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JPH09289415A - アレーアンテナ装置 - Google Patents

アレーアンテナ装置

Info

Publication number
JPH09289415A
JPH09289415A JP10143896A JP10143896A JPH09289415A JP H09289415 A JPH09289415 A JP H09289415A JP 10143896 A JP10143896 A JP 10143896A JP 10143896 A JP10143896 A JP 10143896A JP H09289415 A JPH09289415 A JP H09289415A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
excitation
radial waveguide
antenna
center
conductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10143896A
Other languages
English (en)
Inventor
Shinjiro Uchino
信二郎 内野
Masato Inoue
正人 井上
Hiroaki Miyashita
裕章 宮下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP10143896A priority Critical patent/JPH09289415A/ja
Publication of JPH09289415A publication Critical patent/JPH09289415A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 開口面上の素子アンテナ励振分布に凹凸の少
ない、高利得の直線偏波励振用のラジアル導波路で給電
する平面アレーアンテナ装置を得ることを目的とする。 【解決手段】 平面アレーアンテナ開口面を構成する素
子アンテナの方式を、その放射導体の中心に励振プロー
ブが接続された中央給電型矩形パッチアンテナとした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は通信用、レーダ用等
に用いるアレーアンテナ装置、特に直線偏波を励振する
ラジアル導波路で給電する平面アレーアンテナ装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】図6は例えば1993年電子情報通信学
会秋期全国大会講演論文集B−65等に示された従来の
ラジアル導波路で給電する平面アレーアンテナ装置の構
成図であり、図6(a)は上面図、図6(b)は図6
(a)のA−A断面図である。図において1は誘電体基
板、2は誘電体基板1の一方の面に銅箔等の金属を用い
て形成される地導体、3は誘電体基板1の他方の面に銅
箔等の金属を用いて形成される矩形の放射導体、4は前
記地導体2を覆うように取り付けられ、その地導体2と
の対向側が空洞をなす、円形導体板と環状の外周壁から
成る、断面がコの字形のシャシであり、このシャシ4と
前記地導体2とで囲まれる空間がラジアル導波路5であ
る。6は放射導体3から誘電体基板1を貫通してラジア
ル導波路5内に突出する放射導体3の励振プローブであ
り、これと放射導体3、地導体2とで素子アンテナ7が
構成される。8はその上に各素子アンテナ7の励振プロ
ーブ6が配置される誘電体基板1の中心点を中心とする
仮想の同心円群であり、8aが内側から数えて奇数番目
の円、8bが内側から数えて偶数番目の円である。円8
a上に配設される放射導体3と円8b上に配設される放
射導体3とではそれぞれの励振プローブ6に対する放射
導体3の接続位置が逆向きに設定される。9は外部から
シャシ4を貫通してラジアル導波路5内に突出するラジ
アル導波路5の給電プローブである。図7(a)はラジ
アル導波路5の内部から誘電体基板1側を見た図、図7
(b)はラジアル導波路5の内部からシャシ4の円形導
体板側を見た図である。円8aと円8bとの間隔d1,
d2,‥は使用周波数におけるラジアル導波路5内の伝
搬波長換算で略半波長に設定され、各円上での励振プロ
ーブ6の周方向配列間隔は等間隔に設定される。給電プ
ローブ9はシャシ4の底面である円形導体板の中央部に
配置される。
【0003】次に、素子アンテナ7から空間への放射に
伴うラジアル導波路5内の径方向の電力減衰を無視し、
さらに各素子アンテナ7間の空間での相互結合も無視し
た近似モデルによりアンテナの動作原理を説明する。シ
ャシ4を構成する円形導体板の中央部にある給電プロー
ブ9に信号を入力すると、ラジアル導波路5内には“数
1”で表わされる内部電界EZが生じ、円筒波が伝搬す
る。
【0004】
【数1】
【0005】つまり、同一の同心円8上の励振プローブ
6を持つ素子アンテナ7は数1で表わされる励振電界E
Zで励振されることになる。ここで、素子アンテナ励振
プローブ6の径方向配列間隔がラジアル導波路5内の伝
搬波長換算で略半波長であること、円8a上の素子アン
テナ放射導体3と円8b上の素子アンテナ放射導体3と
が逆向きであることにより全ての素子アンテナ7の励振
電界EZの位相は等しくなる。これにより電界ベクトル
の方向が図6(a)に示すY軸方向に向いた直線偏波の
放射パターンが得られる。また各素子アンテナ7の励振
振幅は各放射導体3に接続される励振プローブ6の長さ
と半径を変えることで調整できる。通常は共通の円8上
に配設される全ての励振プローブ6についてはその長さ
と半径を共通とすることで軸対称な励振振幅分布が得ら
れるようにする。励振振幅分布を一様分布とするよう励
振プローブ6の長さと半径を決定することも可能であ
り、この場合は最も高い開口能率、アンテナ利得が得ら
れる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の直線偏波励振用
のラジアル導波路で給電する平面アレーアンテナ装置は
素子アンテナとして放射導体の中心からオフセットした
位置に励振プローブが接続される方式の矩形パッチアン
テナを用い、しかも円形開口の中心から数えて奇数番目
の配列円上にある素子アンテナと、同じく偶数番目の配
列円上にある素子アンテナとでは励振プローブに対する
放射導体の向きが逆向きとなっている。各素子アンテナ
を等位相励振するためにはラジアル導波路内に励振プロ
ーブをラジアル導波路中心から同心円状に配設する必要
があるため、開口面上で放射導体の中心を結ぶ円は同心
円とはならず、中心から数えて奇数番目の配列円上の素
子アンテナ放射導体の上下方向の縁端部と、中心から数
えて偶数番目の配列円上の素子アンテナ放射導体の上下
方向の縁端部との間隔は互い違いに狭くなったり広くな
ったりする。すなわち開口面内の素子アンテナの配列が
疎密度を持った配列となる。前述したように、各素子ア
ンテナ間の空間での相互結合を無視すると等位相かつ振
幅が軸対称な励振分布が得られるような場合でも、相互
結合を考慮すると放射導体の配列間隔によって素子アン
テナ間相互結合係数が異なることにより、励振分布が変
化し素子間隔に呼応した凹凸を有する様になる。このよ
うな相互結合の影響を受けた場合の開口面内励振振幅分
布の一例を図8に示す。開口面内励振分布に凹凸が生じ
ることにより開口能率の低下とサイドローブレベル上昇
等の放射パターンの劣化がもたらされることとなる。
【0007】従来の直線偏波励振用のラジアル導波路で
給電する平面アレーアンテナ装置は以上のように開口面
上の素子アンテナ配列の疎密により素子アンテナ間の相
互結合の度合いが開口面上の部位ごとにばらつき、この
影響でアンテナ利得の低下、放射パターン形状の劣化等
が発生するという問題があった。本発明に係わるアレー
アンテナ装置は上記のような問題を解決するためになさ
れたもので、開口面内励振分布が一様分布に近い高能
率、高利得の直線偏波励振用のラジアル導波路で給電す
る平面アレーアンテナ装置を得ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】以上のような問題を解決
するために、第1の発明によるアレーアンテナ装置は素
子アンテナの方式を放射導体の外形輪郭の中心部に励振
プローブが接続された中央給電型矩形パッチアンテナと
したものである。
【0009】また第2発明によるアレーアンテナ装置は
素子アンテナの方式を放射導体の外形輪郭の中心部に励
振プローブが接続された中央給電型円環パッチアンテナ
としたものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
実施の形態1 図1は本発明の実施の形態1を示すアレーアンテナ装置
の構成図であり、図1(a)は上面図、図1(b)は図
1(a)のA−A断面図である。図において1、2、
4、5、6、8、9は図6と同様のものである。10は
誘電体基板1の上面に銅箔等の金属を用いて形成される
中央給電型矩形パッチアンテナの放射導体であり、その
詳細は図2に示す。地導体2、放射導体10及び励振プ
ローブ6で素子アンテナ11が構成される。図2におい
て10aは放射導体の中心に位置する励振プローブ6が
接続される第1の給電点、斜線を施した10bは空間へ
の電力放射に直接寄与する放射部、10cは上記放射部
10bへの入口となる第2の給電点、10dは第1の給
電点10aと第2の給電点10cとを結ぶマイクロスト
リップ線路部である。マイクロストリップ線路部10d
の長さLと線路幅Wを放射導体の外形寸法A、B等に対
応させて適切に選ぶことによりラジアル導波路5及び空
間とのインピーダンス整合が可能となる。ラジアル導波
路5の内部から誘電体基板1側を見た図、ラジアル導波
路5の内部からシャシ4の円形導体板側を見た図は従来
例の説明に用いたそれぞれ図7(a)、図7(b)と同
じである。
【0011】従来例と同様に素子アンテナ励振プローブ
6は円形開口中心からの半径が動作周波数におけるラジ
アル導波路5内伝搬波長の大略1/2の間隔で広がる同
心円上に周方向等間隔で配設されており、内側から数え
て奇数番目の仮想配列円8a上の励振プローブ6に接続
される放射導体10と、内側から数えて偶数番目の仮想
配列円8b上の励振プローブ6に接続される放射導体1
0とではその向きが逆向きになっている。このことから
全素子アンテナの励振位相が等位相となり、さらに励振
プローブ6の径とラジアル導波路5への挿入長とを適当
に選ぶことにより本来最も高い開口能率が得られるべき
等振幅励振とすることも可能であることは従来の装置と
同様である。
【0012】また素子アンテナ11の方式が図2に示す
ような中央給電型矩形パッチアンテナであることによ
り、放射導体10の外形輪郭の中心点が、円形開口の中
心点を中心とする径方向に動作周波数におけるラジアル
導波路5内の伝搬波長の大略1/2の間隔で広がる同心
円8の上に周方向等間隔で配置される。したがって隣接
する仮想配列円8aと8b上の素子アンテナ放射導体1
0の上下方向縁端部の間隔が等しくなり、素子アンテナ
11間の空間相互結合があっても、その度合の開口面上
の部位ごとのばらつきは小さく抑えられる。したがっ
て、従来の直線偏波励振用のラジアル導波路で給電する
平面アレーアンテナ装置において見られたような開口面
上の励振分布の凹凸が低減される。その結果開口能率が
向上し、高利得のアンテナが得られる。本実施の形態の
アレーアンテナ装置により得られる開口面上励振振幅分
布の一例を図3に示す。
【0013】実施の形態2.図4は本発明の実施の形態
2を示すアレーアンテナ装置の構成図(上面図)であ
る。図において1、2、4、5、6、8、9は図1、図
6と同様のものである。12は誘電体基板1の上面に銅
箔等の金属を用いて形成される中央給電型円環パッチア
ンテナの放射導体であり、その詳細は図5に示す。地導
体2、放射導体12及び励振プローブ6で素子アンテナ
13が構成される。図5において12aは放射導体の中
心に位置する励振プローブ6が接続される第1の給電
点、斜線を施した12bは空間への電力放射に直接寄与
する放射部、12cは上記放射部12bへの入口となる
第2の給電点、12dは第1の給電点12aと第2の給
電点12cとを結ぶマイクロストリップ線路部である。
マイクロストリップ線路部12dの長さLと線路幅Wを
放射導体の外形寸法D等に対応させて適切に選ぶことに
よりラジアル導波路5及び空間とのインピーダンス整合
が可能となる。ラジアル導波路5の内部から誘電体基板
1側を見た図、ラジアル導波路5の内部からシャシ4の
円形導体板側を見た図は従来例の説明に用いたそれぞれ
図7(a)、図7(b)と同じである。
【0014】実施の形態1におけるのと同じく放射導体
12の外形輪郭の中心が同心円上に配列されていて、素
子アンテナ13の開口面上の配列が点対称形であるた
め、素子アンテナ13間の空間での結合の部位ごとのば
らつきが抑えられ、凹凸の少ない開口面上励振分布が得
られる。
【0015】
【発明の効果】以上のように第1の発明によれば、ラジ
アル導波路で給電する平面アレーアンテナ装置を構成す
る素子アンテナを、その放射導体の外形輪郭の中心にラ
ジアル導波路からの励振プローブが接続される中央給電
型矩形パッチアンテナとしたので、開口面上の素子アン
テナ配列の間隔の疎密度に起因する素子アンテナ間相互
結合度の開口面上部位ごとのばらつきが小さくなり、そ
の結果凹凸の少ない励振分布が得られるので、高能率、
高利得の直線偏波励振用のラジアル導波路で給電する平
面アレーアンテナ装置が得られるという効果がある。
【0016】また第2の発明によれば、ラジアル導波路
で給電する平面アレーアンテナ装置を構成する素子アン
テナを、その放射導体の外形輪郭の中心にラジアル導波
路からの励振プローブが接続される中央給電型円環パッ
チアンテナとしたので、これも第1の発明と同等の効果
がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1のアレーアンテナ装置
を示す構成図である。
【図2】 本発明の実施の形態1のアレーアンテナ装置
の構成品である中央給電型矩形パッチアンテナの放射導
体を示す図である。
【図3】 本発明の実施の形態1のアレーアンテナ装置
により得られる開口面上の励振振幅分布の一例を示す図
である。
【図4】 本発明の実施の形態2のアレーアンテナ装置
を示す構成図の上面図である。
【図5】 本発明の実施の形態2のアレーアンテナ装置
の構成品である中央給電型円環パッチアンテナの放射導
体を示す図である。
【図6】 従来の直線偏波励振用のラジアル導波路で給
電する平面アレーアンテナ装置を示す構成図である。
【図7】 従来の直線偏波励振用のラジアル導波路で給
電する平面アレーアンテナ装置、本発明の実施の形態1
のアレーアンテナ装置及び本発明の実施の形態2のアレ
ーアンテナ装置を示す構成図である。
【図8】 従来の直線偏波励振用のラジアル導波路で給
電する平面アレーアンテナ装置により得られる開口面上
の励振振幅分布の一例を示す図である。
【符号の説明】
1 誘電体基板 2 地導体 3 放射導体 4 シャシ 5 ラジアル導波路 6 励振プローブ 7 素子アンテナ 8 仮想の同心円群 8a 内側から数えて奇数番目の円 8b 内側から数えて偶数番目の円 9 給電プローブ 10 中央給電型矩形パッチアンテナの放射導体 10a 中央給電型矩形パッチアンテナの第一の給電点 10b 中央給電型矩形パッチアンテナの放射部 10c 中央給電型矩形パッチアンテナの第二の給電点 10d 中央給電型矩形パッチアンテナのマイクロスト
リップ線路 11 実施の形態1の素子アンテナ 12 中央給電型円環パッチアンテナの放射導体 12a 中央給電型円環パッチアンテナの第一の給電点 12b 中央給電型円環パッチアンテナの放射部 12c 中央給電型円環パッチアンテナの第二の給電点 12d 中央給電型円環パッチアンテナのマイクロスト
リップ線路 13 実施の形態2の素子アンテナ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 誘電体基板の一方の面に形成される地導
    体及び、前記地導体を覆うように取り付けられ、その地
    導体との対向側が空洞をなす断面がコの字形のシャシと
    で構成されるラジアル導波路と、このラジアル導波路へ
    の電力供給を行う給電プローブと、前記誘電体基板の他
    方の面に形成された放射導体及び、前記放射導体から前
    記誘電体基板を貫通して前記ラジアル導波路内に突出す
    る励振プローブとから成る複数の素子アンテナを、使用
    周波数におけるラジアル導波路内波長で半波長の間隔で
    並ぶ複数の同心円上に各々複数個配列したアレーアンテ
    ナ装置において、前記誘電体基板の中心から数えて奇数
    番目の同心円円周上にある素子アンテナと前記中心から
    数えて偶数番目の同心円円周上にある素子アンテナとで
    は向きを逆向きとし、さらに放射導体の外形輪郭の中心
    に励振プローブが接続される中央給電型矩形パッチアン
    テナを素子アンテナとしたことを特徴とするアレーアン
    テナ装置。
  2. 【請求項2】 誘電体基板の一方の面に形成される地導
    体及び、前記地導体を覆うように取り付けられ、その地
    導体との対向側が空洞をなす断面がコの字形のシャシと
    で構成されるラジアル導波路と、このラジアル導波路へ
    の電力供給を行う給電プローブと、前記誘電体基板の他
    方の面に形成された放射導体及び、前記放射導体から前
    記誘電体基板を貫通して前記ラジアル導波路内に突出す
    る励振プローブとから成る複数の素子アンテナを、使用
    周波数におけるラジアル導波路内波長で半波長の間隔で
    並ぶ複数の同心円上に各々複数個配列したアレーアンテ
    ナ装置において、前記誘電体基板の中心から数えて奇数
    番目の同心円円周上にある素子アンテナと前記中心から
    数えて偶数番目の同心円円周上にある素子アンテナとで
    は向きを逆向きとし、放射導体の外形輪郭の中心部に励
    振プローブが接続される中央給電型円環パッチアンテナ
    を素子アンテナとしたことを特徴とするアレーアンテナ
    装置。
JP10143896A 1996-04-23 1996-04-23 アレーアンテナ装置 Pending JPH09289415A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015204495A (ja) * 2014-04-11 2015-11-16 三菱電機株式会社 導波管給電パッチアレーアンテナ装置
RU2757866C1 (ru) * 2020-08-12 2021-10-21 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Антенная решётка на радиальном волноводе
CN118589200A (zh) * 2024-08-05 2024-09-03 安徽大学 一种稀疏化圆环相控阵天线

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015204495A (ja) * 2014-04-11 2015-11-16 三菱電機株式会社 導波管給電パッチアレーアンテナ装置
RU2757866C1 (ru) * 2020-08-12 2021-10-21 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Антенная решётка на радиальном волноводе
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