JPH0783207B2 - 円偏波アレーアンテナ及び当該アンテナの給電方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、配列面に対して垂直な方向と角度θをなす方
向での所定の楕円偏波を実現するアンテナに関するもの
である。

（従来の技術） クロスダイボールアンテナ，円偏波マイクロストリツプ
アンテナ等の円偏波を励振するアンテナにおいては、通
常、ボアサイトの方向（配列面に対して垂直な方向）で
最も軸比特性が良好となるように設計されており、そこ
から離れるにしたがつて軸比は劣化する。第５図に円偏
波で動作する２点給電の円形マイクロストリツプアンテ
ナの軸比の角度特性の計算値を示す。縦軸はdB表示した
軸比、横軸はボアサイト方向からの角度を示す。

（発明が解決しようとする問題点） この結果からたやすく類推できるように、これらのアン
テナを素子として円偏波アレーアンテナを構成した場合
も同様に、ボアサイトの方向で最も軸比特性が良好とな
り、ボアサイトの方向から離れるに伴つて軸比特性は劣
化することとなる。

このため、ボアサイトから離れた方向に放射ビームを持
つようなアンテナを構成する場合、放射ビームの方向の
軸比特性が劣化し、良好な円偏波特性が得られないのと
ともに、交差偏波に対しても識別度が低下するという欠
点があつた。

本発明の目的は、配列面に対して垂直な方向と角度θを
なす方向において、円偏波が発生可能なアレーアンテナ
を各々の素子に対応した振幅と位相で励振することで適
当な楕円偏波を発生し、所定の楕円偏波率を実現するこ
とが可能な円偏波アンテナを提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、配列面に対して垂直な方向（ボアサイトの方
向）と角度θをなす特定方向の楕円偏波率が所定の値と
なるような振幅と位相で、各々の放射素子を励振したこ
とを主要な特徴とする。

従来の技術においては、個々の放射素子の楕円偏波率を
最良にするべく、円偏波励振しており、それ故に、素子
の配列方向に対して垂直方向を向いた放射ビームの方向
で軸比が最良となる点で本発明と異なる。

（発明の原理） 本発明の基本原理を以下に示す。第１図に原理を説明す
るためのアンテナ構成図を示す。１は放射素子、２は移
相器、３は電力分配器である。Ｎ個の素子よりなるアレ
ーアンテナにおいて、素子＃ｉの放射パタンのθ成分を
Ｅθｉ＝gi（θ，φ），φ成分をＥφｉ＝hi（θ，
φ），素子の励振電流Miの素子＃ｉに対する振幅比、位
相差をそれぞれAi,Δi,素子が原点から離れていること
に起因する（θ，φ）方向での位相の進みを座標原点に
換算したものをδ_ｉとする。このとき ψｉ＝Δｉ＋δｉ （１） と置いて、素子＃ｉの励振電流Miを Mi＝Ai∠ψｉ （２） として書き直せば、すべての素子による放射パタンのθ
成分をEdおよびφ成分Ｅφは となり、右旋成分E_R,左旋成分E_Lは、全体のＥθ,Eφを
用いて E_R＝Ｅθ＋jEφ （５） E_L＝Ｅθ−jEφ （６） と書けるから Gi＝gi＋jhi＝Ki∠αｉ （７） とおくことにより、右旋成分E_R,左旋成分E_Lは と簡単に表せる。ここで、Gi^＊＝gi−jhiを示す。

さて、アレーアンテナの放射パタンをある（θ，φ）方
向において、例えば右旋成分を最大とし、左旋成分E_Lを
零とするには、まず，式（８）のすべてのGi・Miが同位
相となり，式（９）で示される和が零となればよい。従
つて、位相の基準を適当にきめることによりＮ個の各素
子の位相Δ_ｉは ψｉ＋α_ｉ＝一定（ｉ＝1,2,…,N） （10） とでき、このとき右旋成分E_Rが最大となる。式（９）の
Gi^＊は軸比を良くしたい方向（θ，φ）から求められ、
このとき、軸比が零となる振幅比A_iは式（９）を用いて より決定できる。

すなわち、式（10）から得られた位相差Δi,式（11）か
ら得られた振幅比A_iで各素子を励振することにより、
（θ，φ）方向の軸比を改善することができる。式
（８），（９）において右辺を適当な複素数となるよう
に振幅比A_iを決定すれば、そこでの任意の楕円偏波率が
実現できる。

（実施例１） 第２図に、本発明の実施例を示す。１は放射素子,2は移
相器,3は電力分配器である。本実施例は、２点給電の同
一の円形マイクロストリツプアンテナ素子を２素子用い
たアレーアンテナを例としたもので、＃１および＃２の
素子は各々φ_１とφ₂,φ_３とφ_４の２点から給電されて
いる。φ＝０方向で給電したときの円形マイクロストリ
ツプアンテナ素子の放射指向性は以下の式で与えられ
る。

ｇ（θ，φ）＝Et cosφ （12） ｈ（θ，φ）＝Ep sinφ （13） ただし、Ji（η）はｉ次の第１種Bessel関数を意味して
おり、Et,Ep,ηは Et＝〔J₂（η）−J₀（η）〕 （14） Ep＝〔J₂（η）＋J₀（η）〕cosθ （15） η＝k₀a sinθ （16） で与えられ、k₀とａは自由空間中の伝搬定数および円形
マイクロストリツプアンテナの半径である。

本実施例は、発明の原理で述べたＮ＝４の場合に相当
し、式（３）および式（４）におけるgi（θ，φ）およ
びhi（θ，φ）はマイクロストリツプアンテナがφ_ｉで
給電されるとき次式で与えられる。

g_i（θ，φ）＝ｇ（θ，φ−φｉ） （17） hi（θ，φ）＝ｈ（θ，φ−φｉ） （18） ここで，式（７）であたえられるGiの偏角αｉは tanαｉ＝（Et/Ep）tan（φ−φｉ） （19） であたえられる。このとき、各素子の給電位置を表すφ
ｉを変化させることにより、αｉを任意にえらぶことが
でき、例えば、θ＝θ₀,φ＝φ_０方向での軸比と利得を
良くする場合、素子の励振振幅A_iを１として を満足するように給電位置φｉをきめる。例えば、原点
に換算した位相ψｉおよび給電位置φｉは（θ₀,φ_０）
＝（50゜,0゜）での軸比を最適にするとき、 ψ_ｉ＝141.2゜ψ_２＝−141.2゜ψ_２＝128.5゜ψ_２＝−1
28.5゜ （21） φ_１＝45゜φ_２＝−45゜φ_１＝57.3゜ φ_２＝−57.3゜ （22） とすればよい。第３図にこのときの軸比の角度特性の計
算値を示す。第５図との比較から明らかなように、50゜
近辺での軸比特性が改善されることが明らかである。

なお、ここでは２点給電マイクロストリツプアンテナを
素子を２素子用いたアレーアンテナの場合について示し
たが、素子数は何素子であつても同様に軸比特性を改善
することができる。また、素子の種類については、１点
給電円偏波マイクロストリツプアンテナ，クロスダイボ
ールアレーアンテナ，クロススロツトアレーアンテナ等
においても同様に軸比特性を改善することができる。

（実施例２） １素子の円形マイクロストリツプアンテナを２点給電し
て用いるとき、素子の（θ₀,φ_０）＝（50゜,0゜）方向
において右旋と左旋の比|E_R/E_L|＝２とした実施例を示
す。

本実施例は、発明の原理で述べたＮ＝２の場合に相当
し、それぞれの給電点＃1,＃２におけるθ方向，φ方向
の放射指向性gi,h_i（ｉ＝1,2）は次式で与えられる。

gi（θ，φ）＝ｇ（θ，φ−φｉ） （23） h_i（θ，φ）＝ｈ（θ，φ−φｉ） （24） ここで，式（７）であたえられるGiの偏角α_ｉは tan（φ−φｉ）＝（Ep/Et）tan α_ｉ （25） で与えられる。このとき、各素子の給電位置を表すφｉ
を変化させることにより、α_ｉを任意にえらぶこともで
きる。ここでは、例として、給電位置をφ_１＝0,φ_２＝
90゜ときめて、θ＝θ₀,φ＝０方向でE_R/E_L＝Ｃ（実
数）を実現することを考える。式（10）および（11）か
ら、＃２の素子の＃１に対する振幅比A₂,位相差Δ_２は
次式で与えられる。

α_１＝0,α_２＝−90゜ （26） A₂＝|k₁（１−Ｃ）/k₂（１＋Ｃ）｜ （27） Δ_１＝０゜，Δ_２＝90゜ （28） φ_１＝０゜，φ_２＝90゜ （29） 第４図と第５図に（θ₀,φ_０）＝（50゜,0゜）の方向で
のE_R/E_L＝−２としたときのφ_０＝０゜でのE_R/E_Lの振幅
特性の計算例を示す。図から明らかなように、上記の関
係を与えるときθ_０＝50゜でE_R/E_L＝−２が実現されて
いる。このときE_R/E_L＝0.5の特性をもつ不要波は除去で
きる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の方法によれば、配列の正
面方向以外において所定の楕円偏波が得られる。これに
より、ボアサイトにないビーム方向の楕円偏波率の劣化
による損失を低減でき、かつ交差偏波に対しても識別度
の高い円偏波アンテナの提供が可能であるという利点が
ある。また、ビーム方向から外れた方向の楕円偏波率を
指定することにより反射波の軽減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるアンテナの構成例、第２図は本発
明によるアンテナの実施例、第３図は第２図のアンテナ
の特性の計算結果を示す図、第４図は（θ₀,φ_０）＝
（50゜,0゜）の方向でのE_R/E_L＝−２としたときの鉛直
方向からの角度に対するE_R/E_Lの振幅特性の計算値を示
す図、第５図は従来の２点給電マイクロストリツプアン
テナの軸比の角度特性を計算結果を示す図である。 １……放射素子 ２……移相器 ３……電力分配器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｎ（Ｎは２以上の整数）個の複数の放射素
   子を有し、各放射素子から放射されるビームが素子の配
   列面に対して特定の角度をとる円偏波アレーアンテナの
   給電方法において、 各放射素子の配列位置、及び励振電流Miの振幅と位相
   を、 ビーム方向で円偏波を構成する互に直交する、右旋成分
   をE_R、左旋成分をE_Lとし、素子＃ｉの円偏波における軸
   比を良くしたい方向における放射指向性のθ成分および
   φ成分をそれぞれg_i,h_iとしたときG_i＝g_i＋jh_i,G_i ^＊＝g
   _i−jh_iと各々設定されるG_i,G_i ^＊とすると、 となるように給電することを特徴とする円偏波アレーア
   ンテナの給電方法。
2. 【請求項２】複数個の放射素子を有し、かつ該放射素子
   から放射されるビームが素子の配列面に対して特定の角
   度をとる円偏波アレーアンテナにおいて、 前記放射素子の各々のアンテナの配列位置及び励振電流
   の振幅と位相を、前記ビーム方向に対して所定の角度を
   なす方向から到来する妨害波のもつ楕円偏波率特性と逆
   の特性となる値で励振したことを特徴とする円偏波アレ
   ーアンテナ。