JPH0120802B2 - - Google Patents
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- JPH0120802B2 JPH0120802B2 JP17560981A JP17560981A JPH0120802B2 JP H0120802 B2 JPH0120802 B2 JP H0120802B2 JP 17560981 A JP17560981 A JP 17560981A JP 17560981 A JP17560981 A JP 17560981A JP H0120802 B2 JPH0120802 B2 JP H0120802B2
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
- H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
- H01Q21/065—Patch antenna array
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- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、簡易で薄形な構造を有し、円錐ビー
ムを放射するアンテナに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an antenna that has a simple and thin structure and emits a conical beam.
第1図は、円錐ビームアンテナの用途を示すた
めの図である。 FIG. 1 is a diagram showing the use of a conical beam antenna.
1は船舶、2はアンテナ、3はアンテナの円錐
ビームの電界強度の等しい点を結んだ線、4は静
止衛星、5は鉛直軸、6は主ビーム方向を示す線
である。 1 is a ship, 2 is an antenna, 3 is a line connecting points of equal electric field strength of the conical beam of the antenna, 4 is a geostationary satellite, 5 is a vertical axis, and 6 is a line indicating the main beam direction.
船舶と衛星の間で通信を行なう場合、船舶の移
動や向きにかかわらず、無追尾の状態で通信を可
能にするには、アンテナのビームパターンは、そ
の主ビームが第1図に示すように鉛直軸5に対
し、アンテナから衛星を臨む方向の線を母線とす
る円錐形に近い形をしていればよい。これを円錐
ビームと呼んでいる。 When communicating between a ship and a satellite, in order to enable communication without being tracked regardless of the movement or direction of the ship, the antenna beam pattern must be such that its main beam is as shown in Figure 1. It is sufficient that the shape is close to a conical shape, with the generating line being a line in the direction from the antenna toward the satellite with respect to the vertical axis 5. This is called a conical beam.
従来、この円錐ビームを有する円偏波アンテナ
としては、第2図に示すようなクロスダイポール
アレーアンテナがあつた。 Conventionally, a cross dipole array antenna as shown in FIG. 2 has been used as a circularly polarized antenna having a conical beam.
3はアンテナの円錐ビームの電界強度の等しい
点を結んだ線、5は鉛直軸、6は主ビーム方向を
示す線、7はクロスダイポール、8は給電線であ
る。しかし、構造が立体的になり、アンテナ高が
大きくなるとともに、給電のための同軸線路長が
異なることから、給電が複雑となる欠点があつ
た。 3 is a line connecting points of equal electric field strength of the conical beam of the antenna, 5 is a vertical axis, 6 is a line indicating the main beam direction, 7 is a cross dipole, and 8 is a feed line. However, since the structure is three-dimensional, the height of the antenna is large, and the length of the coaxial line for power feeding is different, the power feeding becomes complicated.
本発明は、これらの欠点を除去するために、マ
イクロストリツプアンテナを用いて、円錐ビーム
を有する円形配列アレーアンテナを構成すること
により、平面的なアンテナとし、かつマイクロス
トリツプ線路を用いた給電回路との整合性を良く
したもので、以下図面について詳細に説明する。 In order to eliminate these drawbacks, the present invention uses a microstrip antenna to construct a circular array antenna with a conical beam, thereby creating a planar antenna and using a microstrip line. It has improved compatibility with the previous power supply circuit, and the drawings will be explained in detail below.
第3図は本発明の一実施例であり、6素子の1
点給電円偏波マイクロストリツプを用いた場合を
示している。 FIG. 3 shows an embodiment of the present invention, in which one of six elements
The case using a point-fed circularly polarized microstrip is shown.
9は放射素子を構成する金属板、10は誘電
体、11は金属基板、12は中心のアースピン、
13は給電ピン、14はマイクロストリツプ給電
線路、15は同軸線路である。本実施例のような
放射素子の場合には、その中心点を必ずしもアー
スする必要は無いが、その場合であつても、実効
的にはアース点として動作する。 9 is a metal plate constituting a radiating element, 10 is a dielectric, 11 is a metal substrate, 12 is a center ground pin,
13 is a power supply pin, 14 is a microstrip power supply line, and 15 is a coaxial line. In the case of a radiating element like the one in this embodiment, it is not necessarily necessary to ground the center point, but even in that case, it effectively operates as a grounding point.
14のマイクロストリツプ給電線路は放射素子
金属板9の円形配列の中心から各方向に分かれる
ことにより電力分配回路を形成している。電力分
配回路には、通常放射素子との整合性が良好な点
からマイクロストリツプ線路が用いられる。この
電力分配器を簡易なものとするために本実施例で
は、中心のアースピン12と給電ピン13と給電
用マイクロストリツプ線路の向きとの相対位置関
係が全く同一のものが一個の円周に沿つて60度の
角度間隔をおいて配列されている。このように配
列すれば、各放射素子に対する励振は同振幅・同
位相でよいので、各放射素子に対する電力分配は
円形配列の中心から6方に延びる等長のマイクロ
ストリツプ線路からなる電力分配器でよく、設計
が容易な点ですぐれている。 The 14 microstrip feed lines are divided in each direction from the center of the circular arrangement of the radiating element metal plates 9 to form a power distribution circuit. A microstrip line is usually used in the power distribution circuit because of its good matching with the radiating element. In order to simplify this power divider, in this embodiment, the center earth pin 12, the power supply pin 13, and the power supply microstrip line have exactly the same relative positional relationship with respect to the direction of the power supply microstrip line. are arranged at angular intervals of 60 degrees along the With this arrangement, the excitation to each radiating element can be of the same amplitude and phase, so the power distribution to each radiating element consists of microstrip lines of equal length extending in six directions from the center of the circular array. It is excellent in that it is easy to design and is easy to design.
以上のような、放射素子の配列で同軸線路15
から給電すると、互いに向い合つた2個の放射素
子から放射される電磁界の、円形配列の中心を通
る鉛直軸上でのベクトルの向きが、互いに丁度逆
向きとなるため、そこでの電磁界は相殺されて円
錐ビームが得られる。 With the arrangement of the radiating elements as described above, the coaxial line 15
When power is supplied from the two radiating elements facing each other, the directions of the vectors on the vertical axis passing through the center of the circular arrangement of the electromagnetic fields are exactly opposite to each other, so the electromagnetic field there is They cancel and a conical beam is obtained.
これは、鉛直軸をはさんで向い合つている素子
は、空間に対しては丁度逆向きに並べたと同じこ
とになり、そのために鉛直軸上の電磁界ベクトル
が逆向きになるのであつて、あたかも同じ向きに
並べた二つの放射素子を互いに逆相励振した場合
に、両素子から等距離の点の電磁界ベクトルが、
逆向きとなつて相殺されるのと同じことである。 This means that elements facing each other across the vertical axis are arranged in opposite directions in space, and therefore the electromagnetic field vectors on the vertical axis are in opposite directions. If two radiating elements arranged in the same direction are excited with opposite phases to each other, the electromagnetic field vector at a point equidistant from both elements is
This is the same as going in the opposite direction and canceling out.
第3図においては、1点給電で円偏波ビームが
得られるマイクロストリツプ素子(金属板9が楕
円形)を用いた例を示したが、金属板9として、
円形、正方形等のものを用いた場合に、円偏波を
得ようとするには、ベクトル方向が90゜異なり、
励振位相が90゜シフトしている2つの電磁界の合
成が必要なため二点給電が必要となる。 In FIG. 3, an example is shown in which a microstrip element (metal plate 9 is elliptical) that can obtain a circularly polarized beam with single-point feeding, but as metal plate 9,
When using circular, square, etc., in order to obtain circularly polarized waves, the vector directions must differ by 90°,
Since it is necessary to combine two electromagnetic fields whose excitation phases are shifted by 90°, two-point power feeding is required.
第3図の例を基にして説明すれば、中心のアー
スピン12から給電ピン13をのぞんでそこから
90゜まわつた位置にもう一つの給電点を設けるこ
とにより電磁界ベクトルの90゜異なつたものが得
られ、次に第1の給電点から第2の給電点に給電
する回路の途中に90゜位相差回路を設ければ、励
振位相が90゜異つた励振ができ、結果として一点
給電の場合と同様の円偏波ビームが得られる。 To explain based on the example in Fig. 3, look from the center ground pin 12 to the power supply pin 13, and from there
By setting another feed point at a position rotated by 90 degrees, a 90 degree difference in the electromagnetic field vector can be obtained, and then a 90 degree angle in the middle of the circuit that feeds power from the first feed point to the second feed point is obtained. If a phase difference circuit is provided, excitation with a 90° difference in excitation phase can be achieved, resulting in a circularly polarized beam similar to that obtained with single-point feeding.
また、放射素子を構成する金属板として、第4
図に示すような二重構造のものにすると金属板9
の共振周波数と金属板9′の共振周波数を異なつ
た周波数に選定することができるので、比較的近
接した二周波数を選定することにより、単一周波
数のみの場合に比べ周波数帯域を広帯域化するこ
とができ、また、或る程度離隔した二周波数を選
定することにより、いずれの周波数でも使用でき
る二周波数共用化が図れ、衛星通信における実際
の使用帯域に関する条件を満たすことができる。 In addition, as a metal plate constituting the radiating element, a fourth
If you use a double structure as shown in the figure, the metal plate 9
Since the resonant frequency of the metal plate 9' and the resonant frequency of the metal plate 9' can be selected to be different frequencies, by selecting two relatively close frequencies, the frequency band can be made wider than in the case of only a single frequency. In addition, by selecting two frequencies that are separated by a certain degree, it is possible to achieve dual frequency sharing in which either frequency can be used, and it is possible to satisfy the conditions regarding the actual usage band in satellite communication.
第3図においては、金属板の裏面から給電する
場合を示しているが、他に、金属板と同じ面から
マイクロストリツプ線路を用いて直接給電する方
法や、金属板と同じ面にマイクロストリツプ線路
を設けて容量結合させるなどの給電方法を用いて
も同じ効果が得られる。 Figure 3 shows the case where power is supplied from the back side of the metal plate, but there are other methods such as directly feeding power from the same side as the metal plate using a microstrip line, or using a microstrip line on the same side as the metal plate. The same effect can be obtained by using a power feeding method such as providing a strip line and capacitively coupling it.
なお、円錐ビームのビーム方向および利得は円
形配列の円の半径で決まり、また、円錐ビームの
周方向の一様性は円形配列素子の素子数で決定さ
れる。 Note that the beam direction and gain of the conical beam are determined by the radius of the circle of the circular array, and the uniformity of the conical beam in the circumferential direction is determined by the number of elements in the circular array.
第5図に、第3図で示した実施例を試作して得
られた放射特性の実測結果を示す。放射素子は、
6素子の楕円形マイクロストリツプアンテナであ
り、周波数は2.64GHz、円形配列の円の半径は
0.4λ0(λ0:自由空間波長)である。図において円
錐ビームの得られていることが明らかである。 FIG. 5 shows actual measurement results of radiation characteristics obtained by making a prototype of the embodiment shown in FIG. The radiating element is
It is a 6-element elliptical microstrip antenna, the frequency is 2.64GHz, and the radius of the circular array is
0.4λ 0 (λ 0 : free space wavelength). In the figure it is clear that a conical beam is obtained.
第6図は本発明特許請求の範囲第2項記載の一
実施例であり、12素子の1点給電円偏波マイクロ
ストリツプを用いた場合を示している。9は金属
板、10は誘電体、11は金属基板、12は中心
のアースピン、13は給電ピン、14はマイクロ
ストリツプ給電線路、15は同軸線路である。 FIG. 6 is an embodiment according to claim 2 of the present invention, in which a 12-element single-point feeding circularly polarized microstrip is used. 9 is a metal plate, 10 is a dielectric, 11 is a metal substrate, 12 is a center ground pin, 13 is a power supply pin, 14 is a microstrip power supply line, and 15 is a coaxial line.
本アンテナは、第3図に示す実施例と同様に向
い合つて給電されている2個1組の金属板とマイ
クロストリツプ給電線路は、円形配列の中心に対
して同一の相対的位置関係をもちながら60度の角
度間隔で配置されている。 In this antenna, as in the embodiment shown in Fig. 3, a pair of metal plates and a microstrip feed line, which face each other and are fed power, have the same relative positional relationship with respect to the center of the circular array. They are arranged at angular intervals of 60 degrees.
この結果、電力分配器は、同振幅、同位相で給
電すればよく、第3図の場合と同様に設計が容易
である。また向い合つて給電されている金属板の
位置関係は、両者の中間点を中心とする点対称と
なるような位置関係となつている。 As a result, the power divider only needs to supply power with the same amplitude and phase, and the design is easy as in the case of FIG. 3. Further, the positional relationship between the metal plates that face each other and are supplied with power is such that they are symmetrical with respect to the midpoint between them.
そして、全体としては第3図の例と同様に、ブ
ロードサイド方向の放射電界は相殺され円錐ビー
ムが得られる。 As a whole, similar to the example shown in FIG. 3, the radiated electric field in the broadside direction is canceled out and a conical beam is obtained.
本アンテナは、第3図の例に比べ、給電回路が
多少複雑にはなるが、素子の数が多い分だけパタ
ーン成形の自由度が高い利点を有している。 Although the feeding circuit of this antenna is somewhat more complicated than the example shown in FIG. 3, it has the advantage of having a higher degree of freedom in pattern formation because of the larger number of elements.
以上、円偏波で用いる場合について説明した
が、放射素子として、直線偏波を放射する形状の
もの(例えば、第3図において金属板9を円形と
すればよい)を用いれば、以上説明して来た構成
で直線偏波の円錐ビームを得ることができる。 The above description has been made regarding the case of using circularly polarized waves, but if a shape that emits linearly polarized waves is used as the radiating element (for example, the metal plate 9 in FIG. 3 may be circular), the above explanation will be possible. With this configuration, a linearly polarized conical beam can be obtained.
以上説明したように、マイクロストリツプアン
テナを用いて、相向いあう素子が逆相となるよう
な円形配列アレーを構成することにより、マイク
ロストリツプ線路を用いた給電回路と整合性のよ
い平面的な円錐ビームアンテナが構成できる利点
がある。 As explained above, by using a microstrip antenna to construct a circular array in which opposing elements have opposite phases, it is possible to achieve good compatibility with a power supply circuit using a microstrip line. There is an advantage that a planar conical beam antenna can be constructed.
第1図は円錐ビームアンテナの用途の説明図、
第2図は従来の円錐ビームを有する円偏波アンテ
ナの構成例、第3図は、本発明の一実施例、第4
図は本発明に用いる素子の他の例で、a図はその
平面図であり、b図はa図のA−A′断面を示す。
第5図は試作例の実測特性、第6図は、本発明の
他の実施例をそれぞれ示す。
1……船舶、2……アンテナ、3……アンテナ
の円錐ビームの電界強度の等しい点を結んだ線、
4……静止衛星、5……鉛直軸、6……主ビーム
方向を示す線、7……クロスダイポール、8……
給電線、9,9′……放射素子を構成する金属板、
10,10′……誘電体、11……金属基板、1
2……中心のアースピン、13……給電ピン、1
4……マイクロストリツプ給電線路、15……同
軸線路。
Figure 1 is an explanatory diagram of the application of a conical beam antenna.
FIG. 2 shows an example of the configuration of a conventional circularly polarized antenna having a conical beam, FIG. 3 shows an embodiment of the present invention, and FIG.
The figures show another example of the element used in the present invention, where figure a is a plan view thereof, and figure b shows a cross section taken along line A-A' in figure a.
FIG. 5 shows actually measured characteristics of a prototype example, and FIG. 6 shows another embodiment of the present invention. 1...Ship, 2...Antenna, 3...Line connecting points of equal electric field strength of the antenna's conical beam,
4...Geostationary satellite, 5...Vertical axis, 6...Line indicating the main beam direction, 7...Cross dipole, 8...
Feed line, 9, 9'...metal plate constituting the radiating element,
10, 10'...Dielectric material, 11...Metal substrate, 1
2... Center ground pin, 13... Power supply pin, 1
4...Microstrip feed line, 15...Coaxial line.
Claims (1)
れた金属基板と、該誘電体板の他方の面に円形状
に配列された複数個の金属板とを備えた円形配列
マイクロストリツプアレ−アンテナにおいて、円
形状に配列された金属板によつて構成される各放
射素子の内、円形配列の中心を通る直線上にあつ
て対向する放射素子ごとに中心点と給電点を該円
形配列の中心に対して対称的となる位置に設ける
と共に、各放射素子の給電点に接続される等しい
長さの給電分配線路を設けたことを特徴とする円
錐ビームアレ−アンテナ。1. A circularly arrayed microstructure comprising a dielectric plate, a metal substrate disposed on one side of the dielectric plate, and a plurality of metal plates arranged in a circular shape on the other side of the dielectric plate. In a lip array antenna, among the radiating elements composed of metal plates arranged in a circular shape, a center point and a feed point are set for each radiating element facing each other on a straight line passing through the center of the circular array. A conical beam array antenna characterized in that a feed distribution line of equal length is provided at a position symmetrical with respect to the center of the circular array and connected to a feed point of each radiating element.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17560981A JPS5877306A (en) | 1981-11-04 | 1981-11-04 | Circular cone beam array antenna |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17560981A JPS5877306A (en) | 1981-11-04 | 1981-11-04 | Circular cone beam array antenna |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5877306A JPS5877306A (en) | 1983-05-10 |
JPH0120802B2 true JPH0120802B2 (en) | 1989-04-18 |
Family
ID=15999080
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17560981A Granted JPS5877306A (en) | 1981-11-04 | 1981-11-04 | Circular cone beam array antenna |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5877306A (en) |
Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
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-
1981
- 1981-11-04 JP JP17560981A patent/JPS5877306A/en active Granted
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