JPH0328841B2 - - Google Patents

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JPH0328841B2
JPH0328841B2 JP6962182A JP6962182A JPH0328841B2 JP H0328841 B2 JPH0328841 B2 JP H0328841B2 JP 6962182 A JP6962182 A JP 6962182A JP 6962182 A JP6962182 A JP 6962182A JP H0328841 B2 JPH0328841 B2 JP H0328841B2
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JP
Japan
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lens
coupler
antenna
circulator
terminal
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JP6962182A
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Japanese (ja)
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JPS58187003A (en
Inventor
Yoshihiko Mikuni
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、R−kR形と呼ばれる電波レンズに
関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a radio wave lens called an R-kR type.

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

到来電波の方向、周波数等を常に知ることの出
来る探知装置においては全方位方向に受信ビーム
を並べたマルチビームアンテナが用いられる。従
来このような目的に適したマルチビームアンテナ
がいくつか提案されているが、その中に第1図に
示すR−kRレンズと呼ばれる電波レンズを用い
たアンテナがある。
A multi-beam antenna with receiving beams arranged in all directions is used in a detection device that can always know the direction, frequency, etc. of incoming radio waves. Several multi-beam antennas suitable for such purposes have been proposed in the past, and among them is an antenna using a radio wave lens called an R-kR lens shown in FIG.

これは、レンズをプリント板で構成出来るため
バトラーマトリクスによるマルチビームアンテナ
よりも構造が簡易であるという利点をもつてい
る。またR−kRレンズやロツトマンレンズを用
いたマルチビームアンテナは給電系をプリント板
で構成出来るという利点を持つているものの全方
向性ではないため複数のアンテナを組合せて全方
向性にしなければならなかつた。このようにR−
kRレンズを用いたアンテナは全方向性マルチビ
ームアンテナとして最適なものであるとされてい
る。
This has the advantage that the structure is simpler than the Butler matrix multi-beam antenna because the lens can be constructed from a printed board. Furthermore, although multi-beam antennas using R-kR lenses and Rottmann lenses have the advantage of being able to construct the feeding system using a printed circuit board, they are not omnidirectional and must be made omnidirectional by combining multiple antennas. Nakatsuta. In this way R-
Antenna using kR lens is said to be optimal as an omnidirectional multi-beam antenna.

ここで第2図を用いてR−kRレンズの動作を
説明しておく。
Here, the operation of the R-kR lens will be explained using FIG.

第2図において1の方向から電波が到来したと
する。この電波はアンテナ素子21,22,2
3,24,25で受信されそれぞれサーキユレー
タ31,32,33,34,35を通過してレン
ズ5に導かれる。ここで、l2+l3+l5が全てのア
ンテナ素子について等しいとすれば、上記のレン
ズ5に導かれた電波はサーキユレータ30の端子
50に焦点を結びサーキユレータ30を通過して
受信機40に導かれる。このように1の方向から
入射した電波は受信機40で受信されることにな
る。また第2図から明らかなようにこのアンテナ
は軸対称構造をしており全周にわたつて受信機の
数だけマルチビームを形成することが出来る。l2
+l3+l5を全て厳密に等しくすることは出来ない
がレンズ5を構成する誘電体の比誘電率をεと
し、レンズ5の直径をd、アンテナ列の直径をD
とするとき √d/D≒2 とすれば実用上l2+l3+l5は一定となることが知
られている。
In FIG. 2, it is assumed that radio waves arrive from direction 1. This radio wave is transmitted to antenna elements 21, 22, 2
3, 24, and 25, and are guided to the lens 5 through circulators 31, 32, 33, 34, and 35, respectively. Here, if l 2 + l 3 + l 5 is equal for all antenna elements, the radio wave guided to the lens 5 is focused on the terminal 50 of the circulator 30, passes through the circulator 30, and is guided to the receiver 40. It will be destroyed. In this way, the radio waves incident from one direction are received by the receiver 40. Furthermore, as is clear from FIG. 2, this antenna has an axially symmetrical structure and can form multiple beams as many as the number of receivers over the entire circumference. l 2
Although it is not possible to make all +l 3 +l 5 strictly equal, let the relative permittivity of the dielectric material forming the lens 5 be ε, the diameter of the lens 5 be d, and the diameter of the antenna array be D.
When √d/D≒2, it is known that l 2 +l 3 +l 5 is practically constant.

R−kRレンズは以上説明したように全方向に
マルチビームを形成することの出来るアンテナで
あるがバツクローブが高くなりやすいという欠点
をもつている。その理由は、第2図において11の
方向から入射した電波がアンテナ20で受信され
サーキユレータ30を通過しレンズ5の端子50
からレンズ5内に伝播される際に端子50に不整
合があると反射波がサーキユレータ30を介して
受信機40に受信されるからである。すなわち、
本来1から入射した電波のみを受信する受信桐4
0に、後方の11から入射する電波が受信されるこ
とになり、バツクローブが高くなるのである。こ
の欠点を除去するには端子50での不整合を小さ
くすれば良い。そのためレンズ5を第1図に示す
ようにプリント板で構成したときレンズ5とサー
キユレータの間を3角形の整合部分で接続し、極
力不整合が生じないように工夫されている。しか
しなお不整合は避けられず実験によれば最悪−
10dB程度の反射が観測されている。
As explained above, the R-kR lens is an antenna that can form multi-beams in all directions, but it has the disadvantage that the back lobe tends to be high. The reason for this is that the radio waves incident from direction 11 in FIG. 2 are received by the antenna 20, pass through the circulator 30,
This is because if there is misalignment at the terminal 50 when the wave is propagated from the wave to the lens 5, the reflected wave will be received by the receiver 40 via the circulator 30. That is,
Receiving paulownia 4 that receives only the radio waves that originally entered from 1
0 will receive the radio waves incident from the rear 11, and the back lobe will become higher. This drawback can be eliminated by reducing the mismatch at the terminal 50. For this reason, when the lens 5 is constructed of a printed board as shown in FIG. 1, the lens 5 and the circulator are connected by a triangular matching part to avoid mismatching as much as possible. However, inconsistency is still unavoidable, and according to experiments, it is the worst.
A reflection of about 10 dB has been observed.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は、上記欠点に鑑みてなされたもので、
不整合による反射が生じないアンテナを提供する
ことを目的とする。
The present invention has been made in view of the above drawbacks, and
An object of the present invention is to provide an antenna that does not cause reflection due to mismatch.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明はレンズ5が比較的安価なプリント板構
成であることに着目し、レンズを2枚用いること
によつて上記不整合による反射を除去するもので
ある。
The present invention focuses on the fact that the lens 5 has a relatively inexpensive printed board structure, and uses two lenses to eliminate the reflection caused by the misalignment.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

第3図に本発明の一構成例を示す。但しアンテ
ナ列、レンズとアンテナ素子との間の結線は一部
を示し他は省略してある。図示されるようにアン
テナ素子21からの入力電波はサーキユレータ3
1を通過し3dBカプラ61により2分される。2
分された電波はそれぞれレンズ51及び52を通
過し3dBカプラ60により加え合され受信機40
により受信される。即ち本発明の構成は従来例の
レンズを2枚にし3dBカプラによつて2枚のレン
ズをそれぞれ給電し、結合している構造になつて
おり電気的には従来例と同じく軸対称構造になつ
ているため、全方向にマルチビームを構成するこ
とが出来る。このアンテナ系が所期の特性を有す
るための条件の1例は √1d1+√2d2≒4D …() |√1d1−√2d2|≒λ/2 …() 3dBカプラは90゜カプラ …() カプラ出力端よりレンズ迄の線路の電気長は
全て等しい …() である。
FIG. 3 shows an example of the configuration of the present invention. However, some of the connections between the antenna array, the lens, and the antenna element are shown, and the others are omitted. As shown in the figure, the input radio waves from the antenna element 21 are transmitted to the circulator 3.
1 and is divided into two by a 3 dB coupler 61. 2
The separated radio waves pass through lenses 51 and 52, and are added together by a 3dB coupler 60 and sent to a receiver 40.
received by. In other words, the configuration of the present invention has a structure in which the conventional lens is made into two lenses, each of which is fed and coupled by a 3 dB coupler, and electrically has an axially symmetrical structure similar to the conventional example. Therefore, multi-beams can be constructed in all directions. An example of the conditions for this antenna system to have the desired characteristics is √ 1 d 1 +√ 2 d 2 ≒4D …() |√ 1 d 1 −√ 2 d 2 |≒λ/2 …() 3dB The coupler is a 90° coupler...() The electrical lengths of the lines from the coupler output end to the lens are all equal...().

ε1,ε2:比誘電率、λ:使用波長 d1,d2:レンズ直径。 ε 1 , ε 2 : Relative permittivity, λ: Usage wavelength d 1 , d 2 : Lens diameter.

本発明のこの実施例の動作を第4図を参照して
説明する。第4図は、第3図から主要な部分を抜
き出し、簡略化して示したものである。
The operation of this embodiment of the invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows the main parts extracted from FIG. 3 in a simplified manner.

アンテナ素子21より入射した電波はサーキユ
レータ31を通過し3dBカプラ61で2分され
る。61の出力においてレンズ51へ入射する電
波の方がレンズ52へ入射する電波よりも90゜位
相が遅れているものとする(条件)。2分され
た電波はレンズ51及びレンズ52を通過する間
に条件の()により位相差が異なりレンズの出
力端501,502においては501の出力の方
が502の出力よりも90゜位相が進む。したがつ
て501と502の出力を3dBカプラ60で加え
合せるとその出力はサーキユレータ30の方に現
れ無反射終端70の端子には現れない。したがつ
て無損失でサーキユレータ30を介して受信機4
0に導かれることになる。一方アンテナ素子20
から入射した電波はレンズの端子501,502
で反射されるが3dBカプラ60の出力端と50
1,502までの電気長は等しい(条件)のた
め、反射波は無反射終端70に現れ、受信機40
には現れない。
Radio waves incident from the antenna element 21 pass through the circulator 31 and are divided into two by the 3 dB coupler 61. It is assumed that the phase of the radio wave incident on the lens 51 is delayed by 90° from the phase of the radio wave incident on the lens 52 at the output of the lens 61 (condition). While the divided radio waves pass through lenses 51 and 52, the phase difference differs depending on the condition (), and at the output ends 501 and 502 of the lenses, the output of 501 has a phase lead of 90° compared to the output of 502. . Therefore, when the outputs of 501 and 502 are added together by the 3 dB coupler 60, the output appears toward the circulator 30 and does not appear at the terminal of the non-reflection termination 70. Therefore, the receiver 4 is transmitted through the circulator 30 without loss.
It will lead you to 0. On the other hand, antenna element 20
The radio waves incident from the terminals 501 and 502 of the lens
It is reflected at the output end of 3dB coupler 60 and 50
Since the electrical lengths up to 1,502 are equal (condition), the reflected wave appears at the non-reflection terminal 70 and is transmitted to the receiver 40.
It does not appear in

以上の説明により従来バツクローブの高かつた
R−kRレンズを用いたアンテナを改良しバツク
ローブを低くすることが出来ることが分つたが、
このままでは前方に鋭いビームを形成することが
出来ない。前方に鋭いビームを形成するためには
第2図においてl2+l3+l5が前方のアンテナ素子
群に対しほぼ一定でなければならなかつた。その
ためには√d2Dである必要があると述べた。
本発明による第3図の構成ではこの関係はどのよ
うに変形されるかを考察する。
From the above explanation, it was found that it is possible to improve the antenna using the R-kR lens, which conventionally had a high cross-lobe, and to lower the cross-lobe.
If this continues, it will not be possible to form a sharp beam forward. In order to form a sharp forward beam, l 2 +l 3 +l 5 had to be approximately constant for the front antenna element group in FIG. He said that for that purpose, it is necessary to have √d2D.
Consider how this relationship is modified in the configuration of FIG. 3 according to the present invention.

第2図においてl3は全ての素について一定であ
るからl2+l5を一定とすればよい。このことは の位相項が一定を意味している。これよりθが小
さいとして √d2D が得られたものである。同様な考え方を第4図に
ついて適用すれば の位相項を一定とすれば良いことになる。そこで √1d1+√2d2=2d′ とおき √2d2−√1d1=λ/2(条件より) として(1)式を変形すると ejkD/2cos〓・e-jkdcos〓 ・2cos(kλ/4cosθ) となる。上式の位相項を一定とすれば良いから d′2D すなわち √1d1+√2d2=4D となり条件が得られる。このように条件は前
方に鋭いビームを形成する条件になつている。
In FIG. 2, l 3 is constant for all elements, so l 2 +l 5 should be constant. This thing is This means that the phase term of is constant. If θ is smaller than this, √d2D is obtained. If we apply the same idea to Figure 4, It is sufficient if the phase term of is kept constant. Therefore, if we set √ 1 d 1 +√ 2 d 2 = 2d′ and transform equation (1) by setting √ 2 d 2 −√ 1 d 1 = λ/2 (by condition), we get e jkD/2cos 〓・e -jkdcos 〓 ・2cos(kλ/4cosθ). Since it is sufficient to keep the phase term in the above equation constant, the condition is obtained as d′2D, that is, √ 1 d 1 +√ 2 d 2 = 4D. In this way, the conditions are such that a sharp beam is formed in the front.

以上述べたように第3図の構成のアンテナにお
いて条件()()()()を満足すれば第
2図で示す従来形では得られなかつた低バツクロ
ーブ形の全方向性マルチビームアンテナが得られ
ることになる。
As mentioned above, if the antenna with the configuration shown in Figure 3 satisfies the conditions (), (), and (), a low-wavelength omnidirectional multi-beam antenna, which cannot be obtained with the conventional type shown in Figure 2, can be obtained. It will be done.

以上の実施例においては3dBカプラに90゜カプ
ラを用いた例について説明したが第5図に示すよ
うに180゜カプラを用いても同様の効果が得られ
る。この場合にはカプラ出力端からレンズ端子間
の電気長には使用波長の1/4の差が必要である。
またレンズ51とレンズ52の直径d1,d2の間に
は √1d1+√2d24D の条件のみ必要である。
In the above embodiment, an example was explained in which a 90° coupler was used as the 3 dB coupler, but the same effect can be obtained by using a 180° coupler as shown in FIG. In this case, the electrical length between the coupler output end and the lens terminal must have a difference of 1/4 of the wavelength used.
Further, only the condition √ 1 d 1 +√ 2 d 2 4D is required between the diameters d 1 and d 2 of the lenses 51 and 52.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、バツクローブが低い全方向性
のマルチビームアンテナが得られる。
According to the present invention, an omnidirectional multi-beam antenna with a low backlobe can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来のプリント板形R−kRレンズを
用いた全方向性マルチビームアンテナの構成図、
第2図はR−kRレンズの動作を説明する為の図
第3図は本発明の一構成例を示す図、第4図は本
発明の動作を説明する図、第5図は本発明の他の
実施例を示す図である。 20,21……アンテナ素子、30,31……
サーキユレータ、40……受信機、51,52…
…レンズ、60,61……3dBカプラ、70,7
1……無反射終端。
Figure 1 is a configuration diagram of an omnidirectional multi-beam antenna using a conventional printed board type R-kR lens.
Figure 2 is a diagram for explaining the operation of the R-kR lens. Figure 3 is a diagram showing an example of the configuration of the present invention. Figure 4 is a diagram for explaining the operation of the present invention. Figure 5 is a diagram for explaining the operation of the present invention. It is a figure which shows another Example. 20, 21... antenna element, 30, 31...
Circulator, 40... Receiver, 51, 52...
...Lens, 60,61...3dB coupler, 70,7
1...Reflection-free termination.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 直径Dの円形アンテナアレーと、このアンテ
ナアレーを構成するアンテナ素子に接続されたサ
ーキユレータと、このサーキユレータに接続され
た受信機と、前記サーキユレータに接続された
3dBカプラと、比誘電率ε1、直径d1の第1のR−
kRレンズと、比誘電率ε2、直径d2の第2のR−
kRレンズとを有し、前記3dBカプラの出力端の
1つと第1のR−kRレンズの端子間および前記
3dBカプラの他の出力端と第2のR−kRレンズ
の端子間をカプラが90゜カプラの場合には等長の
線路で、カプラが180゜カプラの場合には使用波長
の4分の1の差を持つ線路で結び、前記3dBカプ
ラの入力端と分離された端子には無反射終端を接
続し、前記レンズの定数を √1d1+√2d24D なる寸法に選定し、且つカプラが90゜カプラの場
合には|√1d1−√2d2|がほぼ使用波長の2分
の1の奇数倍となる寸法に選定したことを特徴と
するR−kRレンズを用いたアンテナ。
[Claims] 1. A circular antenna array with a diameter D, a circulator connected to antenna elements constituting this antenna array, a receiver connected to this circulator, and a receiver connected to the circulator.
3 dB coupler and a first R- of dielectric constant ε 1 and diameter d 1
kR lens and a second R- lens with dielectric constant ε 2 and diameter d 2
kR lens, and between one of the output ends of the 3dB coupler and the terminal of the first R-kR lens and the
If the coupler is a 90° coupler, use a line of equal length between the other output end of the 3dB coupler and the terminal of the second R-kR lens, and if the coupler is a 180° coupler, use a line of equal length to connect the terminal of the second R-kR lens. A non-reflective termination is connected to the terminal separated from the input end of the 3 dB coupler, and the constant of the lens is selected to have a dimension of √ 1 d 1 +√ 2 d 2 4D, and When the coupler is a 90° coupler, an R-kR lens is used whose dimensions are selected such that |√ 1 d 1 −√ 2 d 2 | is approximately an odd multiple of half the wavelength used. antenna.
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