個の固定移相器１２とＭ×ｍス
イッチマトリックス１６を用いて構成される。

次に、方法（２）のビーム走査を行う第２の例として、
球面上に７６個の素子アンテナを配列した球面配列アン
テナを取り上げる。第１１図は７６素子球面配列アンテ
ナの素子配列を示す斜視図である。

素子アンテナ１の配列される球面は正２０面体の各辺の
３等分点全てに外接する球面であり、素子アンテナ１は
これら３等分点、及び隣接する５個の３等分点から等距
離にある球面上の点、及び隣接する６個の３等分点から
等距離にある球面上の点に配置されている。さらに、サ
ブアレイとしては、第１２図に示ず正５角形型（タイプ
１）、正６角形型（タイプ２）、及び疑偵６角形型（タ
イプ３）、の３種類を用いている。また、球面配列アン
テナでは、素子アンテナ１が平面上にないため、各素子
アンテナ１の偏波面をそろえる必要がある。

どのサブアレイにおいても偏波面をそろえるためには、
物理的な配置の調整では不可能であり、各素子アンテナ
１の位相調整が必要である。第１３図は第１１図に示し
た座標（θ、φ）での素子アンテナｌの配列位置（Ｏ）
と基準の偏波面（＝Ｏ）の−例を示したものである。全
てのサブアレイに対し、偏波面をそろえるために必要な
位相量の種類をｍとすると、この例において、ｍ＝１９
となる。さらに、前記グループ化の条件を満足する最少
のｋは８であり、各グループに含まれる素子アンテナｌ
の数は９あるいは１０となる。

従って、この例における本発明の給電回路の実施例は第
１４図となる。図において、１７は１０：ｌスイッチ、
１８は８×１９スイツチマトリツクスである。

この図における構成例と第７図における従来の構成例を
比較すると、後者の構成では７６個の可変移相器５が必
要であったのに対し、本発明の構成では、８×１９スイ
ツチマトリツクス１８と１９個の固定移相器１２で実現
でき、給電回路の構成が非常に簡単であるとともに、制
御も簡易になるものである。

（発明の効果）以上、詳細に説明したように、本発明は、上述したよう
な素子アンテナのグループ化を行うことにより、必要な
移相器や減衰器の数を大幅に減少し、また、減衰器を用
いない場合には、小規模のスイッチマトリックス及び固
定の移相器を用いて、簡単な構成で、かつ、制御の容易
なアレイアンテナの給電回路を提供するものである。な
お、以上の説明は受信系の給電回路についてのみであっ
たが、低雑音増幅器３を高電力増幅器に、合成器７を分
配器に置き換えることにより、送信系給電回路について
も同様の構成が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は球面配列アンテナの例を示す斜視略図、第２図
は９素子平面アレイアンテナを組合わせたアレイアンテ
ナの例を示す斜視略図、第３図は方法（２）のビーム走
査を行う場合の給電回路の構成例を示すブロック図、第
４図は方法（２）のビーム走査を行う場合の給電回路の
別の構成例を示すブロック図、第５図は方法（３）のビ
ーム走査を行う場合の給電回路の構成例を示すブロック
図、第６図は本発明における給電回路の構成例を示すブ
ロック図、第７図は減衰器を用いない従来の給電回路の
構成例を示すブロック図、第８図は減衰器を用いない本
発明による給電回路の構成例を示すブロック図、第９図
はＩＦ帯スイッチマトリックスを用いた本発明による給
電回路の構成例を示すブロック図、第１０図は方法（３
）のビーム走査を行う本発明によるアレイアンテナの給
電回路の実施例を示すブロック図、第１１図は７６素子
球面配列アンテナの斜視図、第１２図はサブアレイの構
成例を示す斜視図、第１３図は素子アンテナの配置と基
準の偏波面を示す図面、第１４図は７６素子球面配列ア
ンテナを用いた場合の本発明による給電回路の実施例を
示すブロック図である。Ｉ・・・素子アンテナ、　２・・・球面、　３・・・低
雑音増幅器、　４・・・ＫＸＭスイッチマトリックス、
５・・・可変移相器、　６・・・可変減衰器、　７・・
・合成器、　８・・・スイッチ、　９・・・Ｎ：１スイ
ツチ、１０・・・ｎｉｌスイッチ、　１１・・・ｋＸｍ
スイッチマトリックス、　１２・・・固定移相器、　１
３・・・局部発振器、　１４・・・ミキサー、　１５・
・・ＩＦ帯ｋＸｍスイッチマトリックス、　１６・・・
Ｍｘｍスイッチマトリックス、　１８・・・８×１９ス
イツチマトリツクス。

Claims

【特許請求の範囲】

各々が複数の素子アンテナで形成される複数のサブアレ
イが複数のビーム方向にそれぞれ対応するように任意の
アンテナ配置面上に分布して配置され、所望のビーム方
向を実現するために前記サブアレイを選択して給電する
ようにしたアレイアンテナの給電回路において、前記い
ずれのサブアレイを構成する場合にも各グループから最
大１つの素子アンテナしか用いられないように全素子ア
ンテナを複数のグループに分け、該グループの素子アン
テナから一つを選択することにより前記サブアレイが形
成されるように構成されたことを特徴とするアレイアン
テナの給電回路。