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JP6973911B2 - Transmission / reception shared plane antenna element and transmission / reception shared plane array antenna - Google Patents

Transmission / reception shared plane antenna element and transmission / reception shared plane array antenna Download PDF

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JP6973911B2 JP2017129614A JP2017129614A JP6973911B2 JP 6973911 B2 JP6973911 B2 JP 6973911B2 JP 2017129614 A JP2017129614 A JP 2017129614A JP 2017129614 A JP2017129614 A JP 2017129614A JP 6973911 B2 JP6973911 B2 JP 6973911B2
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Description

本発明は、互いに直交する2つの偏波信号を送受信可能な送受共用平面アンテナ素子および送受共用平面アレーアンテナに関する。 The present invention relates to a transmission / reception shared plane antenna element and a transmission / reception shared plane array antenna capable of transmitting and receiving two polarized signals orthogonal to each other.

マイクロ波帯の衛星通信では、受信チャンネルごとに垂直偏波、水平偏波の切り替えが必要となるため、1つのアンテナで直交する2つの偏波(垂直偏波、水平偏波)に対応可能な送受共用平面アレーアンテナが用いられている。図8に平面図を示すように、従来の送受共用平面アレーアンテナ10は、矩形板状のアンテナ本体101の平面上に、互いに直交するX軸及びY軸に沿って、マトリクス状に多数の送受共用平面アンテナ素子102が配列されている。 In microwave band satellite communication, it is necessary to switch between vertically polarized light and horizontally polarized light for each receiving channel, so it is possible to handle two polarized waves (vertically polarized light and horizontally polarized light) that are orthogonal to each other with one antenna. A common plane array antenna for transmission and reception is used. As shown in the plan view of FIG. 8, the conventional transmission / reception shared plane array antenna 10 has a large number of transmission / reception in a matrix along the X-axis and the Y-axis orthogonal to each other on the plane of the rectangular plate-shaped antenna main body 101. The common plane antenna elements 102 are arranged.

図9は、1つの送受共用平面アンテナ素子102について、X軸およびY軸に直交するZ軸(図8の紙面奥行方向)における積層構造を示す分解斜視図である。送受共用平面アンテナ素子102は、下層から順に、グランド板103、誘電体104、下層給電素子105、誘電体106、下層スロット板107、誘電体108、上層給電素子109、誘電体110および上層スロット板111が積層されている。 FIG. 9 is an exploded perspective view showing a laminated structure of one transmission / reception shared plane antenna element 102 in the Z axis (direction of paper depth in FIG. 8) orthogonal to the X axis and the Y axis. In the transmission / reception shared plane antenna element 102, the ground plate 103, the dielectric 104, the lower layer feeding element 105, the dielectric 106, the lower slot plate 107, the dielectric 108, the upper layer feeding element 109, the dielectric 110, and the upper layer slot plate are arranged in this order from the lower layer. 111 are laminated.

下層給電素子105は、絶縁性を有する下層給電基板105aの略中央に、導電箔からなる矩形の下層給電パッチ105bが配設され、この下層給電パッチ105bに給電を行う下層給電線路105cがY軸と平行に配設されている。各下層給電線路105cは、下層給電基板105a上で共通の給電幹線(図示せず)に接続されている。また、上層給電素子109は、絶縁性を有する下層給電基板109aの略中央に、導電箔からなる矩形の上層給電パッチ109bが配設され、この上層給電パッチ109bに給電を行う上層給電線路109cがX軸と平行に配設されている。各上層給電線路109cは、上層給電基板109a上で共通の給電幹線(図示せず)に接続されている。 In the lower layer feeding element 105, a rectangular lower layer feeding patch 105b made of a conductive foil is arranged substantially in the center of the lower layer feeding board 105a having an insulating property, and the lower layer feeding line 105c that feeds the lower layer feeding patch 105b is the Y axis. It is arranged in parallel with. Each lower layer feeding line 105c is connected to a common feeding trunk line (not shown) on the lower layer feeding board 105a. Further, in the upper layer feeding element 109, a rectangular upper layer feeding patch 109b made of a conductive foil is arranged substantially in the center of the lower layer feeding board 109a having an insulating property, and an upper layer feeding line 109c for feeding the upper layer feeding patch 109b is provided. It is arranged parallel to the X-axis. Each upper layer feeding line 109c is connected to a common feeding trunk line (not shown) on the upper layer feeding board 109a.

この送受共用平面アレーアンテナ10では、下層給電素子105は、下層給電パッチ105bにY軸に沿った下層給電線路105cが接続されているので、偏波面がY軸と平行で紙面に垂直な面となる偏波信号を送信または受信する。したがって、下層給電素子105の励振方向は、Y軸方向となる。同様に、上層給電素子109は、上層給電パッチ109bにX軸に沿った上層給電線路109cが接続されているので、偏波面がX軸と平行で紙面に垂直な面となる電波を送信または受信する。したがって、上層給電素子109の励振方向は、X軸方向となる。 In this transmission / reception shared plane array antenna 10, the lower layer feeding element 105 has a lower layer feeding line 105c connected to the lower layer feeding patch 105b along the Y axis, so that the plane of polarization is parallel to the Y axis and perpendicular to the paper surface. Transmits or receives a polarization signal. Therefore, the excitation direction of the lower layer feeding element 105 is the Y-axis direction. Similarly, since the upper layer feeding element 109 is connected to the upper layer feeding line 109c along the X axis, the upper layer feeding element 109 transmits or receives radio waves whose plane of polarization is parallel to the X axis and perpendicular to the paper surface. do. Therefore, the excitation direction of the upper layer feeding element 109 is the X-axis direction.

給電パッチのサイズは、送受信する偏波信号の周波数帯域に応じて決まり、周波数帯域が低いほど給電パッチのサイズは大きくなる。そのため、送信される偏波信号と受信される偏波信号との周波数帯域が大きく離れている場合、例えば上述した送受共用平面アレーアンテナ10では、下層給電パッチ105bと上層給電パッチ109bのサイズに差が生じてしまい、サイズの大きな給電パッチに合わせて送受共用平面アンテナ素子102の配置間隔d1が決まってしまう。したがって、サイズの小さな給電パッチでは、その励振方向における配置間隔d1が偏波信号の波長(λ)に対して必要以上に大きくなってしまい、以下のような問題(1)、(2)が発生する。 The size of the feeding patch is determined according to the frequency band of the polarization signal to be transmitted and received, and the lower the frequency band, the larger the size of the feeding patch. Therefore, when the frequency bands of the transmitted polarization signal and the received polarization signal are far apart, for example, in the above-mentioned transmission / reception shared plane array antenna 10, there is a difference in size between the lower layer feeding patch 105b and the upper layer feeding patch 109b. The arrangement interval d1 of the transmission / reception shared plane antenna element 102 is determined according to the large-sized power supply patch. Therefore, in a small-sized power supply patch, the arrangement interval d1 in the excitation direction becomes larger than necessary with respect to the wavelength (λ) of the polarization signal, and the following problems (1) and (2) occur. do.

問題(1)は、グレーティングローブにエネルギーが奪われて正面利得が低下する、というものである。また、問題(2)は、励振方向における給電パッチの配置間隔が1λ以上となった場合にグレーティングローブが発生し、サイドローブレベルの悪化により平面アレーアンテナとしての指向性規格を満たさなくなってしまう、というものである。 The problem (1) is that the grating lobe deprives the grating of energy and the frontal gain decreases. Further, the problem (2) is that a grating lobe is generated when the arrangement interval of the feeding patches in the excitation direction is 1λ or more, and the deterioration of the side lobe level makes it impossible to satisfy the directivity standard as a planar array antenna. That is.

例えば、送受共用平面アレーアンテナ10において、上層給電素子109が30GHzの偏波信号を送信する送信アンテナで、下層給電素子105が20GHzの偏波信号を受信する受信アンテナである場合、送信される偏波信号と受信される偏波信号との周波数帯域が大きく離れているため、上層給電素子109の配置間隔は、サイズの大きな下層給電素子105の配置間隔に影響されてしまい、その励振方向であるX軸方向において1λを超えてしまうことがある。この場合、送信電波にグレーティングローブが発生し、正面利得が低下してしまう。 For example, in the transmission / reception shared plane array antenna 10, when the upper layer feeding element 109 is a transmitting antenna that transmits a polarization signal of 30 GHz and the lower layer feeding element 105 is a receiving antenna that receives a polarized signal of 20 GHz, the bias to be transmitted is Since the frequency bands of the wave signal and the received polarization signal are far apart, the arrangement interval of the upper layer feeding element 109 is affected by the arrangement interval of the lower layer feeding element 105 having a large size, and is the excitation direction thereof. It may exceed 1λ in the X-axis direction. In this case, a grating lobe is generated in the transmitted radio wave, and the front gain is lowered.

従来、問題(1)に対しては、各送受共用平面アンテナ素子に対して金属製のフレア(ホーン)を設けることにより、グレーティングローブのレベルを低減する手法が取られていた(例えば、特許文献1参照)。また、各送受共用平面アンテナ素子の上に、円柱状の誘電体を装荷することにより、素子のビーム幅を狭くしてグレーティングローブを低減する手法も従来知られている(例えば、非特許文献2参照)。また、問題(2)に対しては、図10に示すように、マトリクス状に配設した複数の送受共用平面アンテナ素子102の各行を水平方向にずらして千鳥状に配設し、隣接する3つの送受共用平面アンテナ素子102の間隔d3を同一距離にすることにより、観測面確度φが変化した場合でもグレーティングローブが発生しないようにしていた(例えば、非特許文献1参照)。 Conventionally, to solve the problem (1), a method of reducing the level of the grating lobe by providing a metal flare (horn) for each transmission / reception plane antenna element has been adopted (for example, Patent Document). 1). Further, a method of narrowing the beam width of the element and reducing the grating lobe by loading a cylindrical dielectric material on each transmission / reception plane antenna element is also conventionally known (for example, Non-Patent Document 2). reference). Further, for the problem (2), as shown in FIG. 10, each row of the plurality of transmission / reception shared plane antenna elements 102 arranged in a matrix is arranged in a staggered manner by shifting them in the horizontal direction, and adjacent 3 By making the distance d3 of the two transmission / reception shared plane antenna elements 102 the same distance, the grating lobe does not occur even when the observation surface accuracy φ changes (see, for example, Non-Patent Document 1).

「ブリッジ付き開口を用いた偏波共用平面アンテナ」、2001年電子情報通信学会総合大会予稿集、B−1−175"Polarized Polarized Planar Antenna Using Aperture with Bridge", Proceedings of the 2001 IEICE General Conference, B-1-175 「21GHz帯における導波管並列給電方式誘電体装荷円偏波平面アンテナ」、1998年、電子情報通信学会通信ソサイエティ大会予稿集、B1−1−46"Waveguide Parallel Feeding Method Dielectric Loaded Circularly Polarized Plane Antenna in 21GHz Band", 1998, Proceedings of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers Communication Society, B1-1-46

特開2012−175680号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-175680

しかしながら、非特許文献1の技術では、給電パッチと給電線路とが同じ給電基板上に設けられている場合(共平面給電ともいう)、給電パッチ間の隙間が狭くなり、給電線路の引き回しが困難になるという問題があった。また、特許文献1および非特許文献2の技術では、どちらも送受共用平面アレーアンテナが大幅に厚くなり、重量も増加してしまうという問題があった。 However, in the technique of Non-Patent Document 1, when the feeding patch and the feeding line are provided on the same feeding board (also referred to as coplanar feeding), the gap between the feeding patches becomes narrow and it is difficult to route the feeding line. There was a problem of becoming. Further, in both the techniques of Patent Document 1 and Non-Patent Document 2, there is a problem that the transmission / reception shared planar array antenna becomes significantly thicker and the weight also increases.

そこで本発明は、給電線路の引き回しに影響がなく、かつ、厚みや重量を増加させずに正面利得が向上し、かつグレーティングローブの低減が可能な送受共用平面アンテナ素子および送受共用平面アレーアンテナを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a transmission / reception shared plane antenna element and a transmission / reception shared plane array antenna that do not affect the routing of the feeding line, improve the frontal gain without increasing the thickness and weight, and reduce the grating lobe. The purpose is to provide.

上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、互いに直交する2つの偏波信号を送受信する2つの給電素子および前記2つの給電素子それぞれの上にスロット板が積層された送受共用平面アンテナ素子であって、前記スロット板のうち上層にあるスロット板の上に、少なくとも1枚の無給電素子を積層した、ことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is a transmission / reception sharing in which a slot plate is laminated on two feeding elements for transmitting / receiving two polarization signals orthogonal to each other and each of the two feeding elements. a planar antenna element, on the slot plate in the upper layer of the slot plate, and laminating at least one parasitic element, characterized in that.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の送受共用平面アンテナ素子であって、前記上層のスロット板と前記無給電素子との間に、前記無給電素子の高さ位置を調整する誘電体を積層した、ことを特徴とする。 The invention according to claim 2 is the transmission / reception shared flat antenna element according to claim 1, wherein the height position of the non-feeding element is adjusted between the slot plate of the upper layer and the non-feeding element. It is characterized by laminating dielectrics.

請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の送受共用平面アンテナ素子であって、前記無給電素子は、絶縁性基板に設けられた導電箔の無給電パッチからなり、前記2つの給電素子のうち少なくとも一方の給電素子の励振方向に沿って延びている、ことを特徴とする。 The invention according to claim 3 is the transmission / reception shared flat antenna element according to claim 1 or 2, wherein the non-feeding element comprises a non-feeding patch of a conductive foil provided on an insulating substrate, and the above 2 It is characterized in that it extends along the excitation direction of at least one of the feeding elements.

請求項4に記載の発明は、互いに直交する2つの偏波信号を送受信する2つの給電素子と、前記2つの給電素子それぞれの上に積層されたスロット板と、前記スロット板のうち上層にあるスロット板の上に積層された少なくとも1枚の無給電素子と、を備える送受共用平面アンテナ素子を、互いに直交するX軸およびY軸に沿ってマトリクス状に配設し、前記2つの偏波信号のうちいずれか一方の偏波信号の波長をλ、前記送受共用平面アンテナ素子の素子指向性においてヌルが発生する観測角度であって前記X軸および前記Y軸に直交するZ軸に対する観測角度をθ、前記送受共用平面アンテナ素子の前記X軸および前記Y軸における配設間隔をdとしたとき、d=λ/sinθに基づいて前記配設間隔dを求める、ことを特徴とする送受共用平面アレーアンテナである。 The invention according to claim 4 is a two feeding elements that transmit and receive two polarization signals orthogonal to each other, a slot plate laminated on each of the two feeding elements, and an upper layer of the slot plates. The transmission / reception shared plane antenna element including at least one non-feeding element laminated on the slot plate is arranged in a matrix along the X-axis and the Y-axis orthogonal to each other, and the two polarization signals are described above. The wavelength of one of the polarization signals is λ, and the observation angle at which null occurs in the element directivity of the transmission / reception shared plane antenna element with respect to the X-axis and the Z-axis orthogonal to the Y-axis. θ , the transmission / reception shared plane The transmission / reception shared plane is characterized in that the arrangement interval d is obtained based on d = λ / sin θ, where d is the arrangement interval of the transmission / reception shared plane antenna element on the X-axis and the Y-axis. It is an array antenna.

請求項に記載の発明は、請求項に記載の送受共用平面アレーアンテナであって、前記偏波信号を送受信する観測面の方向である観測面角度をX軸に対するφとしたとき、φ=45°および135°である、ことを特徴とする。 The invention according to claim 5 is the transmission / reception shared plane array antenna according to claim 4, when the observation plane angle , which is the direction of the observation plane for transmitting and receiving the polarization signal, is φ with respect to the X axis. = it is 45 ° and 135 °, characterized in that.

請求項1に記載の送受共用平面アンテナ素子によれば、互いに直交する2つの偏波信号を送受信する2つの給電素子それぞれの上に積層されたスロット板のうち上層にあるスロット板の上に、少なくとも1枚の無給電素子を積層したので、ビームが絞られて送受共用平面アンテナ素子の正面利得が向上し、上述した問題(1)が解消可能となる。また、平面アンテナ素子に用いられる無給電素子は、一般的にフレキシブル基板などの絶縁性基板に導電箔などからなるパッチを設けた薄型、軽量なものであるため、特許文献1および非特許文献2に記載の技術のように、厚みおよび重量が増加することがない。 According to the transmission / reception shared plane antenna element according to claim 1, the slot plate on the upper layer of the slot plates laminated on each of the two feeding elements that transmit and receive two polarized signals orthogonal to each other is placed on the slot plate. Since at least one non-feeding element is laminated, the beam is narrowed and the front gain of the transmission / reception shared plane antenna element is improved, and the above-mentioned problem (1) can be solved. Further, since the non-feeding element used for the flat antenna element is generally a thin and lightweight element in which a patch made of a conductive foil or the like is provided on an insulating substrate such as a flexible substrate, Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 There is no increase in thickness and weight as in the technique described in.

請求項2に記載の送受共用平面アンテナ素子によれば、上層のスロット板と無給電素子との間に、無給電素子の高さ位置を調節する誘電体を積層したので、偏波信号の波長に応じて最適な高さ位置に無給電素子を配置することができる。すなわち、2つの給電素子のうち、少なくともいずれか一方の給電素子の正面利得に影響する高さ位置、あるいは両方の正面利得に影響する高さ位置など、無給電素子の高さ位置を調節することによって、2つの給電素子の正面利得に対して同時にあるいは選択的に改善を施すことが可能となる。 According to the transmission / reception shared flat antenna element according to claim 2, since a dielectric material for adjusting the height position of the non-feeding element is laminated between the slot plate on the upper layer and the non-feeding element, the wavelength of the polarization signal is The non-feeding element can be arranged at the optimum height position according to the above. That is, adjusting the height position of the non-feeding element, such as the height position that affects the front gain of at least one of the two feeding elements, or the height position that affects the front gain of both. This makes it possible to simultaneously or selectively improve the frontal gains of the two feeding elements.

請求項3に記載の送受共用平面アンテナ素子によれば、無給電素子が絶縁性基板に設けられた導電箔の無給電パッチによって構成されている場合に、2つの給電素子のうち少なくとも一方の給電素子の励振方向に沿って延びるように無給電パッチを設けたので、2つの給電素子の正面利得に対して選択的に改善を施すことが可能となる。 According to the transmission / reception shared flat antenna element according to claim 3, when the non-feeding element is composed of a non-feeding patch of a conductive foil provided on an insulating substrate, at least one of the two feeding elements is fed. Since the non-feeding patch is provided so as to extend along the excitation direction of the element, it is possible to selectively improve the front gain of the two feeding elements.

請求項4に記載の送受共用平面アレーアンテナによれば、互いに直交する2つの偏波信号を送受信する2つの給電素子と、2つの給電素子それぞれの上に積層されたスロット板と、スロット板のうち上層にあるスロット板の上に積層された少なくとも1枚の無給電素子とを備える送受共用平面アンテナ素子を、互いに直交するX軸およびY軸に沿ってマトリクス状に配設し、2つの偏波信号のうちいずれか一方の偏波信号の波長をλ、送受共用平面アンテナ素子の素子指向性においてヌルが発生する観測角度であってX軸およびY軸に直交するZ軸に対する観測角度をθ、送受共用平面アンテナ素子のX軸およびY軸における配設間隔をdとしたとき、d=λ/sinθ に基づいて配設間隔dを求めるので、グレーティングローブの発生を低減することが可能となる。したがって、上述した問題(1)を解消することが可能である。本発明におけるヌルとは、送受共用平面アンテナ素子の素子指向性において発生するグレーティングローブの近傍で、グレーティングローブよりも利得の低下が生じている部分を指す。したがって、このヌルが発生している観測角度にアレーアンテナのグレーティングローブが発生するようにアンテナ素子を配設することにより、グレーティングローブが発生したとしても、その発生レベルを下げることが可能となる。そして、このような手法を利用して送受共用平面アンテナ素子の配設間隔を設定することにより、配設間隔が極端に狭くなることがないので、給電線路の引き回しが困難になることもない。 According to the transmission / reception shared plane array antenna according to claim 4, two feeding elements for transmitting / receiving two polarization signals orthogonal to each other, a slot plate laminated on each of the two feeding elements, and a slot plate. The transmission / reception shared plane antenna element including at least one non-feeding element laminated on the slot plate in the upper layer is arranged in a matrix along the X-axis and the Y-axis orthogonal to each other , and two deviations are made. The wavelength of one of the wave signals is λ, and the observation angle at which null occurs in the element directivity of the transmission / reception shared plane antenna element with respect to the X-axis and the Z-axis orthogonal to the Y-axis is θ. When the arrangement interval d on the X-axis and Y-axis of the transmission / reception shared plane antenna element is d, the arrangement interval d is obtained based on d = λ / sinθ, so that the occurrence of the grating lobe can be reduced. .. Therefore, it is possible to solve the above-mentioned problem (1). The null in the present invention refers to a portion where the gain is lower than that of the grating lobe in the vicinity of the grating lobe generated in the element directivity of the transmission / reception shared plane antenna element. Therefore, by arranging the antenna element so that the grating lobe of the array antenna is generated at the observation angle where this null is generated, even if the grating lobe is generated, the generation level can be lowered. By setting the arrangement interval of the transmission / reception shared plane antenna element by using such a method, the arrangement interval does not become extremely narrow, so that it does not become difficult to route the feeding line.

請求項に記載の送受共用平面アレーアンテナによれば、偏波信号を送受信する観測面の方向である観測面角度をX軸に対するφとしたとき、φ=45°および135°であるので、指向性規格を満足することが可能となる。したがって、上述した問題(2)を解消することが可能である。 According to duplexer planar array antenna according to claim 5, when an observation surface angle is the direction of the observation plane for transmitting and receiving polarized signals was phi with respect to the X-axis, since it is phi = 45 ° and 135 °, It is possible to satisfy the directivity standard. Therefore, it is possible to solve the above-mentioned problem (2).

この発明の実施の形態に係る(A)送受共用平面アレーアンテナの概略構成図、および(B)観測方向の角度を示す説明図である。It is a schematic block diagram of (A) transmission / reception common plane array antenna which concerns on embodiment of this invention, and (B) explanatory drawing which shows the angle of observation direction. 図1の送受共用平面アンテナ素子の積層構造を示す分解斜視図である。It is an exploded perspective view which shows the laminated structure of the transmission / reception common plane antenna element of FIG. 図2の送受共用平面アンテナ素子の(A)φ=135°面、(B)φ=45°面、(C)φ=0°面の素子指向特性を示すグラフである。It is a graph which shows the element directivity of the (A) φ = 135 ° plane, (B) φ = 45 ° plane, and (C) φ = 0 ° plane of the transmission / reception shared plane antenna element of FIG. 図3の素子指向特性に基づいて素子間隔を求める手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the procedure which obtains the element spacing based on the element directivity of FIG. 図1の送受共用平面アレーアンテナの(A)φ=0°面、(B)φ=45°面、(C)φ=90°面のアレー指向性を示すグラフである。It is a graph which shows the array directivity of (A) φ = 0 ° plane, (B) φ = 45 ° plane, (C) φ = 90 ° plane of the transmission / reception common plane array antenna of FIG. 無給電素子を有しない送受共用平面アレーアンテナのφ=0°面のアレー指向性を示すグラフである。It is a graph which shows the array directivity of the φ = 0 ° plane of the transmission / reception common plane array antenna which does not have a non-feeding element. 無給電素子の有無による送受共用平面アレーアンテナの特性差を現す表である。It is a table showing the characteristic difference of the transmission / reception shared plane array antenna depending on the presence / absence of a non-feeding element. 従来の送受共用平面アレーアンテナの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the conventional transmission / reception common plane array antenna. 図8の送受共用平面アンテナ素子の積層構造を示す分解斜視図である。It is an exploded perspective view which shows the laminated structure of the transmission / reception common plane antenna element of FIG. 従来の送受共用平面アンテナ素子を三角配列した例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example which the conventional transmission / reception common plane antenna elements are arranged in a triangular array.

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiment.

図1〜図7は、この発明の実施の形態を示し、図1(A)は、この実施の形態に係る送受共用平面アレーアンテナ(以下、アレーアンテナという)1を示す平面図である。アレーアンテナ1は、マイクロ波帯の衛星通信において、互いに直交する2つの偏波信号(水平偏波および垂直偏波)を送受信するアレーアンテナであり、矩形板状のアンテナ本体11の平面上に、互いに直交するX軸及びY軸に沿って、マトリクス状に多数の送受共用平面アンテナ素子(以下、アンテナ素子という)2が配列されている。各アンテナ素子2は、X軸およびY軸において間隔dで配設されている。 1 to 7 show an embodiment of the present invention, and FIG. 1A is a plan view showing a transmission / reception shared plane array antenna (hereinafter referred to as an array antenna) 1 according to this embodiment. The array antenna 1 is an array antenna that transmits and receives two polarized signals (horizontally polarized wave and vertically polarized wave) orthogonal to each other in microwave band satellite communication, and is formed on a plane of a rectangular plate-shaped antenna body 11. A large number of transmission / reception shared plane antenna elements (hereinafter referred to as antenna elements) 2 are arranged in a matrix along the X-axis and the Y-axis that are orthogonal to each other. Each antenna element 2 is arranged at an interval d on the X-axis and the Y-axis.

このアレーアンテナ1は、偏波信号を送受信する観測面の方向(観測面角度)をX軸に対するφとしたとき、30GHzの偏波信号を送信する送信偏波面がφ=45°、20GHzの偏波信号を受信する受信偏波面がφ=135°となっている。したがって、送信偏波面におけるアンテナ素子2の実質的な配設間隔は、d/√2となり、X軸およびY軸方向の配設間隔dよりも短くなる。 In this array antenna 1, when the direction of the observation surface for transmitting and receiving the polarization signal (observation surface angle) is φ with respect to the X axis, the transmission polarization surface for transmitting the polarization signal of 30 GHz is φ = 45 ° and the deviation is 20 GHz. The receiving polarization plane that receives the wave signal is φ = 135 °. Therefore, the substantial arrangement interval of the antenna element 2 on the transmission polarization plane is d / √2, which is shorter than the arrangement interval d in the X-axis and Y-axis directions.

図1(B)は、上述したX軸およびY軸と、これらに直交するZ軸(図1(A)の紙面奥行方向)における衛星の観測方向を示しており、この観測方向をX軸およびY軸からなる平面上に投影した投影線VとX軸とがなす角度が観測面角度φとなり、観測方向とZ軸とがなす角度が観測角度θとなる。 FIG. 1B shows the observation directions of the satellite in the X-axis and the Y-axis described above and the Z-axis orthogonal to them (the depth direction of the paper in FIG. 1A), and the observation directions are the X-axis and the X-axis. The angle formed by the projected line V projected on the plane formed by the Y axis and the X axis is the observation plane angle φ, and the angle formed by the observation direction and the Z axis is the observation angle θ.

図2は、1つのアンテナ素子2について、Z軸における積層構造を示す分解斜視図である。アンテナ素子2は、下層から順に、グランド板21、誘電体22、下層給電素子23、誘電体24、下層スロット板25、誘電体26、上層給電素子27、誘電体28および上層スロット板29、誘電体30、下層無給電素子31、誘電体32、上層無給電素子33が積層されている。 FIG. 2 is an exploded perspective view showing a laminated structure on the Z axis for one antenna element 2. The antenna element 2 has a ground plate 21, a dielectric 22, a lower layer feeding element 23, a dielectric 24, a lower layer slot plate 25, a dielectric 26, an upper layer feeding element 27, a dielectric 28 and an upper slot plate 29, and a dielectric in order from the lower layer. The body 30, the lower layer non-feeding element 31, the dielectric 32, and the upper layer non-feeding element 33 are laminated.

グランド板21、下層スロット板25および上層スロット板29は、シールド用の遮蔽板であり、それぞれ導電性を有する薄板、例えばアルミニウム板で構成されている。誘電体22、24、26、28、30および32は、それぞれ、例えば発泡ポリエチレンや発泡ポリプロピレン等の発泡シートで構成されている。 The ground plate 21, the lower slot plate 25, and the upper slot plate 29 are shielding plates for shielding, and are each made of a thin plate having conductivity, for example, an aluminum plate. The dielectrics 22, 24, 26, 28, 30 and 32 are each composed of a foamed sheet such as foamed polyethylene or foamed polypropylene.

下層給電素子23および上層給電素子27は、本発明における2つの給電素子である。下層給電素子23は、偏波信号を受信するための素子であり、フレキシブル基板などの絶縁性を有する薄い下層給電基板23aと、その略中央に設けられた矩形の下層給電パッチ23bと、この下層給電パッチ23bに給電を行う下層給電線路23cとを備えている。下層給電パッチ23bおよび下層給電線路23cは、例えば銅、アルミニウム、金等の導電箔によって形成されている。また、下層給電線路23cは、φ=135°の受信偏波面に沿って配設されており、詳しくは図示しないが、下層給電基板23a上で共通の給電幹線に接続されている。 The lower layer feeding element 23 and the upper layer feeding element 27 are two feeding elements in the present invention. The lower layer feeding element 23 is an element for receiving a polarization signal, and is a thin lower layer feeding board 23a having an insulating property such as a flexible substrate, a rectangular lower layer feeding patch 23b provided substantially in the center thereof, and the lower layer thereof. It is provided with a lower layer power supply line 23c that supplies power to the power supply patch 23b. The lower layer feeding patch 23b and the lower layer feeding line 23c are formed of a conductive foil such as copper, aluminum, or gold. Further, the lower layer feeding line 23c is arranged along the receiving polarization plane of φ = 135 °, and is connected to a common feeding trunk line on the lower layer feeding board 23a, although not shown in detail.

上層給電素子27は、偏波信号を送信するための素子であり、フレキシブル基板などの絶縁性を有する薄い上層給電基板27aと、その略中央に設けられた矩形の上層給電パッチ27bと、この上層給電パッチ27bに給電を行う上層給電線路27cとを備えている。上層給電パッチ27bおよび上層給電線路27cは、下層給電パッチ23bなどと同様の導電箔によって形成されている。また、上層給電線路27cは、φ=45°の送信偏波面に沿って配設されており、詳しくは図示しないが、上層給電基板27a上で共通の給電幹線に接続されている。 The upper layer feeding element 27 is an element for transmitting a polarization signal, and is a thin upper layer feeding board 27a having an insulating property such as a flexible substrate, a rectangular upper layer feeding patch 27b provided substantially in the center thereof, and an upper layer thereof. It is provided with an upper layer power supply line 27c that supplies power to the power supply patch 27b. The upper layer feeding patch 27b and the upper layer feeding line 27c are formed of the same conductive foil as the lower layer feeding patch 23b and the like. Further, the upper layer feeding line 27c is arranged along the transmission polarization plane of φ = 45 °, and is connected to a common feeding trunk line on the upper layer feeding board 27a, although not shown in detail.

下層給電素子23は、上層給電素子27よりも低い周波数帯域の偏波信号を受信することから、下層給電パッチ23bのサイズは、上層給電パッチ27bよりも大きくされている。また、このアレーアンテナ1では、下層給電素子23は、受信偏波面と平行で紙面に垂直な面となる偏波信号を受信する。したがって、下層給電素子23の励振方向もこの受信偏波面の方向となる。同様に、上層給電素子27は、送信偏波面と平行で紙面に垂直な面となる偏波信号を送信する。したがって、上層給電素子27の励振方向もこの送信偏波面の方向となる。 Since the lower layer feeding element 23 receives the polarization signal in the frequency band lower than that of the upper layer feeding element 27, the size of the lower layer feeding patch 23b is larger than that of the upper layer feeding patch 27b. Further, in the array antenna 1, the lower layer feeding element 23 receives a polarization signal that is parallel to the reception polarization plane and perpendicular to the paper surface. Therefore, the excitation direction of the lower layer feeding element 23 is also the direction of the received polarization plane. Similarly, the upper layer feeding element 27 transmits a polarization signal that is parallel to the transmission polarization plane and perpendicular to the paper surface. Therefore, the excitation direction of the upper layer feeding element 27 is also the direction of the transmission polarization plane.

下層スロット板25および上層スロット板29には、下層給電パッチ23bおよび上層給電パッチ27bに対応する位置(対面する位置)に、矩形のスロット開口25aおよび29aが設けられている。また、下層スロット板25のスロット開口25には、対角線方向を横切るブリッジ部25bが設けられている。ブリッジ部25bは、上層給電パッチ27bの励振方向と平行に設けられているので、上層給電パッチ27bの給電時には、励振に対し強い影響を及ぼして、指向性などのアンテナ特性を改善する。また、下層給電パッチ23bの励振方向と直交し、しかもその幅は下層給電パッチ23bに比べて十分狭いので、その影響は殆どなく、他のアンテナ特性を劣化させることはない。 The lower layer slot plate 25 and the upper layer slot plate 29 are provided with rectangular slot openings 25a and 29a at positions (opposing positions) corresponding to the lower layer feeding patch 23b and the upper layer feeding patch 27b. Further, the slot opening 25 of the lower slot plate 25 is provided with a bridge portion 25b that crosses the diagonal direction. Since the bridge portion 25b is provided parallel to the excitation direction of the upper layer feeding patch 27b, it has a strong influence on the excitation when the upper layer feeding patch 27b is fed, and improves the antenna characteristics such as directivity. Further, since it is orthogonal to the excitation direction of the lower layer feeding patch 23b and its width is sufficiently narrower than that of the lower layer feeding patch 23b, there is almost no influence thereof and other antenna characteristics are not deteriorated.

下層無給電素子31は、フレキシブル基板などの絶縁性を有する薄い下層絶縁基板31aと、その略中央に設けられた矩形の下層無給電パッチ31bとを備えている。この下層無給電素子31は、その下層に積層された誘電体30によって、送信用の上層給電素子27の指向性に影響を及ぼす高さ位置に設置されており、上層給電素子27のビーム幅を狭くして正面利得を向上させる。 The lower layer non-feeding element 31 includes a thin lower layer insulating substrate 31a having an insulating property such as a flexible substrate, and a rectangular lower layer non-feeding patch 31b provided substantially in the center thereof. The lower layer non-feeding element 31 is installed at a height position that affects the directivity of the upper layer feeding element 27 for transmission by the dielectric 30 laminated on the lower layer thereof, and the beam width of the upper layer feeding element 27 is adjusted. Narrow it to improve frontal gain.

上層無給電素子33は、フレキシブル基板などの絶縁性を有する薄い上層絶縁基板33aと、その略中央に設けられた略菱形形状の上層無給電パッチ33bとを備えている。この上層無給電素子33は、その下層に積層された誘電体32と、によって、受信用の下層給電素子23に影響を及ぼす高さ位置に設置されており、下層給電素子23の励振方向に沿って延ばされた形状とによって、下層給電素子23の指向性に影響を及ぼし、下層給電素子23のビーム幅を狭くして正面利得を向上させる。 The upper layer non-feeding element 33 includes a thin upper layer insulating substrate 33a having an insulating property such as a flexible substrate, and a substantially diamond-shaped upper layer non-feeding patch 33b provided at a substantially central portion thereof. The upper layer non-feeding element 33 is installed at a height position that affects the lower layer feeding element 23 for reception by the dielectric 32 laminated on the lower layer thereof, and is installed along the excitation direction of the lower layer feeding element 23. The extended shape affects the directivity of the lower layer feeding element 23, narrows the beam width of the lower layer feeding element 23, and improves the frontal gain.

図3は、上述したアンテナ素子2から30GHzの偏波信号を送信する際の素子指向性を示すグラフであり、同図(A)は、φ=135°面の指向性、同図(B)は、φ=45°面の指向性、同図(C)は、φ=0°面の指向性を示す。これらのグラフの横軸は信号レベル(dB)を示し、周方向は上述した観測角度θを示している。これらのグラフにおいて、下層無給電パッチ31bがない状態(破線)と、下層無給電パッチ31bがある状態(実線)とを比較すると、下層無給電パッチ31bによる指向性の向上により、正面方向におけるビーム幅が絞られて、サイドのグレーティングローブが低下することが分かる。これにより、サイドのグレーティングローブが低減した分だけ正面利得が向上する。 FIG. 3 is a graph showing the element directivity when transmitting a polarization signal of 30 GHz from the above-mentioned antenna element 2, and FIG. 3A is a directivity of a φ = 135 ° plane, FIG. 3B is a diagram. Shows the directivity of the φ = 45 ° plane, and FIG. 3C shows the directivity of the φ = 0 ° plane. The horizontal axis of these graphs indicates the signal level (dB), and the circumferential direction indicates the above-mentioned observation angle θ. In these graphs, comparing the state without the lower layer passive patch 31b (broken line) and the state with the lower layer passive patch 31b (solid line), the beam in the front direction is improved by the improvement of the directivity by the lower layer passive patch 31b. It can be seen that the width is narrowed and the side grating lobe is lowered. As a result, the front gain is improved by the amount that the grating lobe on the side is reduced.

また、下層無給電素子31を設けることにより、サイドのグレーティングローブの近傍にヌルNが発生している。具体的には図3(A)〜(C)のグラフにおいて、θ=60°の付近にヌルNが発生している。本実施の形態では、このヌルNが発生している観測角度θに基づいて、アンテナ素子2の配設間隔dを設定している。なお、本実施の形態におけるヌルとは、グレーティングローブの近傍で、グレーティングローブよりも利得の低下が生じている部分を指す。 Further, by providing the lower layer non-feeding element 31, null N is generated in the vicinity of the grating lobe on the side. Specifically, in the graphs of FIGS. 3A to 3C, null N is generated near θ = 60 °. In the present embodiment, the arrangement interval d of the antenna element 2 is set based on the observation angle θ in which the null N is generated. The null in the present embodiment means a portion in the vicinity of the grating lobe where the gain is lower than that of the grating lobe.

本実施の形態では、アンテナ素子2の素子指向性においてヌルNが発生している観測角度θにアレーアンテナ1のグレーティングローブが発生するようにアンテナ素子2を配設することにより、グレーティングローブが発生したとしても、その発生レベルを下げることが可能、という考えの下、アンテナ素子2の配設間隔dを設定している。具体的には、図1(B)で示した衛星の観測方向をX−Y軸平面に対して水平な方向から見た図4に示すように、観測角度θと、観測方向の波長λとに基づき、数式d=λ/sinθを利用して配設間隔dを設定している。例えば、図3に示す素子指向性を有するアンテナ素子2から30GHzの偏波信号を送信する場合には、「1(λ)/sin60」により、配設間隔dは約12mmとなる。 In the present embodiment, the grating lobe is generated by arranging the antenna element 2 so that the grating lobe of the array antenna 1 is generated at the observation angle θ where null N is generated in the element directivity of the antenna element 2. Even if this is the case, the arrangement interval d of the antenna element 2 is set based on the idea that the generation level can be lowered. Specifically, as shown in FIG. 4 when the observation direction of the satellite shown in FIG. 1 (B) is viewed from a direction horizontal to the XY axis plane, the observation angle θ and the wavelength λ in the observation direction Based on the above, the arrangement interval d is set using the equation d = λ / sinθ. For example, when a polarization signal of 30 GHz is transmitted from the antenna element 2 having the element directivity shown in FIG. 3, “1 (λ) / sin60” makes the arrangement interval d about 12 mm.

図5は、上述した配設間隔dでアンテナ素子2を配設したアレーアンテナ1のアレー指向性を示すグラフであり、同図(A)は、φ=0°面の指向性、同図(B)は、φ=45°面の指向性、同図(C)は、φ=90°面の指向性を示す。これらのグラフの横軸は観測角度θを示し、縦軸は信号利得(dBi)を示している。 FIG. 5 is a graph showing the array directivity of the array antenna 1 in which the antenna elements 2 are arranged at the above-mentioned arrangement interval d, and FIG. 5 (A) shows the directivity of the φ = 0 ° plane, and FIG. B) shows the directivity of the φ = 45 ° plane, and FIG. 3C shows the directivity of the φ = 90 ° plane. The horizontal axis of these graphs shows the observation angle θ, and the vertical axis shows the signal gain (dBi).

アンテナ素子2の配設間隔dを12mmとした場合、20GHzの受信偏波信号ではd=0.8λとなり、30GHzの送信偏波信号ではd=1.2λとなり、送信側の配設間隔は1λを超えてしまう。しかしながら、送信側の観測面方向(励振方向)をφ=45°にしているため、送信側の実質的な配設間隔dはd/√2となり、約0.85λとなる。したがって、図5に示すように、観測面φ=0°およびφ=90°では指向性規格を満たさないが、衛星軌道面に沿うφ=45°の観測面では、良好な指向性規格を得ることができる。したがって、従来技術の欄で説明した問題(2)を解消することが可能である。 When the arrangement interval d of the antenna element 2 is 12 mm, d = 0.8λ for the received polarization signal of 20 GHz, d = 1.2λ for the transmission polarization signal of 30 GHz, and the arrangement interval on the transmission side is 1λ. Will exceed. However, since the observation surface direction (excitation direction) on the transmitting side is set to φ = 45 °, the substantial arrangement interval d on the transmitting side is d / √2, which is about 0.85λ. Therefore, as shown in FIG. 5, the observation planes φ = 0 ° and φ = 90 ° do not satisfy the directivity standard, but the observation plane with φ = 45 ° along the satellite orbital plane obtains a good directivity standard. be able to. Therefore, it is possible to solve the problem (2) described in the column of the prior art.

また、図6は、下層無給電素子31および上層無給電素子33が設けられていないアンテナ素子を、図5(A)のグラフと同じ配設間隔dで配設したアレーアンテナのφ=0°面の指向性を示すグラフである。この図5(A)のグラフと図6のグラフの比較から明らかなように、図5(A)に示す無給電素子を備えるアンテナ素子は、図6の無給電素子を備えないアンテナ素子に比べて、送信偏波信号(実線)におけるグレーティングローブ(図中、丸で囲んだ部分)のレベルが約10〜15dB低下し、その効果として、中央の正面利得が向上していることが分かる。さらに、図7は、無給電素子を設けたアレーアンテナと、無給電素子を設けていないアレーアンテナとの正面利得および開口効率を比較した表であるが、この表からも明らかなように、送受共用平面アレーアンテナに無給電素子を設けることによって、正面利得および開口効率ともに改善することが可能である。 Further, FIG. 6 shows φ = 0 ° of the array antenna in which the antenna elements not provided with the lower layer passive element 31 and the upper layer passive element 33 are arranged at the same arrangement interval d as in the graph of FIG. 5 (A). It is a graph which shows the directivity of a surface. As is clear from the comparison between the graph of FIG. 5A and the graph of FIG. 6, the antenna element provided with the non-feeding element shown in FIG. 5A is compared with the antenna element not provided with the non-feeding element of FIG. It can be seen that the level of the grating lobe (circled in the figure) in the transmitted polarization signal (solid line) is reduced by about 10 to 15 dB, and as an effect, the front gain in the center is improved. Further, FIG. 7 is a table comparing the frontal gain and the aperture efficiency of the array antenna provided with the non-feeding element and the array antenna not provided with the non-feeding element. As is clear from this table, transmission / reception is performed. By providing a non-feeding element in the shared planar array antenna, it is possible to improve both the front gain and the aperture efficiency.

以上で説明したように、本実施の形態のアンテナ素子2によれば、互いに直交する2つの偏波信号を送受信する2つの給電素子23、27のうち上層給電素子27の上に、少なくとも1枚の下層無給電素子31を積層したので、送信偏波信号のビームが絞られてアンテナ素子2の正面利得が向上し、従来技術の欄で説明した問題(1)が解消可能となる。また、平面アンテナ素子に用いられる無給電素子31は、一般的にフレキシブル基板などの下層絶縁基板31aに導電箔などからなるパッチ31bを設けた薄型、軽量なものであるため、特許文献1および非特許文献2に記載の技術のように、厚みおよび重量が増加することがない。 As described above, according to the antenna element 2 of the present embodiment, at least one of the two feeding elements 23 and 27 that transmit and receive two polarization signals orthogonal to each other is placed on the upper layer feeding element 27. Since the lower layer non-feeding element 31 is laminated, the beam of the transmitted polarization signal is narrowed down, the front gain of the antenna element 2 is improved, and the problem (1) described in the column of the prior art can be solved. Further, the non-feeding element 31 used for the flat antenna element is generally a thin and lightweight one in which a patch 31b made of a conductive foil or the like is provided on a lower insulating substrate 31a such as a flexible substrate, and therefore is not patent document 1 and non-patent document 1. Unlike the technique described in Patent Document 2, the thickness and weight do not increase.

また、アンテナ素子2によれば、上層給電素子27と下層無給電素子31との間に、下層無給電素子31の高さ位置を調節する誘電体30を積層したので、偏波信号の波長に応じて最適な高さ位置に下層無給電素子31を配置することができる。すなわち、2つの給電素子23、27のうち、少なくともいずれか一方の給電素子の正面利得に影響する高さ位置、あるいは両方の正面利得に影響する高さ位置に、下層無給電素子31または上層無給電素子33の高さ位置を調節することによって、2つの給電素子23、27の正面利得に対して同時にあるいは選択的に改善を施すことが可能となる。 Further, according to the antenna element 2, a dielectric 30 for adjusting the height position of the lower layer passive element 31 is laminated between the upper layer feeding element 27 and the lower layer passive element 31, so that the wavelength of the polarization signal can be adjusted. The lower layer non-feeding element 31 can be arranged at the optimum height position accordingly. That is, at a height position that affects the front gain of at least one of the two feeding elements 23 and 27, or at a height position that affects both front gains, the lower layer non-feeding element 31 or the upper layer no By adjusting the height position of the feeding element 33, it is possible to simultaneously or selectively improve the front gains of the two feeding elements 23 and 27.

さらに、上層無給電素子33が上層絶縁基板33aに設けられた導電箔の無給電パッチ33bによって構成されている場合に、下層給電素子23の励振方向に沿って延びるように無給電パッチ33bを設けたので、2つの給電素子の正面利得に対して選択的に改善を施すことが可能となる。 Further, when the upper layer non-feeding element 33 is composed of the non-feeding patch 33b of the conductive foil provided on the upper insulating substrate 33a, the non-feeding patch 33b is provided so as to extend along the excitation direction of the lower layer feeding element 23. Therefore, it is possible to selectively improve the front gains of the two feeding elements.

また、本実施の形態のアレーアンテナ1によれば、互いに直交する2つの偏波信号を送受信する2つの給電素子23、27と、2つの給電素子23、27のうち上層にある給電素子27の上に積層された少なくとも1枚の無給電素子31とを備えるアンテナ素子2をマトリクス状に配設し、アンテナ素子2の素子指向性においてヌルNが発生する観測角度θに基づいて、アンテナ素子2の配設間隔dを設定したので、グレーティングローブの発生を低減することが可能となる。したがって、従来技術の欄で説明した問題(1)を解消することが可能である。また、本実施の形態におけるヌルとは、アンテナ素子2の素子指向性において発生するグレーティングローブの近傍で、グレーティングローブよりも利得の低下が生じている部分を指す。したがって、このヌルNが発生している観測角度θにアレーアンテナ1のグレーティングローブが発生するようにアンテナ素子2を配設することにより、グレーティングローブが発生したとしても、その発生レベルを下げることが可能となる。そして、このような手法を利用して送受共用平面アンテナ素子の配設間隔を設定することにより、配設間隔が極端に狭くなることがないので、給電線路の引き回しが困難になることもない。 Further, according to the array antenna 1 of the present embodiment, the two feeding elements 23 and 27 that transmit and receive two polarization signals orthogonal to each other and the feeding element 27 on the upper layer of the two feeding elements 23 and 27. The antenna element 2 including at least one non-feeding element 31 laminated on the antenna element 2 is arranged in a matrix, and the antenna element 2 is based on the observation angle θ at which null N is generated in the element directivity of the antenna element 2. Since the arrangement interval d of is set, it is possible to reduce the occurrence of the grating lobe. Therefore, it is possible to solve the problem (1) described in the column of the prior art. Further, the null in the present embodiment refers to a portion in the vicinity of the grating lobe generated in the element directivity of the antenna element 2 where the gain is lower than that of the grating lobe. Therefore, by arranging the antenna element 2 so that the grating lobe of the array antenna 1 is generated at the observation angle θ where this null N is generated, even if the grating lobe is generated, the generation level can be lowered. It will be possible. By setting the arrangement interval of the transmission / reception shared plane antenna element by using such a method, the arrangement interval does not become extremely narrow, so that it does not become difficult to route the feeding line.

また、2つの偏波信号のうちいずれか一方の偏波信号の波長をλ、観測角度をθ、配設間隔をdとしたとき、数式d=λ/sinθに基づき、観測角度θにグレーティングローブが発生するように配設間隔dを求めるようにしたので、グレーティングローブが発生したとしても、そのレベルを下げることが可能である。 Further, when the wavelength of one of the two polarization signals is λ, the observation angle is θ, and the arrangement interval is d, the grating lobe is set to the observation angle θ based on the equation d = λ / sin θ. Since the arrangement interval d is obtained so that the grating lobe is generated, it is possible to lower the level even if the grating lobe is generated.

さらに、送受共用平面アンテナ素子の指向性において、観測面角度φ=45°、135°を使用することにより、送受共用平面アンテナ素子の素子間隔dを、d/√2として、グレーティングローブが発生しない観測角度を使用するので、指向性規格を満足することが可能となる。したがって、上述した問題(2)を解消することが可能である。 Further, in the directivity of the transmission / reception shared plane antenna element, by using the observation surface angles φ = 45 ° and 135 °, the element spacing d of the transmission / reception shared plane antenna element is set to d / √2, and no grating lobe is generated. Since the observation angle is used, it is possible to satisfy the directivity standard. Therefore, it is possible to solve the above-mentioned problem (2).

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記実施の形態では、無給電素子を送信用と受信用で2枚設けたが、1枚の無給電素子を送信用および受信用の給電素子の両方に影響する高さ位置に設置することにより、1枚の無給電素子で同様の効果を得ることも可能である。また、無給電素子が送信および受信の両給電素子に影響する高さ位置にある場合でも、無給電素子のパッチの形状を対象とする給電素子の励振方向に沿って延ばすことにより、対象とする給電素子に対して影響をおよぼすとうにすることも可能である。さらに、アレーアンテナ1の観測面をφ=45°、φ=135°とする例について説明したが、これに限定されるものではなく、本発明のアンテナ素子2およびアンテナ素子2の配列手法を用いれば、指向性を改善して正面利得を向上させ、グレーティングローブの低減を図ることが可能である。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the specific configuration is not limited to the above-described embodiment, and even if there is a design change or the like within a range that does not deviate from the gist of the present invention. Included in the invention. For example, in the above embodiment, two non-feeding elements are provided for transmission and reception, but one non-feeding element is installed at a height position that affects both the transmission and reception feeding elements. Thereby, it is possible to obtain the same effect with one non-feeding element. Further, even when the non-feeding element is at a height position that affects both the transmission and reception feeding elements, the patch shape of the non-feeding element is targeted by extending it along the excitation direction of the target feeding element. It is also possible to affect the feeding element. Further, an example in which the observation surface of the array antenna 1 is set to φ = 45 ° and φ = 135 ° has been described, but the present invention is not limited to this, and the arrangement method of the antenna element 2 and the antenna element 2 of the present invention is used. For example, it is possible to improve the directivity, improve the frontal gain, and reduce the grating lobe.

1 送受共用平面アレーアンテナ
11 アンテナ本体
2 送受共用平面アンテナ素子
21 グランド板
22、24、26、28、30、32 誘電体
23 下層給電素子
23a 下層給電基板
23b 下層給電パッチ
25 下層スロット板
25a スロット開口部
25b ブリッジ部
27 上層給電素子
27a 上層給電基板
27b 上層給電パッチ
29 上層スロット板
29a スロット開口部
31 下層無給電素子
31a 下層絶縁基板
31b 下層無給電パッチ
33 上層無給電素子
33a 上層絶縁基板
33b 上層無給電パッチ
1 Transmission / reception shared plane array antenna 11 Antenna body 2 Transmission / reception shared plane antenna element 21 Ground plate 22, 24, 26, 28, 30, 32 Dielectric 23 Lower layer power supply element 23a Lower layer power supply board 23b Lower layer power supply patch 25 Lower layer slot plate 25a Slot opening Part 25b Bridge part 27 Upper layer feeding element 27a Upper layer feeding board 27b Upper layer feeding patch 29 Upper layer slot plate 29a Slot opening 31 Lower layer no feeding element 31a Lower layer insulating board 31b Lower layer no feeding patch 33 Upper layer no feeding element 33a Upper layer insulating board 33b No upper layer Power patch

Claims (5)

互いに直交する2つの偏波信号を送受信する2つの給電素子および前記2つの給電素子それぞれの上にスロット板が積層された送受共用平面アンテナ素子であって、
前記スロット板のうち上層にあるスロット板の上に、少なくとも1枚の無給電素子を積層した、
ことを特徴とする送受共用平面アンテナ素子。
It is a transmission / reception shared plane antenna element in which a slot plate is laminated on each of two feeding elements that transmit and receive two polarization signals orthogonal to each other and the two feeding elements.
On the slot plate in the upper layer of the slot plate, and laminating at least one parasitic element,
A plane antenna element for both transmission and reception.
前記上層のスロット板と前記無給電素子との間に、前記無給電素子の高さ位置を調整する誘電体を積層した、
ことを特徴とする請求項1に記載の送受共用平面アンテナ素子。
A dielectric for adjusting the height position of the non-feeding element is laminated between the upper slot plate and the non-feeding element.
The transmission / reception shared plane antenna element according to claim 1.
前記無給電素子は、絶縁性基板に設けられた導電箔の無給電パッチからなり、前記2つの給電素子のうち少なくとも一方の給電素子の励振方向に沿って延びている、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の送受共用平面アンテナ素子。
The non-feeding element is composed of a non-feeding patch of a conductive foil provided on an insulating substrate, and extends along the excitation direction of at least one of the two feeding elements.
The transmission / reception shared plane antenna element according to claim 1 or 2.
互いに直交する2つの偏波信号を送受信する2つの給電素子と、前記2つの給電素子それぞれの上に積層されたスロット板と、前記スロット板のうち上層にあるスロット板の上に積層された少なくとも1枚の無給電素子と、を備える送受共用平面アンテナ素子を、互いに直交するX軸およびY軸に沿ってマトリクス状に配設し、
前記2つの偏波信号のうちいずれか一方の偏波信号の波長をλ、前記送受共用平面アンテナ素子の素子指向性においてヌルが発生する観測角度であって前記X軸および前記Y軸に直交するZ軸に対する観測角度をθ、前記送受共用平面アンテナ素子の前記X軸および前記Y軸における配設間隔をdとしたとき、d=λ/sinθ に基づいて前記配設間隔dを求める
ことを特徴とする送受共用平面アレーアンテナ。
Two feeding elements that transmit and receive two polarization signals that are orthogonal to each other, a slot plate that is laminated on each of the two feeding elements, and at least a slot plate that is laminated on the upper layer of the slot plates. The transmission / reception shared plane antenna element including one non-feeding element is arranged in a matrix along the X-axis and the Y-axis orthogonal to each other.
The wavelength of one of the two polarization signals is λ, which is an observation angle at which null occurs in the element directivity of the transmission / reception shared plane antenna element and is orthogonal to the X-axis and the Y-axis. When the observation angle with respect to the Z axis is θ and the arrangement interval of the transmission / reception shared plane antenna element on the X axis and the Y axis is d, the arrangement interval d is obtained based on d = λ / sin θ .
A shared flat array antenna for transmission and reception.
前記偏波信号を送受信する観測面の方向である観測面角度をX軸に対するφとしたとき、φ=45°および135°である
ことを特徴とする請求項に記載の送受共用平面アレーアンテナ。
When an observation surface angle is the direction of the observation surface to transmit and receive the polarization signal was phi with respect to the X-axis, a phi = 45 ° and 135 °,
The transmission / reception shared plane array antenna according to claim 4.
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