JPH08181528A - フェーズドアレーアンテナ - Google Patents

フェーズドアレーアンテナ

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JPH08181528A
JPH08181528A JP32037894A JP32037894A JPH08181528A JP H08181528 A JPH08181528 A JP H08181528A JP 32037894 A JP32037894 A JP 32037894A JP 32037894 A JP32037894 A JP 32037894A JP H08181528 A JPH08181528 A JP H08181528A
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JP
Japan
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array antenna
phased array
sub
antennas
polarization
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Tsunehisa Marumoto
恒久 丸本
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 低挿入損失でしかも素子破壊或いは高調波発
生のおそれはなく、高電力の送信アンテナに好適なフェ
ーズドアレーアンテナを提供すること。 【構成】 複数のサブアンテナ11 ,12 と、導波管7
を介して送り込まれる高周波電力を前記各サブアンテナ
1 ,12 に向けて分岐するハイブリット結合器2とを
備えた給電回路部とを有し、前記各サブアンテナ11
2 への給電位相を各々変化させることによりアレーア
ンテナ全体のビーム方向を制御するビーム方向制御部6
を装備してなるフェーズドアレーアンテナにおいて、給
電回路部が、前記ハイブリット結合器2の入力側に、直
線偏波の偏波角を回転させる偏波回転器4と偏分波器3
とを装備したことを特徴とするフェーズドアレーアンテ
ナ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、フェーズドアレーアン
テナに係り、とくにマイクロ波帯の電波を発信するフェ
ーズドアレーアンテナに関する。
【0002】
【従来の技術】一般のフェーズドアレーアンテナは、
「1991年電子情報通信学会 講演論文集B−40」或いは
「特開平2-224505号公報」に開示されているように、複
数のサブアンテナならびに移送器,分岐回路,および制
御部から構成される。図8に従来例を示す。この図8に
示す従来例は説明のため、構成を簡略化してサブアンテ
ナを2個の場合を示す。
【0003】この図8に示す従来例においては、アンテ
ナ端子55から入力された電力は、分岐回路62により
分配され、各々移相器51A,51Bを通過して各サブ
アンテナ511 ,512 へ給電される。
【0004】ここで、移相器51A,51Bは制御部5
6からの信号に基づき移相量(通過位相)を変化させる
ことができる。いま、移相器51A,51Bの移相量の
差を2φ、サブアンテナ511 ,512 相互間の距離を
2dとすると、フェーズドアレーアンテナ全体のビーム
方向θは、次式となる。 θ=sin -1φ/k0 d (但し、k0 :自由空間での伝搬定数)…… となる。従って、この図8において、制御部56は直接
的には移相器51A,51Bの移相量の差2φを制御
し、間接的にフェーズドアレーアンテナ全体のビーム方
向θを制御している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】フェーズドアレーアン
テナにおいては、移相器51A,51Bとしては、図9
(装荷線路形)または図10(線路切替形)に示すPI
Nダイオード63を利用したものが、従来より広く用い
られている。
【0006】しかしながら、PINダイオード63は、
非線形特性,つまり電圧と電流の関係が線形でない特性
をもっているため、高電力に対しては高調波が発生す
る。そして、高電力を印加した場合、PINダイオード
63は破壊されるという不都合がある。このため、図9
又は図10に示す移相器は高電力の送信アンテナには適
していない。
【0007】また、図9又は図10の移相器は、通常、
マイクロストリップ回路を用いて構成されているため、
挿入損失が大きいという欠点もある。例えば、衛星通信
等で広く用いられているku帯(11〜14GHz 帯)に
おいては、マイクロストリップ移相器の挿入損失は約1
〔dB〕〜4〔dB〕である。
【0008】
【発明の目的】本発明は、かかる従来例の有する不都合
を改善し、とくに低挿入損失でしかも素子破壊或いは高
調波発生のおそれはなく、高電力の送信アンテナに好適
なフェーズドアレーアンテナを提供することを、その目
的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明で
は、複数のサブアンテナと、導波管を介して送り込まれ
る高周波電力を各サブアンテナに向けて分岐するハイブ
リット結合器を備えた給電回路部とを有し、各サブアン
テナへの給電位相を各々変化させることによりアレーア
ンテナ全体のビーム方向を制御するビーム方向制御部を
装備してなるフェーズドアレーアンテナにおいて、給電
回路部が、前述したハイブリット結合器の入力側に直線
偏波の偏波角を回転させる偏波回転器と偏分波器とを装
備する、という構成を採っている。これによって前述し
た目的を達成しようとするものである。
【0010】請求項2記載の発明では、偏波回転器とし
て、π位相差板を使用する、という構成を採っている。
【0011】請求項3記載の発明では、偏波回転器とし
て、ファラデー回転形偏波回転器を使用する、という構
成を採っている。
【0012】
【作 用】ハイブリッド結合器2から二つのサブアンテ
ナ11 ,12 への出力E1 およびE2 は次のように表さ
れる。E1 ,E2 は互いに同振幅であり、位相差は2φ
となる。よって、サブアンテナ11 ,12 間の距離を2
dとおくと、フェーズドアレーアンテナ全体のビーム方
向θは、ほぼ「θ=sin -1φ/k0 d(但し、k0:自
由空間での伝搬定数)」となる。従って、偏波回転器4
および制御部6により偏波角φを制御すれば、それに応
じてビーム方向を制御することができる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1乃至図5に基
づいて説明する。
【0014】最初に、本実施例にかかるフェーズドアレ
ーアンテナの動作原理を図1乃至図3に基づいて説明す
る。
【0015】本実施例のフェーズドアレーアンテナは、
図1に示すように、複数のサブアンテナ11 ,12 及び
ハイブリッド結合器2,偏分波器3,偏波回転器4,制
御部6から構成される。以下、サブアンテナが二個の場
合を例にとって説明する。
【0016】アンテナ端子5(A点)からは、x軸に平
行な直線偏波Eが入力される(図2A点)。いま、偏波
回転器4が直線偏波の偏波角をφだけ変えるよう設定さ
れていたとすると、偏波回転器4の出力(B点)でのx
成分はEcos φ、y成分はEsin φとなる(図2, B
点)。
【0017】この図2のB点のx成分は偏分波器3のX
端子を経由しハイブリッド結合器2の主端子(ルート
X)へ、またy成分は偏分波器3のY端子を経由してハ
イブリッド結合器2の副端子(ルートY)へ入力され、
両者は再び合成される。ここで、ルートX,Y間の位相
差が90゜であれば、ハイブリッド結合器2から二つのサ
ブアンテナ11 ,12 への出力E1 (C点)およびE2
(D点)は次のように表される。 E1 =1/ルート2(Ecos φ+jEsin φ) =E/ルート2exp (jφ) …………… E2 =1/ルート2(Ecos φ−jEsin φ) =E/ルート2exp (−jφ) ……………
【0018】つまり、E1 ,E2 は互いに同振幅であ
り、位相差は2φとなる。よって、サブアンテナ11
2 間の距離を2dとおくと、フェーズドアレーアンテ
ナ全体のビーム方向θは、ほぼ θ=sin -1φ/k0 d …………… 但し、k0 :自由空間での伝搬定数 となる。従って、偏波回転器4および制御部6により偏
波角φを制御すれば、それに応じてビーム方向を制御す
ることができる。
【0019】次に、本実施例によるフェーズドアレーア
ンテナの具体例を図5に基づいて説明する。
【0020】この図5のフェーズドアレーアンテナにお
いては、ハイブリッド結合器2としてはマジックT11
が使用され、また、偏波回転器4としてπ位相差板(π
Polarizer )12が使用されている。π位相差板12は
二つのロータリージョイント13,14にはさまれてお
り、その角度は制御部6および駆動部9により連続可変
となっている。
【0021】ここで、π位相差板12の移相面とx軸の
なす角度がψであるとき、x軸に平行な入力偏波Eは、
π位相差板12によってx軸に対して2ψの傾きをもつ
出力偏波E’に変換される(図6参照)。即ち、 φ=2ψ ………………
【0022】この式を前述した式に代入すると、フ
ェーズドアレーアンテナ全体のビーム方向θとπ位相差
板12の角度ψの間に次の関係式を得る。 θ=sin -12ψ/k0 d (但し、k0 :自由空間での伝搬定数)……
【0023】ここで、π位相差板12の角度ψは、制御
部6及び駆動部9により連続可変であるので、アンテナ
ビーム方向θもまた(デジタルでなく)連続可変とな
る。
【0024】図7に他の実施例を示す。この図7に示す
実施例は、ハイブリッド結合器としては図5と同様にマ
ジックT11が、偏波回転器4としてファラデー回転形
偏波回転器22を用いている。
【0025】ここで、ファラデー回転形偏波回転器22
とは、磁化されたフェライトによるファラデー回転現象
を利用した導波管部品であり、直線偏波の偏波角を回転
させることができる。本実施例では、内蔵されたフェラ
イト10の磁化の方向が制御部6からの電流により決定
され、これに従ってファラデー回転形偏波回転器22の
出力直線偏波の角度φが制御されるようになっている。
【0026】このように、ファラデー回転形偏波回転器
22を用いると、機械的制御を伴わず、電気制御のみに
よりビーム方向を変えることができる。
【0027】以上、例に挙げた構成例図5,図7はいず
れも導波管部品のみで構成できるので、前述したku帯
においても 0.2 〔dB〕〜0.5 〔dB〕程度の挿入損
失で実現可能であり、且つ高耐電力となっている。
【0028】
【発明の効果】以上ように本発明によると、フェーズド
アレーアンテナ本体を導波管部品のみで容易に構成でき
るため、低損失かつ高耐電力の従来にない優れたフェー
ズドアレーアンテナを得ることができる。
【0029】また、偏波回転器としてπ位相差板を使用
すれば(デジタルでない)連続可変のビーム方向制御が
可能となり、更に、偏波回転器としてファラデー回転形
偏波回転器を使用すると、機械的制御を伴わない電気制
御のみによるビーム方向制御が可能となる、という従来
にない優れたフェーズドアレーアンテナを得ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるフェーズドアレーアンテナのブロ
ック図である。
【図2】図1に示す実施例の原理説明図で、図1内のア
ンテナ端子A点と偏回転器の出力側B点における各出力
を示す説明図である。
【図3】図1に示す実施例の原理説明図で、図1内のハ
イブリット結合器の一方の出力を示す説明図である。
【図4】図1に示す実施例の原理説明図で、図1内のハ
イブリット結合器の他方の出力を示す説明図である。
【図5】図1に示す実施例の具体例を示す構成図であ
る。
【図6】図5に示す実施例で開示したπ位相差板部分の
断面内における動作を示す説明図である。
【図7】図1に示す実施例の他の具体例を示す構成図で
ある。
【図8】従来例を示すブロック図である。
【図9】従来例における装荷線路形の移相器の回路図で
ある。
【図10】従来例における線路切替形の移相器の回路図
である。
【符号の説明】
1 ,12 サブアンテナ 2 ハイブリッド結合器 3 偏分波器 4 偏波回転器 5 アンテナ端子 6 ビーム方向制御部(制御部) 7 円形矩形変換導波管 11 マジックT 12 π位相差板 22 ファラデー回転形偏波回転器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のサブアンテナと、導波管を介して
    送り込まれる高周波電力を前記各サブアンテナに向けて
    分岐するハイブリット結合器を備えた給電回路部とを有
    し、前記各サブアンテナへの給電位相を各々変化させる
    ことによりアレーアンテナ全体のビーム方向を制御する
    ビーム方向制御部を装備してなるフェーズドアレーアン
    テナにおいて、 前記給電回路部が、前記ハイブリット結合器の入力側
    に、直線偏波の偏波角を回転させる偏波回転器と偏分波
    器とを装備したことを特徴とするフェーズドアレーアン
    テナ。
  2. 【請求項2】 前記偏波回転器として、π位相差板を使
    用したことを特徴とする請求項1記載のフェーズドアレ
    ーアンテナ。
  3. 【請求項3】 前記偏波回転器として、ファラデー回転
    形偏波回転器を使用したことを特徴とする請求項1記載
    のフェーズドアレーアンテナ。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5813057A (ja) * 1981-07-16 1983-01-25 Nec Corp ボタン電話装置の回線表示方式
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