JP2001237630A - アクティブフェーズドアレーアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アンテナ装置のグレーディングローブを抑制
しながら広範囲なビーム制御を行う。 【解決手段】 分配器２１によって分配された信号は、
移相器２２ａ及び２２ｂによって位相制御された後、増
幅器２３ａ及び２３ｂによって増幅される。これら増幅
された信号はそれぞれ、分配器２４ａ及び２４ｂによっ
て２分配される。合成器２６は、分配器２４ａ及び２４
ｂからの信号を合成し、その合成信号をアンテナ素子に
出力する。アンテナ素子２７ａ及び２７ｃに出力される
信号はそれぞれ、遅延線２５ａ及び２５ｂによって路長
差を調整される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、送信用アクティブ
フェーズドアレーアンテナ装置及び受信用アクティブフ
ェーズドアレーアンテナ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】このような送信用アクティブフェーズド
アレーアンテナ装置及び受信用アクティブフェーズドア
レーアンテナ装置は、電子追尾機能を有する移動体から
の素材伝送装置、マルチビーム及び空間的なビーム走査
可能な衛星放送送受信用アンテナ、衛星搭載用の送受信
アンテナ等に使用されている。

【０００３】図９は、送信用アクティブフェーズドアレ
ーアンテナ装置の第１の従来例を示す図である。このよ
うな送信用アクティブフェーズドアレーアンテナ装置で
は、端子Ｔ１から入力された信号（例えば、高周波信
号）が、分配器１ａ〜１ｇによってそれぞれ２分配さ
れ、これら分配された信号が、移相器２ａ〜２ｈにそれ
ぞれ出力される。移相器２ａ〜２ｈから出力された信号
は、通常は対応する増幅器３ａ〜３ｈによってそれぞれ
増幅された後にアンテナ素子４ａ〜４ｈに入力される。

【０００４】このような構成では、アンテナ素子４ａ〜
４ｈごとに位相を制御できるようになっているので、信
号波長をλとした場合、アンテナ素子４ａ〜４ｈの配列
間隔をλ／２以下にすると、グレーティングローブが出
現せず、ビームを広角に走査することができる。

【０００５】図１０は、送信用アクティブフェーズドア
レーアンテナ装置の第２の従来例を示す図である。この
場合、端子Ｔ２から入力された信号が、分配器１１によ
って２分配され、これら分配された信号が、位相器１２
ａ及び１２ｂにそれぞれ出力される。位相器１２ａ及び
１２ｂから出力された信号は、通常は対応する増幅器１
３ａ及び１３ｂによってそれぞれ増幅された後、分配器
１４ａ及び１４ｂによってそれぞれ４分配され、アンテ
ナ素子１５ａ〜１５ｈに入力される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図９に示す送信用アク
ティブフェーズドアレーアンテナ装置では、アンテナ素
子４ａ〜４ｈに対して、通常、１個の移相器すなわち移
相器２ａ〜２ｈのうちの対応するもの及び１個の増幅器
すなわち増幅器３ａ〜３ｈのうちの対応するものを必要
とするが、端子Ｔ１に入力される信号の周波数が高くな
るに従って、アンテナ素子４ａ〜４ｈのスペースが小さ
くなり、アンテナ素子４ａ〜４ｈのスペースに対し移相
器２ａ〜２ｈ及び増幅器３ａ〜３ｈが相対的に大きくな
るという不都合がある。また、移相器２ａ〜２ｈ及び増
幅器３ａ〜３ｈが高価なものであるので、これらを全体
として平面配置した場合、素子の個数が増大し、その結
果、コストパフォーマンスが非常に悪化するという不都
合がある。

【０００７】図１０に示す送信用アクティブフェーズド
アレーアンテナ装置では、複数（この場合４個）のアン
テナ素子１５ａ〜１５ｄ及び１５ｅ〜１５ｈに対して、
１個の移相器すなわち移相器１２ａ及び１２ｂのうちの
対応するもの及び１個の増幅器すなわち増幅器１３ａ及
び１３ｂのうちの対応するものしか必要としない。しか
しながら、複数のアンテナ素子１５ａ〜１５ｄ及び１５
ｅ〜１５ｈを移相器１２ａ及び１２ｂのうちの対応する
ものによって制御するので、ビームを大きく振った場
合、位相中心の間隔が大きくなるので、メインローブ以
外にレベルの大きなグレーティンググローブが発生する
という不都合がある。

【０００８】本発明の目的は、送信用アクティブフェー
ズドアレーアンテナ装置及び受信用アクティブフェーズ
ドアレーアンテナ装置を大型化させることなく、グレー
ティングローブを抑制しながら広範囲なビーム制御を行
うことができる送信用アクティブフェーズドアレーアン
テナ装置及び受信用アクティブフェーズドアレーアンテ
ナ装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によるアクティブ
フェーズドアレーアンテナ装置は、第１及び第２のアン
テナ素子と、入力された信号を前記第１及び第２のアン
テナ素子に入力すべき信号に分配し又は前記第１及び第
２のアンテナ素子から出力された信号を結合して出力す
る分配又は結合手段と、前記第１及び第２のアンテナ素
子と前記分配又は結合手段との間にそれぞれ配置され、
前記第１及び第２のアンテナ素子と前記分配又は結合手
段との間の信号の位相をそれぞれ制御する第１及び第２
の位相制御手段と、前記第１及び第２の位相制御手段か
ら出力された信号の一部の和が入力され又は前記第１及
び第２のアンテナ素子からの信号にそれぞれ結合すべき
信号を出力し、かつ、前記第１及び第２のアンテナ素子
間に内挿された他のアンテナ素子とを具えることを特徴
とするものである。

【００１０】本発明によれば、送信用に用いられる場
合、第１及び第２の位相制御手段から出力された信号の
一部の和が、他のアンテナ素子に入力され、それに対し
て、受信用に用いられる場合、他のアンテナ素子が、第
１及び第２のアンテナ素子からの信号にそれぞれ結合す
べき信号を出力する。このようにして他のアンテナ素子
に信号を入力し又は他のアンテナ素子から信号を出力す
ることによって、当該他のアンテナ素子に対して移相器
を設ける必要がなくなる。その結果、各アンテナ素子に
対して移相器をそれぞれ設けた従来の送信用アクティブ
フェーズドアレーアンテナ装置に比べて、移相器の個数
を減少させることができ、送信用アクティブフェーズド
アレーアンテナ装置の大型化を回避することができる。
また、前記移相器の減少分だけアンテナ素子間隔を小さ
くすることができ、その結果、グレーディングローブを
抑制し、広範囲なビーム制御が可能となる。

【００１１】好適には、前記他のアンテナ素子に入力さ
れ又は前記他のアンテナ素子から出力される信号のレベ
ルを自動的に制御する自動レベル制御手段を更に具え
る。これによって、信号のレベルを自動的に制御するこ
とができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明によるアクティブフェーズ
ドアレーアンテナ装置の実施の形態を、図面を参照して
詳細に説明する。図１は、本発明によるアクティブフェ
ーズドアレーアンテナ装置の第１の実施の形態を示す図
である。送信用アクティブフェーズドアレーアンテナ装
置としてのこのような装置は、端子Ｔ３に接続した分配
器２１と、分配器２１に接続した移相器２２ａ及び２２
ｂと、これら移相器２２ａ及び２２ｂを入力側にそれぞ
れ接続した増幅器２３ａ及び２３ｂと、これら増幅器２
３ａ及び２３ｂの出力側にそれぞれ接続した分配器２４
ａ及び２４ｂと、これら分配器２４ａ及び２４ｂに接続
した遅延線２５ａ及び２５ｂと、分配器２４ａ及び２４
ｂに接続した合成器２６と、分配器２４ａ、合成器２６
及び分配器２４ｂにそれぞれ接続したアンテナ素子２７
ａ，２７ｂ及び２７ｃとを具える。

【００１３】本実施の形態の動作を説明する。端子Ｔ３
から入力された信号（例えば高周波信号）は、分配器２
１によって２分配される。分配されたこれらの信号は、
移相器２２ａ及び２２ｂによって位相をそれぞれψ１及
びψ２に制御した後、増幅器２３ａ及び２３ｂによって
増幅される。これら増幅された信号はそれぞれ、遅延線
２５ａ又は２５ｂに出力される電力と合成器２６に出力
される電力との比が２：１になるように分配器２４ａ及
び２４ｂによって２分配される。

【００１４】合成器２６は、分配器２４ａ及び２４ｂか
らの信号をベクトル合成し、その合成信号をアンテナ素
子２７ｂに出力する。なお、その合成信号の位相は（ψ
１＋ψ２）／２となる。なお、アンテナ素子２７ａ及び
２７ｃに出力される信号はそれぞれ、遅延線２５ａ及び
２５ｂによって各アンテナ素子間の給電線の路長差を調
整される。

【００１５】本実施の形態によれば、各アンテナ素子に
対して１個の増幅器及び移相器をそれぞれ設ける必要が
なくなるので、各アンテナ素子に対して１個の増幅器及
び移相器をそれぞれ設けた従来の送信用アクティブフェ
ーズドアレーアンテナ装置に比べて、増幅器及び移相器
の個数を減少させることができ、送信用アクティブフェ
ーズドアレーアンテナ装置の大型化を回避することがで
きる。また、前記増幅器及び移相器の減少分だけアンテ
ナ素子間隔を小さくすることができ、その結果、グレー
ディングローブを抑制し、広範囲なビーム制御が可能と
なる。

【００１６】なお、アンテナ素子２７ｂの放射量は、増
幅器２３ａ及び２３ｂの出力の一部を合成したものであ
るので、素子間の位相差が大きくなる場合、アンテナ素
子２７ｂの振幅は、ベクトル合成のためにアンテナ素子
２７ａ及び２７ｃに比べて減少する。ビームチルト角が
比較的小さい（例えば±５°以内）場合には、アンテナ
素子２７ｂの振幅の低下量は０．３ｄＢ以下であるので
不都合が生じることはない。

【００１７】図２は、本発明によるアクティブフェーズ
ドアレーアンテナ装置の第２の実施の形態を示す図であ
る。送信用アクティブフェーズドアレーアンテナ装置と
してのこのような装置は、端子Ｔ４に接続した分配器３
１と、分配器３１に接続した移相器３２ａ及び３２ｂ
と、これら移相器３２ａ及び３２ｂにそれぞれ接続した
分配器３３ａ及び３３ｂと、分配器３３ａ及び３３ｂに
接続した合成器３４と、分配器３３ａ及び３３ｂにそれ
ぞれ接続した遅延線３５ａ及び３５ｂと、遅延線３５
ａ、合成器３４及び遅延線３５ｂを入力側に接続した増
幅器３６ａ〜３６ｃと、これら増幅器３６ａ〜３６ｃに
接続したアンテナ素子３７ａ〜３７ｃとを具える。

【００１８】本実施の形態の動作を説明する。端子Ｔ４
から入力された信号（例えば高周波信号）は、分配器３
１によって２分配される。分配されたこれらの信号は、
移相器３２ａ及び３２ｂによって位相をそれぞれψ１及
びψ２に制御される。これら制御された信号はそれぞ
れ、遅延線３５ａ又は３５ｂに出力される電力と合成器
３４に出力される電力との比が２：１になるように分配
器３３ａ及び３３ｂによって２分配される。

【００１９】合成器３４は、分配器３３ａ及び３３ｂか
らの信号を合成し、その合成信号を増幅器３６ｂを通じ
てアンテナ素子３７ｂに出力する。なお、その合成信号
の位相は（ψ１＋ψ２）／２となる。なお、アンテナ素
子３７ａ及び３７ｃに出力される信号はそれぞれ、遅延
線３５ａ及び３５ｂによって給電線路長差を調整される
とともに、増幅器３６ａ及び３６ｃによって増幅され
る。

【００２０】本実施の形態によれば、アンテナ素子と能
動素子を一体化することによって、装置の薄型化及び軽
量化が可能となる。

【００２１】図３は、本発明によるアクティブフェーズ
ドアレーアンテナ装置の第３の実施の形態を示す図であ
る。このような装置は、図２の装置において増幅器３６
ｂの代わりにＡＬＣ（オートレベルコントローラ）４１
を設けたものである。ビームチルト角が増大すると振幅
の低下量を無視できなくなるが、このようにＡＬＣ４１
を用いてフィードバックをかけることによって出力レベ
ルを自動的に制御すると、アンテナ素子４２の振幅の変
動を抑制することができる。

【００２２】図４は、本発明による送信用アクティブフ
ェーズドアレーアンテナ装置の第４の実施の形態を示す
図である。この場合のアンテナ素子の配列構造は、２次
元配列構造を有し、アンテナ素子５１ａ〜５１ｉを具
え、３×３の送信用平面アクティブフェーズドアレーア
ンテナとしている。

【００２３】本実施の形態では、アンテナ素子５１ａ及
び５１ｃと、アンテナ素子５１ａ及び５１ｇと、アンテ
ナ素子５１ｃ及び５１ｇと、アンテナ素子５１ｃ及び５
１ｉと、アンテナ素子５１ｇ及び５１ｉとに対応する給
電部の出力をそれぞれ合成して、アンテナ素子５１ｂ，
５１ｄ，５１ｅ，５１ｆ及び５１ｈに接続することによ
って、該アンテナ素子５１ｂ，５１ｄ，５１ｅ，５１ｆ
及び５１ｈ用移相器を省略することができる。また、ア
ンテナ素子５１ａ，５１ｃ，５１ｇ及び５１ｉの間に挿
入されるアンテナ素子が増加した場合、すなわち、ｎ×
ｎ送信用平面アクティブフェーズドアレーアンテナとし
た場合でも、アンテナ素子５１ａ，５１ｃ，５１ｇ及び
５１ｉに挿入されるアンテナ素子に対応する移相器を省
略することができる。

【００２４】図５は、本発明によるアクティブフェーズ
ドアレーアンテナ装置の第５の実施の形態を示す図であ
る。受信用アクティブフェーズドアレーアンテナ装置と
してのこのような装置は、図１の分配器２１，２４ａ，
２４ｂ及び合成器２６の代わりに合成器６１，６２ａ，
６２ｂ及び分配器６３を配置するとともに、増幅器６４
ａ及び６４ｂの出力側を移相器６５ａ及び６５ｂにそれ
ぞれ接続した点を除いて、図１の装置と同一構成を有す
る。

【００２５】図６は、本発明による受信用アクティブフ
ェーズドアレーアンテナ装置の第６の実施の形態を示す
図である。受信用アクティブフェーズドアレーアンテナ
装置としてのこのような装置は、図２の分配器３１，３
３ａ，３３ｂ及び合成器３４の代わりに合成器７１，７
２ａ，７２ｂ及び分配器７３を配置するとともに、増幅
器７４ａ〜７４ｃの出力側を遅延線７５ａ、分配器７３
及び遅延線７５ｂに接続した点を除いて図２の装置と同
一構成を有する。

【００２６】図７は、本発明によるアクティブフェーズ
ドアレーアンテナ装置の第７の実施の形態を示す図であ
る。このような装置は、図６の装置において増幅器７４
ｂの代わりにＡＬＣ（オートレベルコントローラ）８１
を設けたものである。

【００２７】図８は、本発明による受信用アクティブフ
ェーズドアレーアンテナ装置の第８の実施の形態を示す
図である。この場合のアンテナ素子の配列構造は、２次
元配列構造を有し、アンテナ素子９１ａ〜９１ｉを具
え、３×３の受信用平面アクティブフーェズドアレーア
ンテナとしてる。

【００２８】本実施の形態では、アンテナ素子９１ａ及
び９１ｃと、アンテナ素子９１ａ及び９１ｇと、アンテ
ナ素子９１ｃ及び９１ｇと、アンテナ素子９１ｃ及び９
１ｉと、アンテナ素子９１ｇ及び９１ｉとに対応する受
信出力をそれぞれ、アンテナ素子９１ｂ，９１ｄ，９１
ｅ，９１ｆ及び９１ｈの受信分配出力と合成することに
よって、当該アンテナ素子９１ｂ，９１ｄ，９１ｅ，９
１ｆ及び９１ｈ用移相器を省略することができる。ま
た、アンテナ素子９１ａ，９１ｃ，９１ｇ及び９１ｉの
間に挿入されるアンテナ素子が増加した場合、すなわ
ち、ｎ×ｎ受信用平面アクティブフェーズドアレーアン
テナとした場合でも、アンテナ素子９１ａ，９１ｃ，９
１ｇ及び９１ｉの間に挿入されるアンテナ素子に対応す
る移相器を省略することができる。

【００２９】本発明は、上記実施の形態に限定されるも
のではなく、幾多の変更及び変形が可能である。例え
ば、上記実施の形態では２個の移相器を使用することに
よって３個のアンテナ素子の放射位相を制御した場合に
ついて説明したが、アンテナ素子の個数を３個より多く
した場合でも、各アンテナ素子の位相を、合成器及び分
配器を適切に組み合わせることによって制御することが
できる。

【００３０】また、図４に示す送信用アクティブフェー
ズドアレーアンテナ装置における給電系の構造を、図
１、図２又は図３に示した装置の給電系と同様の構造を
用いて構成することができ、また、図８に示す受信用ア
クティブフェーズドアレーアンテナ装置における給電系
の構造を、図５、図６又は図７に示した装置の給電系と
同様の構造を用いて構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるアクティブフェーズドアレーア
ンテナ装置の第１の実施の形態を示す図である。

【図２】 本発明によるアクティブフェーズドアレーア
ンテナ装置の第２の実施の形態を示す図である。

【図３】 本発明によるアクティブフェーズドアレーア
ンテナ装置の第３の実施の形態を示す図である。

【図４】 本発明によるアクティブフェーズドアレーア
ンテナ装置の第４の実施の形態を示す図である。

【図５】 本発明によるアクティブフェーズドアレーア
ンテナ装置の第５の実施の形態を示す図である。

【図６】 本発明によるアクティブフェーズドアレーア
ンテナ装置の第６の実施の形態を示す図である。

【図７】 本発明によるアクティブフェーズドアレーア
ンテナ装置の第７の実施の形態を示す図である。

【図８】 本発明によるアクティブフェーズドアレーア
ンテナ装置の第８の実施の形態を示す図である。

【図９】 アクティブフェーズドアレーアンテナ装置の
第１の従来例を示す図である。

【図１０】 アクティブフェーズドアレーアンテナ装置
の第２の従来例を示す図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ，１１，１
４ａ，１４ｂ，２１，２４ａ，２４ｂ，３１，３３ａ，
３３ｂ，６３，７３ 分配器 ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈ，１
２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂ，３２ａ，３２ｂ，６５
ａ，６５ｂ 移相器 ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ，３ｇ，３ｈ，１
３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ，３６ａ，３６ｂ，３６
ｃ，６４ａ，６４ｂ，７４ａ，７４ｂ，７４ｃ増幅器 ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈ，１
５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ，１５
ｇ，１５ｈ，２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，３７ａ，３７
ｂ，３７ｃ，４２，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，
５１ｅ，５１ｆ，５１ｇ，５１ｈ，５１ｉ，９１ａ，９
１ｂ，９１ｃ，９１ｄ，９１ｅ，９１ｆ，９１ｇ，９１
ｈ，９１ｉ アンテナ素子 ２５ａ，２５ｂ，３５ａ，３５ｂ，７５ａ，７５ｂ 遅
延線 ２６，３４，６１，６２ａ，６２ｂ，７１，７２ａ，７
２ｂ 合成器 ４１，８１ ＡＬＣ Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４ 端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村田 孝雄 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 (72)発明者 熊田 純二 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 Ｆターム(参考） 5J021 AA05 AA09 CA06 DB03 EA04 FA06 FA09 FA26 FA32 GA05 GA08 HA05

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１及び第２のアンテナ素子と、 入力された信号を前記第１及び第２のアンテナ素子に入
   力すべき信号に分配し又は前記第１及び第２のアンテナ
   素子から出力された信号を結合して出力する分配又は結
   合手段と、 前記第１及び第２のアンテナ素子と前記分配又は結合手
   段との間にそれぞれ配置され、前記第１及び第２のアン
   テナ素子と前記分配又は結合手段との間の信号の位相を
   それぞれ制御する第１及び第２の位相制御手段と、 前記第１及び第２の位相制御手段から出力された信号の
   一部の和が入力され又は前記第１及び第２のアンテナ素
   子からの信号にそれぞれ結合すべき信号を出力し、か
   つ、前記第１及び第２のアンテナ素子間に内挿された他
   のアンテナ素子とを具えることを特徴とするアクティブ
   フェーズドアレーアンテナ装置。
2. 【請求項２】 前記他のアンテナ素子に入力され又は前
   記他のアンテナ素子から出力される信号のレベルを自動
   的に制御する自動レベル制御手段を更に具えることを特
   徴とする請求項１記載のアクティブフェーズドアレーア
   ンテナ装置。