JPH03182103A

JPH03182103A - フェーズドアレイアンテナ

Info

Publication number: JPH03182103A
Application number: JP32174589A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Sato; 和夫佐藤; Kunitoshi Nishikawa; 訓利西川; Yoshitoshi Fujimoto; 美俊藤元; Tomoaki Hirako; 智明平子
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1989-12-11
Filing date: 1989-12-11
Publication date: 1991-08-08

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】［産業上の利用分野］本発明は、電子的にビーム方向を走査できるフェイズド
アレイアンテナ、特にその薄型化に関する。

［従来の技術］近年の電子通信技術の飛躍的な進歩に伴ない、各種分野
において電波通信が利用されるようになってき°Ｃいる
。このような中で、送受信機等の小型化に伴ない、自動
車電話等の移動体通信が注目を浴びている。

移動体通信においては、地上に複数の基地局を設け、こ
の基地局が管轄する地域内において移動体との通信を行
う方式があり、自動車電話等に採用されている。しかし
、このような地上の基地局を利用する通信方式は、基地
局を無制限に設けることができないため、通信可能範囲
に制限がある。

これに対し、衛星を利用した移動体通信は、このような
制限がなく広範囲にわたり高品質なサービスができるこ
とから各方面で実用化に向は検討が進められている。

ここで、非常に重要なものとして、移動体搭載用のアン
テナがある。これは、アンテナにおける送受信が良好に
行えなければ、他の送受信設備としていかに高度なもの
を装備していようとも、良好な通信は行えないからであ
る。

そして、自動車等の移動体は、その走行によって、衛星
等に対する相対的位置が変化するため、その送受信方向
を走行状況にしたがって変更する必要がある。そこで、
従来より、移動体用のアンテナとして、指向方向の制御
可能なものが採用されている。特に、自動車等の移動体
においては、小型軽量であること、自動車の激しい動き
に応じて衛星等を追尾できること等が必要であり、ビー
ムの電子的走査が行えるフェーズドアレイアンテナが好
適であると考えられている。

ここで、フェーズドアレイアンテナの基本的な構成例に
ついて図面に基づいて説明する。

第１０図は、従来のフェイズドアレイアンテナの一例を
示す概略構成図であり、電波と電流の変換を行うｎ個の
アンテナ素子Ａ１〜Ａｎを有している。そして、これら
アンテナ素子ＡＩ−Ａｎに対応して、ここに給電する高
周波電流の位相を変化させるｎ個の移相ｉＢｌ〜Ｂｎが
接続されている。また、各移相器Ｂｌ−Ｂｎのそれぞれ
には、高周波電力を分配又は台底する分配器Ｃ及び移相
器Ｂ１〜Ｂｎを駆動するドライブ回路りが接続されてい
る。

そして、フェーズドアレイアンテナにおいては、ドライ
ブ回路りによって、複数の移相器８１〜ａｎのそれぞれ
の移相量を制御することにより、アンテナの指向性（ビ
ーム）を変化させることができる。

このように、フェーズドアレイアンテナは、ビームを電
子的に高速に走査できることから、船舶、ル″Ｌ空機、
列車、自動車などの移動体におけるレーダや衛星通信用
のアンテナに適した特性を有していると考えられている
。

［発明が解決しようとする課題］このように、従来のフェーズドアレイアンテナは、アン
テナ素子Ａにマイクロストリップアンテナを採用するな
どの手段によって、薄型構造を実現している。しかし、
フェーズドアレイアンテナは、アンテナ素子Ａだけでな
く移相器Ｂ１分配器Ｃ，ドライブ回路りを含むため、こ
れらを含めて全体を小型、薄型化することは難しく、自
動車等の小型移動体に搭載するのは困難であるという問
題点があった。また、アンテナ素子と給電回路を離して
配置する等の方法も考えられるが、このように構成する
とアンテナ素子と給電回路の接続が複雑となる等の問題
があり、実用上は実現が難しい。

このため、アンテナ素子、給電回路及びドライブ回路等
を含めた構成で、小型、薄型化する必要がある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、薄型構
造のフェーズドアレイアンテナを提供することを目的と
する。

［課題を解決するための手段］本発明に係るフェーズドアレイアンテナは、誘電体基板
上に設けられた複数の放射素子導体を有するアンテナ層
と、上記複数の放射素子導体にそれぞれ接続され、スト
リップ線路導体で形成された移相器、分配器からなる給
電回路を有する給電回路層と、この給電回路に接続され
、移相器における移相量制御のための信号を供給するド
ライブ回路を有するドライブ回路層とを有し、これらア
ンテナ層、給電回路層、ドライブ回路層を積層して構成
したことを特徴とする。

このように、本発明においては、移相器、分配器等の給
電回路及びドライブ回路をそれぞれ基板の同一面上に構
成し、平面形状をしたアンテナ素子と合わせてこれらを
積層することにより、従来のフェーズドアレイアンテナ
に比ベアンテナ全体を非常に薄く構成している。

［作用］本発明に係るフェーズドアレイアンテナは、上述のよう
な構成を有しており、分配器を介し供給される高周波電
流は、ドライブ回路により移相量が設定された複数の移
相器により所定の位相とされて、対応するそれぞれの放
射素子導体に供給される。このため、放射素子導体より
所定の位相の電波が送信される。なお、受信時は、放射
素子導体により得られた高周波Ｔｌｉ流を反対の経路に
より同一の位相として合成することができる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明に係るフェーズドアレイア
ンテナによれば、各構成部材を層構造として積層したた
め、装置全体として薄型化でき、車両等の移動体に搭載
し、衛星等との通信を効果的に行うことができる。

［実施例］以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明する
。

実施例１第１図は、実施例１のフェーズドアレイアンテナの構造
を示す斜視図、第２図はその断面図である。

本実施例のフェーズドアレイアンテナは第１図に示すよ
うに誘電体基板１２上に正方形格子位置に配列した１６
個の放射素子導体１４からなるアンテナｊφと、各放射
素子導体１４に対応して誘電体基板２０の裏面に配置し
た１６個の移相器２２及び分配器２４からなる給電回路
層とから構成されている。そして、第２図に示すように
アンテナ層と給電回路層は、接地導体板１６を挾んで、
密着している。給電回路層の下方に空気層７０を介して
、回路基板３０の表面に誘電体基板２０上の各移相器２
２に対応して配置したドライブ回路３４及び制御線３２
からなるドライブ回路層が設けられ、これらアンテナ層
、給電回路層、ドライブ層が以上の順序で積層して構成
される。

なお、本実施例では放射素子導体１４は、１６個設けら
れており、その配置は第１図に示すように正方形格子位
置に配列されている。しかし、本発明は平面上の任意位
置にアンテナ素子を配置したフェーズドアレイアンテナ
に対して有効である。

次に、上述の各構成について、さらに詳細に説明する。

アンテナ層は誘電体基板１２上の一面に銅張り誘電体基
板をエツチング等の手段により形成した放射素子導体１
４から構成され、接地導体板１６上に積層される。

給電回路層は誘電体基板２０上の一面に複数のストリッ
プ線路導体等で形成される移相器２２、分配器２４から
構成される。この例においては、給電回路層は、アンテ
ナ層を形成する誘電体基板１２と給電回路層を形成する
誘電体基板２０が接地導体板１６を挟んで、密着するよ
うに構成されている。

ここで、アンテナ全体を薄くするには特に給電回路が小
型、薄型である必要があり、その配置方法が重要である
。本発明では第１図に示すように給電回路を誘電体基板
２０上にストリップ線路導体等で構成しするとともに、
分配器２４を移相器２２の間の同一表面上に配置して給
電回路を一体構造として、給電回路の薄型化を達成して
いる。

また、給電回路の配置は放射素子導体１４の真下に移相
器２２を配置し、アンテナ層を形成する誘電体基板１２
と給電回路層を形成する誘電体基板２０が互いに接地導
体板１６を共通にして、はり合わせる構成とすることに
より、薄型化を実現している。

なお、これら２つの層は接地導体板１６を共通としてい
るので、放射素子導体１４と移相器２２の一端を給電ピ
ン２６で結合して、アンテナに高周波信号を供給してい
る。

次に、移相器２２及び分配器２４の構成を説明する。

各移相器２２は、第６図に示すようにストリップ線路導
体５０、ＰＩＮダイオード５１、ＰＩＮダイオード５１
の制御のためのバイアス線路５２及びドライブ回路３４
と接続のためのコネクタ３６ｂからなる。このような移
相器は線路切換え式移相器と呼ばれる。そして、ＰＩＮ
ダイオード５１はバイアス線路５２を通じて供給される
バイアス電流により、スイッチ動作をする。

線路切替式移相器の動作を第７図に従い説明する。この
移相器は長さがＬＬ、Ｌ２と異なるストリップ線路をＰ
ＩＮダイオードにバイアス電流を流すことによって切換
えて、その線路差ＬＬ−Ｌ２に応じて位相を変化させる
。このときの移相差φ０は使用波長をλとすると、 φ−３６０Ｘ　（ＬＬ　−Ｌ２　ｊ　／λで表わされる
。

本実施例では第６図に示すように、線路差を４５″、９
０″、１８０″と設定し、３つの線路切換え式移相器５
４．５５．５６を縦列に接続し、３６０°を４５″おき
に変化する３ビツトの移相器を用いている。この移相器
のビット数は、ビームを走査する細かさに関係しており
、ビット数を増加すれば、構造は複雑になるが、それだ
け細かなビーム走査が行える。

なお、本実施例では線路切換え式移相器を用いたが、誘
電体基板を使って、小型、薄型に構成することができる
線路負荷式移相器やハイブリット式移相器等を使用して
もよい。

次に、分配器の構造を第８図に示す。分配器２４は誘電
体基板２０上に形成されたストリップ線路導体からなり
、入出力端６０から高周波信号が１１ケ所の２分配（２
分枝）により最終的に１６分配され、各移相器２２に人
力される。また、高周波信号の外部との人出力は、入出
力端６０に同軸コネクタ６１を取り付け、同軸線路に接
続することによって行う。この際、同軸コネクタ６１の
内導体は分配器２４に、外部導体は接地導体板１６に接
続する。

全体の動作としては、分配器２４に人力された高周波信
号は１６分割されて各移相器２２に人力される。そして
、各移相器２２でビームの方向に応じて移相量が変えら
れ、給電ビン２６を介し、各放射素子導体１４に供給さ
れ、ここから電波として送信される。

以上、主に送信に関して説明してきたが、本発明のフェ
ーズドアレイアンテナは経路が反対になるだけで、受信
に関しても同様に動作するものである。

一方、給電回路層の下方には空気層７０を隔ててドライ
ブ回路層が配置される。ドライブ回路層は移相器２２に
おけるＰＩＮダイオードを動作させるためのドライブ回
路３４、及びこのドライブ回路３４を制御するための制
御線３２により回路基板３０上に形成されている。ここ
で、空気層７０は給電回路層の特性がドライブ回路層の
近接により劣化しないように１０ｍｍ１５度必要である
。

移相器２２とドライブ回路３４の接続は、第１図に示す
ように各移相器２２に対向した位置に各ドライブ回路３
４を配置し、２４（Ｉのドライブ回路３４上のコネクタ
３６ａと移相器２２上のコネクタ３６ｂを介して接続し
ている。その断面図を第３図に示す。各ドライブ回路３
４は制御線３２に接続され、制御線３２はコネクタ３つ
を介して外部の制御装置に接続される。

一方、各ドライブ回路３４の全てには、第９図に示すよ
うに、制御用装置９０が接続されており、制御装置９０
からの指令信号がコネクタ３９を介して各ドライブ回路
３４に入力される。そして、ドライブ回路３４と移相器
２２間は、（４５°）ヒツト５４、　（９０ｏ）ビット
５５、　（１８０”）ビット５６の各ビットに対応した
２本ずつ計６本の制御線によりコネクタ３６を介して接
続されている。そして、移相器２２上のＰＩＮダイオー
ド５１にバイアス電流を流し、移相器２２の移相量を制
御し、ビーム方向を変化させる。

以上のように本発明のフェーズドアレイアンテナは各要
素（アンテナ素子Ａ１移相器Ｂ１分配器Ｃ１ドライブ回
路Ｄ）を薄型化し、これらを上述のように積層して接続
しているため、フェーズドアレイアンテナの厚さを非常
に薄くすることができる。

実施例２実施例２の概略断面図を第４図に示す。

実施例１では給電回路層は誘電体基板２０上の片面にス
トリップ線路導体で形成された構造である。一方、実施
例２では、給電回路層は誘電体基板２０中に線路導体等
で形成された移相器２２、分配器２４から構成される。

そして、誘電体基板２０は２枚の接地導体板１６及び４
０に密着して挟まれる構造をしている。なお、その他の
構造は実施例１と同様である。

実施例１では給電回路の特性がドライブ回路層が近接す
ることによって、劣化するため１０ｍｍ程度の空気層７
０が必要であった。これに対して、実施例２の構造では
、給電回路の特性はドライブ回路層が近づいても影響さ
れない。このため、給電回路層とドライブ回路層の間の
空気層７０の間隔を狭くすることができる。そして、こ
の構造により、移相器２２とドライブ回路３４を接続す
るコネクタ３６を短くすることができ、フェーズドアレ
イアンテナの厚さを実施例１より更に薄くすることが可
能である。

なお、実施例２においても実施例１と同様に、コネクタ
３６を第３図に示すように２つのコネクタ３６ｇ、３６
ｂに分割し差込み式で接続すると、給電回路とドライブ
回路の脱着が容易である。

実施例３実施例３の概略断面図を第５図に示す。

この実施例３は、上述の実施例２の構成において、ドラ
イブ回路層の部品取付は面を給電回路層２０と反対の面
にしたことを特徴とする。すなわち、回路及板３０の下
側面にドライブ回路層３４及び制御線３２を形成してい
る。そして、移相器２２とドライブ回路３４をビン３８
によって接続している。

この結果、給電回路層とドライブ回路層の間の空気層７
０が無くなり、２つの層を密着して配置できる。このた
め、フェーズドアレイアンテナ全体を史に薄くすること
ができる。また、この例において空気層７０が全く無く
、コネクタ３６等で接続する必要がないためアンテナの
強度が増し、移動体等に搭載した際の耐震性が改善され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１のフェーズドアレイアンテナの横這を
示す斜視図、第２図は実施例１のフェーズドアレイアンテナの構造を
示す概略断面図、第３図は実施例１の移相器とドライブ回路の接続の構造
を示す断面図、第４図は実施例２のフェーズドアレイアンテナの構造を
示す概略断面図、第５図は実施例３のフェーズドアレイアンテナの構造を
示す概略断面図、第６図は移相器の構成を示す斜視図、第７図は移相器の動作を示す説明図、第８図は分配器の構成を示す斜視図、第９図はドライブ回路の接続関係を示す説明図、第１０
図は従来例の構成を示す概略構成図、１２　・・・　誘
電体基板１４　・・・　放射素子導体１６．４０　　・・・　接地導体板２０　・・・　誘電体基板２２　・・・　移相器２４　・・・　分配器３０　・・・　回路基板３２　・・・　制御線３４　・・・　ドライブ回路３６．３６ａ、３６ｂ、３９　−・・　コネクタ８０１２０００コネクタ３６の内導体ストリップ線路導体ＰＩＮダイオードバイアス線路同軸コネクタ空気層制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

（１）接地導体板上に誘電体基板を介して設けられた複
数の放射素子導体を有するアンテナ層と、上記複数の放
射素子導体にそれぞれ接続され、接地導体板上に誘電体
基板を介し設けられた複数のストリップ線導体で形成さ
れた移相器、分配器からなる給電回路で形成された給電
回路層と、この給電回路の移相器に接続され、移相量制
御のための信号を供給するドライブ回路を有するドライ
ブ回路層と、を有し、これらアンテナ層、給電回路層、ドライブ回路層を積層
して構成したことを特徴とするフェーズトアレイアンテ
ナ。
（２）上記請求項（１）記載のフェーズドアレイアンテ
ナにおいて、移相器、分配器からなる給電回路が２枚の接地導体板の
間に挟まれた誘電体基板中の複数の線路導体で形成して
いることを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。