(57)【要約】【課題】給電線路を複雑にせずに各アレイアンテナに独立して高周波信号を給電することができるアンテナを提供する。【解決手段】所望の偏波を送受信する複数のアンテナ素子を配列した複数のアレイアンテナを含むアンテナであって、複数のアレイアンテナにそれぞれ接続する複数の給電線と、複数の給電線のうち互いに隣接する給電線間を結合する複数の結合線と、複数の結合線にそれぞれ設けられた複数の開放線と、を備え、隣接する給電線間を接続する結合線及び該結合線に設けられた開放線によって、該隣接する給電線への高周波信号の伝播が抑制されるアンテナ。【選択図】図１
2020005176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の偏波を送受信する複数のアンテナ素子を配列した複数のアレイアンテナを含むアンテナであって、
前記複数のアレイアンテナにそれぞれ接続する複数の給電線と、
前記複数の給電線のうち互いに隣接する前記給電線間を結合する複数の結合線と、
前記複数の結合線にそれぞれ設けられた複数の開放線と、を備え、
隣接する前記給電線間を接続する前記結合線及び該結合線に設けられた前記開放線によって、該隣接する給電線への高周波信号の伝播が抑制されるアンテナ。
【請求項２】
前記複数の給電線にそれぞれ設けられ、前記アンテナに給電される前記高周波信号の位相を変化させる複数の移相器と、
前記複数の給電線のうちいずれか１つの給電線に所定の直流電圧を給電する直流電圧源と、
をさらに備え、
前記直流電圧源により前記１つの給電線に給電された前記所定の直流電圧が、前記結合線を介して前記１つの給電線以外の給電線に給電され、前記複数の移相器を同電位とすることにより、前記アンテナ素子に給電される前記高周波信号の位相を変化させて前記複数のアンテナ素子のビームの指向性を制御する、
請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記移相器は、ダイオードを含む、
請求項２に記載のアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナに関し、特に複数のアレイアンテナを備えるアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
アンテナとして、例えば、放射素子を複数備えたアレイアンテナがある（特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１に記載のアレイアンテナは、鉛直方向に配列され所望の偏波を送受信する複数の放射素子と、多段の分岐部を含み、給電点から前記各放射素子までに形成されたツリー状の給電線路と、を備えている。
【０００４】
また、前記分岐部は、前記給電線路を上下に２つに分岐するように構成され、前記放射素子側から数えてｎ段目の前記分岐部を第ｎ分岐部としたとき、第ｍ分岐部にて下方に分岐する分岐給電線路に設けられ、予め設定した基準波長に対して半波長遅延させる半波長遅延回路と、ｎがｍより大きい第ｎ分岐路にて下方に分岐する分岐給電線路に設けられ、前記基準波長に対して２(ｎ−ｍ−１)波長遅延させるＮ波長遅延回路と、を備え、前記半波長遅延回路を介して給電される前記放射素子の給電方向を逆方向とした構成を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１５２５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら特許文献１に記載のアレイアンテナを複数同一平面上に配置するアンテナ（以下、「平面アンテナ」ともいう。）を構成するとき、隣接するアレイアンテナ間の相互干渉のためノイズが大きくなる虞があった。
【０００７】
そこで、本発明は、給電線路を複雑にせずに各アレイアンテナに独立して高周波信号を給電することができる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】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決することを目的として、下記の［１］〜［３］のアンテナを提供する。
［１］所望の偏波を送受信する複数のアンテナ素子を配列した複数のアレイアンテナを含むアンテナであって、前記複数のアレイアンテナにそれぞれ接続する複数の給電線と、前記複数の給電線のうち互いに隣接する前記給電線間を結合する複数の結合線と、前記複数の結合線にそれぞれ設けられた複数の開放線と、を備え、隣接する前記給電線間を接続する前記結合線及び該結合線に設けられた前記開放線によって、該隣接する給電線への高周波信号の伝播が抑制されるアンテナ。
［２］前記複数の給電線にそれぞれ設けられ、前記アンテナに給電される前記高周波信号の位相を変化させる複数の移相器と、前記複数の給電線のうちいずれか１つの給電線に所定の直流電圧を給電する直流電圧源と、をさらに備え、前記直流電圧源により前記１つの給電線に給電された前記所定の直流電圧が、前記結合線を介して前記１つの給電線以外の給電線に給電され、前記複数の移相器を同電位とすることにより、前記アンテナ素子に給電される前記高周波信号の位相を変化させて前記複数のアンテナ素子のビームの指向性を制御する、前記［１］に記載のアンテナ。
［３］前記移相器は、ダイオードを含む、前記［２］に記載のアンテナ。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、給電線路を複雑にせずに各アレイアンテナに独立して高周波信号を給電することができるアンテナを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るアンテナユニットの構成の一例を示す模式図である。
【図２】図２は、図１の給電線路の一部を抜き出して模式的に説明する図である。
【図３】図３は、移相器の一例を示す図である。
【図４】図４は、比較例１に係るアンテナユニットの構成の一例を示す図である。
【図５】図５は、比較例２に係るアンテナユニットの構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［実施の形態］
本発明の実施の形態について、図１から図３を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。
【００１２】
（アンテナユニット）
図１は、本発明の実施の形態に係るアンテナユニットの構成の一例を示す模式図である。アンテナユニット１は、略同一平面上に配列された複数のアンテナ素子１００を含む平面アンテナ１１と、アンテナ素子１００に高周波信号を給電する給電ユニット１２と、アンテナ素子１００に給電される高周波信号の位相を制御する移相器３と、移相器３（図３参照）に所定の直流電圧（以下、「直流バイアス」ともいう。）を印加する直流発生装置１３と、アンテナ素子１００と給電ユニット１２及び直流発生装置１３とを電気的に接続する給電線路１４とを備える。なお、平面アンテナ１１は、アンテナの一例である。直流発生装置１３は、直流電圧源の一例である。
【００１３】
平面アンテナ１１は、複数のアンテナ素子１００が一方向に配列された複数のアレイアンテナ１１０を該一方向と直交する他方向に配列して構成されている。アンテナ素子１００は、それぞれ所望の偏波を送信する放射素子又は受信する受信素子として機能する。また、アレイアンテナ１１０は、各アンテナ素子１００に給電される高周波信号の位相を移相器３により制御することによって指向性（すなわち、ビーム）を制御できるようになっている。
【００１４】
給電ユニット１２は、高周波信号を発生する複数の高周波信号発生装置１２０を含んで構成されている。各高周波信号発生装置１２０は、アレイアンテナ１１０ごとに電気的に接続され、各アレイアンテナ１１０に給電点１４０を介して高周波信号を給電する。給電される高周波信号の波長は、アレイアンテナ１１０間で異なってもよく、略同一としてもよい。
【００１５】
図２は、給電線路１４の一部を抜き出して模式的に説明する図である。なお、図２では、説明の便宜上、後述する直流遮断素子１４２の記載を省略する。また、以下では、図１で説明したアンテナユニット１の各構成要素において実質的に同一の機能を有する複数の構成要素についてそれぞれを区別して特定する必要があるときは、図示の左から順に名称の前に「第１の」、「第２の」、「第３の」及び「第４の」を付すとともに、付番の後に「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」及び「Ｄ」の記号を付すものとする。また、複数の構成要素を総称するときは、「Ａ」〜「Ｄ」の記号は付さずに単にその名称を記載するものとする。
【００１６】
図１及び図２に示すように、給電線路１４は、アレイアンテナ１１０ごとに設けられ、アンテナ素子１００に高周波信号及び直流バイアスを給電する複数の給電線１４１と、給電線１４１上に設けられた複数の直流遮断素子１４２と、隣接する給電線１４１同士を電気的に結合する複数の結合線１４５と、各結合線１４５に設けられた複数の開放線１４３とを備える。結合線１４５についての詳細は後述する。また、給電線路１４には、高周波信号や直流バイアスを給電する複数の給電点１４０が形成されている。給電線路１４は、配線パターンが板状の誘電体１０１に形成されたプリント基板であることが好ましい。
【００１７】
給電線１４１、開放線１４３及び結合線１４５は、例えば、銅箔により形成される。なお、直流遮断素子１４２には、例えば、キャパシタ（容量素子）が含まれる。この直流遮断素子１４２は、直流発生装置１３から印加される直流バイアスが高周波信号発生装置１２０に印加されることを防ぐとともに、当該直流バイアスが移相器３に印加されるようにするためのものである。
【００１８】
なお、図１では、４つのアンテナ素子１００から構成される４つのアレイアンテナ１１０を備える平面アンテナ１１の例を示しているが、１つのアレイアンテナ１１０に含まれるアンテナ素子１００の数及び１つの平面アンテナ１１に含まれるアレイアンテナ１１０の数は、これらに制限されるものではない。また、給電ユニット１２に含まれる高周波信号発生装置１２０の数は、アレイアンテナ１１０の数と等しいことが好ましい。
【００１９】
（結合線１４５）
次に、結合線１４５の詳細について説明する。図２に示すように、第１の結合線１４５Ａは、第１の給電線１４１Ａと第２の給電線１４１Ｂとを結合する。また、第２の結合線１４５Ｂは、第２の給電線１４１Ｂと第３の給電線１４１Ｃとを結合する。第３の結合線１４５Ｃは、第３の給電線１４１Ｃと第４の給電線１４１Ｄとを結合する。第４の結合線１４５Ｄは、第４の給電線１４１Ｄと直流バイアスの給電点（以下、「給電点１４０Ｅ」ともいう。）とを結合する。
【００２０】
なお、便宜上、第１の結合線１４５Ａ〜第４の結合線１４５Ｄに分けて説明したが、第１の結合線１４５Ａ〜第４の結合線１４５Ｄは一体化された１本の線でもよい。また、直流バイアスの給電点１４０Ｅは、第４の結合線１４５Ｄの右端部に設けたが、複数のアレイアンテナ１１０のいずれか１つに直流バイアスが給電される限り、給電点１４０Ｅの位置は限定されるものではない。
【００２１】
このように、結合線１４５が隣接する給電線１４１同士を結合することにより、すなわち給電線１４１同士が電気的に接続することにより、給電点１４０Ｅに給電される直流バイアスを平面アンテナ１１を構成する全てのアレイアンテナ１１０、すなわち全てのアンテナ素子１００に一律に給電することができる。換言すれば、隣接する給電線１４１同士を結合する結合線１４５を備えることにより、平面アンテナ１１を構成する全てのアンテナ素子１００を同電位に制御することができる。
【００２２】
また、各結合線１４５は、高周波信号発生装置１２０から給電される高周波信号の波長（λ）の１／２の奇数倍の長さ（図２の「Ｌ１」参照。Ｌ１＝λ／２、３λ／２、５λ／２・・・）を有する。また、各結合線１４５の中央部に、開放線１４３が電気的に接続されている。換言すれば、開放線１４３とこの開放線１４３の図示左側に隣接する給電線１４１との距離（図２の「Ｌ２」参照。）、及び開放線１４３とこの開放線１４３の図示右側に隣接する給電線１４１との距離（図２の「Ｌ３」参照。）は、互いに等しく、かつ、結合線１４５の長さＬ１の１／２の奇数倍、すなわち、高周波信号の波長（λ）の１／４の奇数倍（Ｌ２＝Ｌ３＝λ／４、３λ／４、５λ／４・・・）である。
【００２３】
開放線１４３は、高周波信号発生装置１２０から給電される高周波信号の波長（λ）の１／４の奇数倍の長さ（図２の「Ｌ４」参照。Ｌ４＝λ／４、３λ／４、５λ／４・・・）を有する。交流遮断素子１５０（図２の破線枠参照）は、Ｌ２とＬ４の和（Ｌ３とＬ４の和）が高周波信号の波長（λ）の１／２の奇数倍の長さ（λ／２、３λ／２、５λ／２・・・）となることで、交流を遮断する素子として機能する。すなわち、交流遮断素子１５０は、各高周波信号の給電点１４０Ａ〜１４０Ｄから給電される高周波信号が隣接する給電線１４１に伝播しないように機能する。
【００２４】
なお、Ｌ２及びＬ４、並びにＬ３及びＬ４の長さは、互いに等しくてもよく、互いに異なっていてもよい。例えば、Ｌ１の長さを高周波信号の波長（λ）の１／２とし、Ｌ２〜Ｌ４の長さを高周波信号の波長（λ）の１／４としてもよい。
【００２５】
具体的には、第１の交流遮断素子１５０Ａは、第１の給電点１４０Ａに給電される高周波信号が第２の給電線１４１Ｂに伝播しないようにするとともに、第２の給電点１４０Ｂに給電される高周波信号が第１の給電線１４１Ａに伝播しないように機能する。具体的な説明は省略するが、第２の交流遮断素子１５０Ｂ、第３の交流遮断素子１５０Ｃ及び第４の交流遮断素子１５０Ｄもそれぞれ第１の交流遮断素子１５０Ａと同様に機能する。
【００２６】
以上のようにすることにより、隣接する給電線１４１間（アレイアンテナ１１０間）における高周波信号の相互干渉を抑制することができるとともに相互間の電気的な結合を低減することができる。すなわち、各アレイアンテナ１１０に互いに独立して高周波信号を給電することができる。
【００２７】
（移相器３）
次に、移相器３の概略について図３を参照して説明する。図３は、移相器３の一例を示す図である。図３に示すように、移相器３は、伝送経路３０とダイオード３１とを含む、π型の形状を有する回路である。
【００２８】
移相器３のダイオード３１には、直流発生装置１３から順方向又は逆方向のバイアスが印加される。順方向のバイアスが印加される（以下、「第１の状態」ともいう。）と、一部の電流（図３中の白矢印参照）は給電線１４１上の点「Ｐ」から点「Ｑ」に向かって流れ、残りの電流（図３中の黒矢印参照）は、ダイオード３１を介してグランドに流れる。点「Ｑ」には、給電線１４１上の点「Ｐ」から点「Ｑ」に向かって流れる電流のみが流れ込み、点「Ｑ」において電流の位相は変化しない。
【００２９】
逆方向のバイアスが印加される（以下、「第２の状態」ともいう。）と、一部の電流（図３中の白矢印参照）は、給電線１４１上の点「Ｐ」から点「Ｑ」に向かって流れ、残りの電流（図３中の黒矢印参照）は点「Ｐ」から点「Ｒ」を迂回して点「Ｑ」に向かって流れる。これらの電流は、合流地点で合成され、点「Ｑ」において電流の位相が変化する。
【００３０】
また、移相器３は、第１の状態と第２の状態とを切り替えることで高周波信号の位相を変化させる。移相器３は、位相を変化させたいアンテナ素子１００に設けられる。一例として、移相器３をアンテナ素子１００ごとに設けてもよい。具体的には、移相器３は、各アンテナ素子１００に電気的に接続する給電線１４１の所定の位置に設けられている。そして、移相器３は、各アンテナ素子１００に給電される高周波信号の位相を制御してアレイアンテナ１１０の指向性を制御する。
【００３１】
このとき、給電線路１４に上述した結合線１４５を設け、第１の給電線１４１Ａ〜第４の給電線１４１Ｄを電気的に接続することで、複数のアレイアンテナ１１０のいずれか１つの給電線１４１に直流発生装置１３を電気的に接続して直流バイアスを供給すれば、移相器３に同量の直流バイアスを一律に印加して移相器３間で同電位とすることができ、各アレイアンテナ１１０に給電される高周波信号の位相を同量に変化させることができる。これにより全アンテナ素子１００のビームの方向を一律に制御することができる。
【００３２】
以上述べた実施の形態によれば、各給電線１４１の間に、開放線１４３及び結合線１４５により構成される交流遮断素子１５０を設けて、複数の給電点１４０のうちの１つの給電点１４０に直流発生装置１３を電気的に接続する。
【００３３】
（比較例）
これに対して、各アレイアンテナ１１０に同量の直流バイアスを給電する方法としては、上記の実施の形態の他に以下の方法も考えられる。以下、図４及び図５を参照して、比較例について説明する。図４は、比較例１に係るアンテナユニットの構成の一例を示す図である。図５は、比較例２に係るアンテナユニットの構成の一例を示す図である。
【００３４】
例えば、各給電線１４１のそれぞれに直流発生装置１３を電気的に接続する方法が考えられる。具体的には、図４に示すような、平面アンテナ１１内で各給電線１４１に直流発生装置１３を電気的に接続する方法（以下、「比較例１」ともいう。）や、図５に示すような、給電ユニット１２内で各給電線１４１に直流発生装置１３を電気的に接続する方法（以下、「比較例２」ともいう。）が考えられる。
【００３５】
比較例１では、図４に示すように、給電線１４１と直流発生装置１３とを電気的に接続するために一部の給電線路１４が複数の給電線１４１に跨るため、渡線（ジャンパー線）等が必要となり回路が複雑化する虞がある。また、比較例２では、図５に示すような、給電ユニット１２内の回路が複雑化する虞や、直流電圧源の追加によってアンテナユニット１が大型化する虞がある。これに対して、上述した本発明に係る実施の形態によれば、比較例１及び比較例２で引き起こされる回路の複雑化やアンテナユニット１の大型化を招かずに目的を達成することができる。
【００３６】
［実施の形態の作用及び効果］
以上説明した本発明の実施の形態によれば、給電線路１４を複雑にせずに各アレイアンテナ１１０に独立して高周波信号を給電することができるアンテナを提供することができる。また、給電線路１４を複雑にせずに各アレイアンテナ１１０に一律に直流バイアスを給電することができる。
【００３７】
また、給電線路１４の複雑化に伴うアンテナユニット１のサイズの増加や、故障率の増加を抑制することができる。また、複数のアレイアンテナ１１０と直流電圧源を電気的に接続するために使用するコネクタや渡線（ジャンパー線）の数が増えることに伴う製造コストの増加を抑制することができる。
【００３８】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【符号の説明】
【００３９】
１：アンテナユニット、１１：平面アンテナ、１００：アンテナ素子、１１０：アレイアンテナ、１２：給電ユニット、１２０：高周波信号発生装置、１３：直流発生装置（直流電圧源）、１４：給電線路、１４０：給電点、１４１：給電線、１４２：直流遮断素子、１４３：開放線、１４５：結合線、３：移相器、３０：伝送回路、３１：ダイオード、１５０：交流遮断素子
【図１】
2020005176.tif 000003
【図２】
2020005176.tif 000004
【図３】
2020005176.tif 000005
【図４】
2020005176.tif 000006
【図５】
2020005176.tif 000007