(57)【要約】【課題】  本発明は様々な種類のアンテナ素子を使用可能で、かつ許容スペースに応じたアンテナ素子配置を可能とした上で、送信帯域内に発生する高調波を抑圧する。【解決手段】  送信信号を２分配した後に、それぞれ移相量０［ｒａｄ］及び−π［ｒａｄ］の移相器、及びそれぞれ電気長Ｌ［ｍ］（Ｌは任意）及びＬ＋π・λ(ｆ)［ｍ］（ｆは送信信号の周波数、λ(ｆ)は周波数ｆの送信信号の波長）の給電線路を通過させ、２つのアンテナ素子から送信信号を空間合成させて送信する。【選択図】図１
2006222737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
広帯域の信号の送信を行うアレイアンテナ装置において、送信信号を２分配した後に、それぞれ移相量０［ｒａｄ］及び−π［ｒａｄ］の移相器、及びそれぞれ電気長Ｌ［ｍ］（Ｌは任意）及びＬ＋π・λ(ｆ)［ｍ］（ｆは送信信号の周波数、λ(ｆ)は周波数ｆの送信信号の波長）の給電線路を通過させ、２つのアンテナ素子から送信信号を空間合成させて送信することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
請求項１において、送信信号を２分配した後に、送信信号の周波数に基づいて、片方の送信信号が通過する給電線路を、複数の電気長の給電線路の中から選択して通過させることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
請求項１〜２において、送信信号を空間へ送信する２つのアンテナ素子は、円偏波のアンテナ素子あるいは直線偏波のアンテナ素子のいずれかを選択できることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
請求項１〜３において、送信信号を空間へ送信するアンテナ素子の数は、２つのアンテナ素子を１組として、これを複数配置したアレイアンテナとしたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項５】
送信信号を発生する送信信号発生器、上記送信信号発生器で発生した送信信号を増幅する増幅器、上記増幅器で増幅された送信信号を第１及び第２の経路に分配する分配器、上記分配された第１の経路の信号の位相を制御する移相量φ１の第１の移相器、上記分配された第２の経路の信号の位相を制御する移相量φ２の第２の移相器、上記第１の移相器により位相制御された第１の経路の信号を給電する電気長Ｌ［ｍ］（Ｌは任意）の第１の給電線路、上記第２の移相器により位相制御された第２の経路の信号を給電する電気長Ｌ＋π・λ(ｆ)［ｍ］（ｆは送信信号の周波数、λ(ｆ)は周波数ｆの送信信号の波長）の第２の給電線路、上記第１の給電経路の信号を空間へ送信する第１のアンテナ素子、上記第２の給電経路の信号を空間へ放射する第２のアンテナ素子を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項６】
請求項５において、移相量φ１は０［ｒａｄ］に、移相量φ２は−π［ｒａｄ］にそれぞれ制御することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項７】
請求項５において、第２の給電線路はそれぞれ電気長の異なる複数の給電線路で構成され、上記送信信号発生器から抽出した送信周波数に応じてそれに最も近い周波数を有する給電線路を選択する給電経路制御手段を設けたことを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は広帯域の電波の送信を行い、送信信号において不要な高調波の送信を抑圧するアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
広帯域の電波の送信を行い、送信信号において不要な高調波の送信を抑圧するアンテナ装置として、これまで特開平１１−３０８０４７号公報（特許文献１参照）に示すようなものが知られている。図４は、このような高調波を抑圧する従来のアンテナ装置の構成を示すものであり、アンテナ素子１９とアンテナ素子２０を互いに直交するように配置すると共にアンテナ素子１９Ａとアンテナ素子２０Ａを互いに直交するように配置し、各素子アンテナ毎に移相器１８を設け、各素子アンテナの位相設定により、種信号は水平偏波を合成し、高調波は逆位相で打ち消すようにするものである。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３０８０４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような高調波を抑圧する従来のアンテナ装置においては、送信信号の下限周波数の２倍の周波数が送信帯域の上限周波数より低い場合には、送信帯域内に発生する高調波を抑圧できないという問題があった。また、送信信号を空間へ送信するアンテナ素子は、プリント基板上にパターンが形成された直線偏波のアンテナ素子に限定され、アンテナ素子の選定に自由度が少ないという問題点があった。更に、プリント基板の中心に切れ込みを入れるなどにより、互いに直交するように配置する必要があり、アンテナ素子配置の自由度が少ないという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は以上のような問題を解決するためのものであり、広帯域の電波の送信を行うアレイアンテナ装置において、送信信号を２分配した後に、それぞれ移相量０［ｒａｄ］及び−π［ｒａｄ］の移相器、及びそれぞれ電気長Ｌ［ｍ］（Ｌは任意）及びＬ＋π・λ(ｆ)［ｍ］（ｆは送信信号の周波数、λ(ｆ)は周波数ｆの送信信号の波長）の給電線路を通過させ、２つのアンテナ素子から送信信号を空間合成させて送信するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明により、２つのアンテナ素子から送信する信号の位相を、周波数ｆの基本波では等位相に、周波数２ｆの２倍高調波では逆位相にできることにより、送信信号発生器及び増幅器から発生する送信信号において不要な２倍高調波の送信を抑圧することができる。また従来例に比べてアンテナ素子の種類及び配置に対する制約が少なく、様々な種類のアンテナ素子により、許容スペースに応じたアンテナ配置により、上記の高調波の抑圧が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
実施の形態１.
この発明の実施の形態１における構成を、図１を用いて説明する。１は送信信号を発生する送信信号発生器、２は発生した送信信号を増幅する増幅器、３は増幅された送信信号を第１及び第２の経路に分配する分配器、４は分配された第１の経路の信号の位相を制御する移相量φ１の第１の移相器、５は分配された第２の経路の信号の位相を制御する移相量φ２の第２の移相器、６は位相制御された第１の経路の信号を給電する電気長Ｌ１の第１の給電線路、７は位相制御された第２の経路の信号を給電する電気長Ｌ２の第２の給電線路、８は給電された第１の経路の信号を空間へ送信する第１のアンテナ素子、９は給電された第２の経路の信号を空間へ放射する第２のアンテナ素子である。
【０００８】
次にこの発明の実施の形態１における動作を説明する。送信信号発生器１で発生した送信信号は増幅器２で増幅され、分配器３へ給電される。分配器３で分配され第１の経路へ給電された送信信号は、第１の移相器４により移相量φ１で位相制御される。このときφ１＝０［ｒａｄ］に制御する。また、分配器３で分配され第２の経路へ給電された送信信号は、第２の移相器５により移相量φ２で位相制御される。このときφ２＝−π［ｒａｄ］に制御する。
【０００９】
第１の移相器４により位相制御された送信信号は電気長Ｌ１の第１の給電線路６へ給電される。このとき第１の給電線路６の電気長Ｌ１＝Ｌ［ｍ］である。また、第２の移相器５により位相制御された送信信号は電気長Ｌ２の第２の給電線路７へ給電される。このとき第２の給電線路７の電気長Ｌ２＝Ｌ＋π・λ(ｆ)［ｍ］である。ここでｆは送信信号の周波数、λ(ｆ)は周波数ｆの送信信号の波長である。第１の給電線路６から出力された送信信号は第１のアンテナ素子８から空間へ送信される。第２の給電線路７から出力された送信信号は第２のアンテナ素子９から空間へ送信される。
【００１０】
次に周波数ｆの送信信号を送信するときに、送信信号における２倍高調波を抑圧する原理を説明する。
分配器３の第１の経路の出力端の送信信号の位相をφＡ１とする。
分配器３の第２の経路の出力端の送信信号の位相をφＡ２とする。
第１の移相器４の出力端の信号の送信位相をφＢ１とする。
第２の移相器５の出力端の信号の送信位相をφＢ２とする。
第１の給電線路６の出力端の信号の送信位相をφＣ１とする。
第２の給電線路７の出力端の信号の送信位相をφＣ２とする。
【００１１】
先ず、基本波（周波数ｆ）において、
分配器３の出力端は経路１と経路２で送信信号の位相は同じであるため以下のように仮定する。
φＡ１＝φ１
φＡ２＝φ１
第１の移相器４の移相量は０［ｒａｄ］、第２の移相器５の移相量は−π［ｒａｄ］であるため、第１の移相器４及び第２の移相器５の出力端の送信信号の位相は以下のようになる。
φＢ１＝φ１
φＢ２＝φ１−π
【００１２】
第１の給電線路６の電気長Ｌ１はＬ［ｍ］、第２の給電線路７の電気長Ｌ２は          Ｌ＋π・λ(ｆ)［ｍ］であるため、第１の給電線路６及び第２の給電線路７の出力端の送信信号の位相は以下のようになる。
φＣ１＝φ１＋Ｌ／λ(ｆ)
φＣ２＝φ１−π＋（Ｌ＋π・λ(ｆ)）／λ(ｆ)
＝φ１＋Ｌ／λ(ｆ)
以上より基本波は第１のアンテナ素子８及び第２のアンテナ素子９に給電される送信信号の位相が等位相となるため、合成され空間へ送信される。
【００１３】
次に、２倍高調波（周波数２ｆ）において、
分配器３の出力端は経路１と経路２で送信信号の位相は同じであるため以下のように仮定する。
φＡ１＝φ２
φＡ２＝φ２
第１の移相器４の移相量は０［ｒａｄ］、第２の移相器５の移相量は−π［ｒａｄ］であるため、第１の移相器４及び第２の移相器５の出力端の送信信号の位相は以下のようになる。
φＢ１＝φ２
φＢ２＝φ２−π
【００１４】
第１の給電線路６の電気長Ｌ１はＬ［ｍ］、第２の給電線路７の電気長Ｌ２は          Ｌ＋π・λ(ｆ)［ｍ］であるため、第１の給電線路６及び第２の給電線路７の出力端の送信信号の位相は以下のようになる。
φＣ１＝φ２＋Ｌ／λ(２ｆ)
＝φ２＋２Ｌ／λ(ｆ)
φＣ２＝φ２−π＋（Ｌ＋π・λ(ｆ)）／λ(２ｆ)
＝φ２−π＋（２Ｌ＋２π・λ(ｆ)）／λ(ｆ)
＝φ２＋Ｌ／λ(ｆ)＋π
∵  λ(２ｆ)＝λ(ｆ)／２
以上より２倍高調波は第１のアンテナ素子８及び第２のアンテナ素子９に給電される送信信号の位相が逆位相となるため、送信信号は抑圧される。
【００１５】
次にアンテナ素子８、９の送信パターンの計算例を説明する。
アンテナ素子８の送信信号ＥA＝sin(2πft−πdsinθ/λ)
アンテナ素子９の送信信号ＥB＝sin(2πft＋πdsinθ/λ)
但し  θ：電波放射方向
基本波の送信パターン        Ｅ1＝ＥA＋ＥB＝2sin(2πft)cos(πdsinθ/λ)
２倍高調波の送信パターン    Ｅ2＝ＥA−ＥB＝2cos(2πft)sin(πdsinθ/λ)
上記Ｅ1、Ｅ2を表す式に下記具体的数値例を当てはめて計算した結果、図２に示すような波形が得られた。
送信周波数f：１GHZ、
送信波長λ：300mm、
アンテナ素子間隔d：150mm、
アンテナ素子ビーム幅θB：60°
図２の波形から明らかなように、送信パターンにおいて、２倍高調波Ｅ2を基本波Ｅ1より６［ｄＢ］から２０［ｄＢ］以上抑圧することが可能であることが分る。
【００１６】
以上のように、この発明の実施の形態１によれば、２つのアンテナ素子から送信する信号の位相を、周波数fの基本波では等位相に、周波数2fの２倍周波数では逆位相にできることにより、広い送信帯域内に発生する不要な２倍高調波を有効に抑圧することができる。
また、送信信号を空間へ送信する２つのアンテナ素子は、例えば、スパイラルアンテナ等の円偏波のアンテナ素子及びプリント基板上にパターンを実装したアンテナ等の直線偏波のアンテナ素子のいずれの種類のアンテナであっても、送信信号発生器及び増幅器から発生する送信信号において不要な２倍高調波の送信を抑圧することができるので、アンテナ素子の種類に関する制約はなく、許容スペースに応じたアンテナ素子の配置が可能になるものである。
【００１７】
実施の形態２.
この発明の実施の形態２における構成を図３を用いて説明する。図３において、１〜６及び８〜９は前述した実施の形態１と同一部分を示している。７−１〜７−Ｎは第２−１〜第２−Ｎの給電線路、１０は第１のスイッチ、１１は第２のスイッチ、１２は第３のスイッチ、１３は第４のスイッチ、１４は給電経路制御器である。
【００１８】
次にこの発明の実施の形態２における動作を説明する。実施の形態１と同様に、送信信号発生器１で発生した送信信号は増幅器２で増幅され、分配器３へ給電される。分配器３で分配され第１の経路へ給電された送信信号は、第１の移相器４により移相量φ１で位相制御される。このときφ１＝０［ｒａｄ］に制御する。また、分配器３で分配され第２の経路へ給電された送信信号は、第２の移相器５により移相量φ２で位相制御される。このときφ２＝−π［ｒａｄ］に制御する。
【００１９】
第１の移相器４により位相制御された送信信号は、第１のスイッチ１０を通過して電気長Ｌ１の第１の給電線路６へ給電され、第３のスイッチ１２を通過して、第１のアンテナ素子８から空間へ送信される。このとき第１の給電線路６の電気長Ｌ１＝Ｌ［ｍ］である。一方、第２の移相器５により位相制御された送信信号は、第２のスイッチ１１により第２−１〜第２−Ｎの給電線路７−１〜７−Ｎのうち１つを選択して給電され、第４のスイッチ１３を通過して、第２のアンテナ素子９から空間へ送信される。このとき、第１のスイッチ１０と第２のスイッチ１１は同じ透過位相特性である。また第３のスイッチ１２と第４のスイッチ１３は同じ透過位相特性である。また第２−１〜第２−Ｎの給電線路７−１〜７−Ｎの電気長Ｌ２１〜Ｌ２Ｎは以下の通りである。
【００２０】
Ｌ２１＝Ｌ＋π・λ(ｆ１)［ｍ］
Ｌ２２＝Ｌ＋π・λ(ｆ２)［ｍ］
・
・
・
Ｌ２Ｎ＝Ｌ＋π・λ(ｆＮ)［ｍ］
ここでｆ１〜ｆＮは送信信号の周波数、λ(ｆ１)〜λ(ｆＮ)は周波数ｆ１〜ｆＮの送信信号の波長である。
【００２１】
実施の形態１では単一の送信周波数ｆの場合に２倍高調波の送信を抑圧する構成を示したが、この実施の形態２では、給電経路制御器１４が送信信号発生器１から送信周波数信号を入力し、ｆ１〜ｆＮの中から送信周波数に最も近い周波数を選択して、給電経路選択信号により第２のスイッチ１１及び第４のスイッチ１３を制御する。
例えば送信周波数ｆがｆ２に最も近い場合は、第２のスイッチ１１及び第４のスイッチ１３を制御して第２−２の給電経路７−２を選択する。
以上のように、この実施の形態２によれば、実施の形態１の作用に加え、送信周波数に基づいて片方の送信信号が通過する給電線路の電気長を選択制御することにより、送信信号の周波数を変化させた場合でも、それに最も近い周波数を選択して不要な２倍高調波の送信を抑圧することができるので、汎用性が向上する効果を有する。
【００２２】
なお、この発明は上記実施の形態で説明したように、送信信号を空間へ送信するアンテナ素子の数は２つに限らず、２つのアンテナ素子を１組として、これを複数（任意数）配置したアレイアンテナにおいても、周波数ｆの基本波では等位相に、周波数２ｆの２倍高調波では逆位相にできることにより、送信信号発生器及び増幅器から発生する、送信信号において不要な２倍高調波の送信を抑圧することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１における送信パターンの計算例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態２におけるアンテナ装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の従来例におけるアンテナ装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１    送信信号発生器
２    増幅器
３    分配器
４    第１の移相器
５    第２の移相器
６    第１の給電線路
７    第２の給電線路
７−１〜７−Ｎ    第２−１〜第２−Ｎの給電線路
８    第１のアンテナ素子
９    第２のアンテナ素子
１０  第１のスイッチ
１１  第２のスイッチ
１２  第３のスイッチ
１３  第４のスイッチ
１４  給電経路制御器
１５  送信信号発生器
１６  増幅器
１７  分配器
１８  移相器
１９  アンテナ素子
２０  アンテナ素子
１９Ａ  アンテナ素子
２０Ａ  アンテナ素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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