(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周上に等間隔に配列された第１、第２、第３、及び第４のアンテナ素子と、
第１、第２、第３、及び第４の端子を有する第１の１８０度ハイブリッドと、
第５、第６、第７、及び第８の端子を有する第２の１８０度ハイブリッドと、
第９、第１０、第１１、及び第１２の端子を有する第３の１８０度ハイブリッドと
を備え、
前記第１の１８０度ハイブリッドの前記第３の端子と前記第２の１８０度ハイブリッドの前記第５の端子を接続し、
前記第１の１８０度ハイブリッドの前記第４の端子と前記第３の１８０度ハイブリッドの前記第９の端子を接続し、
前記第２の１８０度ハイブリッドの前記第７の端子と前記第１のアンテナ素子を接続し、
前記第２の１８０度ハイブリッドの前記第８の端子と前記第２のアンテナ素子を接続し、
前記第３の１８０度ハイブリッドの前記第１１の端子と前記第３のアンテナ素子を接続し、
前記第３の１８０度ハイブリッドの前記第１２の端子と前記第４のアンテナ素子を接続し、
前記第２の１８０度ハイブリッドの前記第６の端子と第１の無反射終端を接続し、
前記第３の１８０度ハイブリッドの前記第１０の端子と第２の無反射終端を接続し、
前記第１の１８０度ハイブリッドの前記第１の端子から前記第４の端子、前記第２の端子から前記第３の端子、前記第２の１８０度ハイブリッドの前記第５の端子から前記第８の端子、前記第６の端子から前記第７の端子、前記第３の１８０度ハイブリッドの前記第９の端子から前記第１２の端子、前記第１０の端子から前記第１１の端子への通過位相を０度とし、
前記第１の１８０度ハイブリッドの前記第１の端子から前記第３の端子、前記第２の端子から前記第４の端子、前記第２の１８０度ハイブリッドの前記第５の端子から前記第７の端子、前記第６の端子から前記第８の端子、前記第３の１８０度ハイブリッドの前記第９の端子から前記第１１の端子、前記第１０の端子から前記第１２の端子への通過位相を１８０度とし、
前記第１のアンテナ素子と前記第４のアンテナ素子、かつ、前記第２のアンテナ素子と前記第３のアンテナ素子が円の直径の両端にそれぞれ位置し、
円の直径は、１波長の奇数倍である
アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、円周上に配列されたアレーアンテナにおいて、複数のビームを合成する給電回路を有するアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のアンテナ装置について図面を参照しながら説明する。図９は、例えば特開昭６１−１６９００２号公報に示された従来のアンテナ装置の構成を示す図である。
【０００３】
図９において、２は給電回路全体、Ｅ０、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、及びＥ４はアンテナ素子、Ｈ２は１８０度ハイブリッド、Ｄｍは無反射終端、Ａｃは振幅調整器、Ｐｃは位相補償回路、Ｈ１は９０度ハイブリッド、Ｐｂは４分配器、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、及びＦ４は給電端子である。
【０００４】
つぎに、従来のアンテナ装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【０００５】
ハイブリッドＨ１、Ｈ２、位相補償回路Ｐｃ、及び振幅調整器Ａｃによって、給電端子Ｆ１を給電すると、５個のアンテナ素子Ｅ０、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４に、励振振幅位相がそれぞれｊａ、ｅｘｐ（ｊｐ（ω））、−ｅｘｐ（ｊｐ（ω））、ｊ（１−ａ／２）Ａ（ω）、ｊ（１−ａ／２）Ａ（ω）が給電される。
【０００６】
同様に、給電端子Ｆ２を給電すると、５個のアンテナ素子Ｅ０、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４に、励振振幅位相がそれぞれ、ｊａ、ｊ（１−ａ／２）Ａ（ω）、ｊ（１−ａ／２）Ａ（ω）、ｅｘｐ（ｊｐ（ω））、−ｅｘｐ（ｊｐ（ω））が給電される。
【０００７】
同様に、給電端子Ｆ３を給電すると、５個のアンテナ素子Ｅ０、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４に、励振振幅位相がそれぞれ、ｊａ、−ｅｘｐ（ｊｐ（ω））、ｅｘｐ（ｊｐ（ω））、ｊ（１−ａ／２）Ａ（ω）、ｊ（１−ａ／２）Ａ（ω）が給電される。
【０００８】
同様に、給電端子Ｆ４を給電すると、５個のアンテナ素子Ｅ０、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４に、励振振幅位相がそれぞれ、ｊａ、ｊ（１−ａ／２）Ａ（ω）、ｊ（１−ａ／２）Ａ（ω）、−ｅｘｐ（ｊｐ（ω））、ｅｘｐ（ｊｐ（ω））が給電される。
【０００９】
これによって、給電端子Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４の給電点を切り替えることにより、４種類のビームが切り替わり、信号の送受信が行える。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のアンテナ装置においては、円周上に配列された４個のアンテナ素子Ｅ１〜Ｅ４と、中心にある１素子のアンテナ素子Ｅ０を励振して、４種類のビームを形成するために、１２個の９０度ハイブリッド回路Ｈ１、４個の１８０度ハイブリッド回路Ｈ２、４個の振幅調整器Ａｃ、４個の位相補償回路Ｐｃ、４分配回路Ｐｂを多段に接続せねばならなかった。
【００１１】
例えば、円の中心の１素子を除いてアレー構成が円周上の４素子のみになった場合でも、４分配回路Ｐｂが除けるのみである。したがって、ハードウェアが複雑になると共に、接続による損失も大きくなり、信号対雑音比（以下、ＳＮ比）が劣化するという問題点があった。
【００１２】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、直径が半波長の奇数倍の円周上に配列された４個のアンテナ素子を単位とするアレーアンテナにおいて、簡単な給電回路構成で複数種類のビームを形成することができるアンテナ装置を得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るアンテナ装置は、円周上に等間隔に配列された第１、第２、第３、及び第４のアンテナ素子と、第１、第２、第３、及び第４の端子を有する第１の１８０度ハイブリッドと、第５、第６、第７、及び第８の端子を有する第２の１８０度ハイブリッドと、第９、第１０、第１１、及び第１２の端子を有する第３の１８０度ハイブリッドとを備え、前記第１の１８０度ハイブリッドの前記第３の端子と前記第２の１８０度ハイブリッドの前記第５の端子を接続し、前記第１の１８０度ハイブリッドの前記第４の端子と前記第３の１８０度ハイブリッドの前記第９の端子を接続し、前記第２の１８０度ハイブリッドの前記第７の端子と前記第１のアンテナ素子を接続し、前記第２の１８０度ハイブリッドの前記第８の端子と前記第２のアンテナ素子を接続し、前記第３の１８０度ハイブリッドの前記第１１の端子と前記第３のアンテナ素子を接続し、前記第３の１８０度ハイブリッドの前記第１２の端子と前記第４のアンテナ素子を接続し、前記第２の１８０度ハイブリッドの前記第６の端子と第１の無反射終端を接続し、前記第３の１８０度ハイブリッドの前記第１０の端子と第２の無反射終端を接続し、前記第１の１８０度ハイブリッドの前記第１の端子から前記第４の端子、前記第２の端子から前記第３の端子、前記第２の１８０度ハイブリッドの前記第５の端子から前記第８の端子、前記第６の端子から前記第７の端子、前記第３の１８０度ハイブリッドの前記第９の端子から前記第１２の端子、前記第１０の端子から前記第１１の端子への通過位相を０度とし、前記第１の１８０度ハイブリッドの前記第１の端子から前記第３の端子、前記第２の端子から前記第４の端子、前記第２の１８０度ハイブリッドの前記第５の端子から前記第７の端子、前記第６の端子から前記第８の端子、前記第３の１８０度ハイブリッドの前記第９の端子から前記第１１の端子、前記第１０の端子から前記第１２の端子への通過位相を１８０度とし、前記第１のアンテナ素子と前記第４のアンテナ素子、かつ、前記第２のアンテナ素子と前記第３のアンテナ素子が円の直径の両端にそれぞれ位置し、円の直径は、１波長の奇数倍である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施例１．
この発明の実施例１に係るアンテナ装置について図面を参照しながら説明する。簡単のために、４素子の単位で実施例を説明する。図１は、この発明の実施例１に係るアンテナ装置の構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００１５】
図１において、＃１、＃２、＃３、及び＃４はアンテナ素子であり、＃１と＃４、また＃２と＃３が円の直径の両端に位置するものとする。このとき、円の直径は、半波長の奇数倍とする。
【００１６】
また、同図において、Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤは９０度ハイブリッドである。各９０度ハイブリッドの端子をＡ１、Ａ２、Ａ３、及びＡ４と、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、及びＢ４と、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、及びＣ４と、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、及びＤ４とする。
【００１７】
Ａ１、及びＡ２、Ｂ１、及びＢ２、Ｃ１、及びＣ２、並びにＤ１、及びＤ２を入力端子、Ａ３、及びＡ４、Ｂ３、及びＢ４、Ｃ３、及びＣ４、並びにＤ３、及びＤ４を出力端子としたときに、入力端子Ａ１から出力端子Ａ４、入力端子Ａ２から出力端子Ａ３、入力端子Ｂ１から出力端子Ｂ４、入力端子Ｂ２から出力端子Ｂ３、入力端子Ｃ１から出力端子Ｃ４、入力端子Ｃ２から出力端子Ｃ３、入力端子Ｄ１から出力端子Ｄ４、入力端子Ｄ２から出力端子Ｄ３への通過位相を０°（度）、入力端子Ａ１から出力端子Ａ３、入力端子Ａ２から出力端子Ａ４、入力端子Ｂ１から出力端子Ｂ３、入力端子Ｂ２から出力端子Ｂ４、入力端子Ｃ１から出力端子Ｃ３、入力端子Ｃ２から出力端子Ｃ４、入力端子Ｄ１から出力端子Ｄ３、入力端子Ｄ２から出力端子Ｄ４への通過位相を９０°（度）とする。
【００１８】
このとき、出力端子Ａ３と入力端子Ｃ１、出力端子Ａ４と入力端子Ｄ１、出力端子Ｂ３と入力端子Ｃ２、出力端子Ｂ４と入力端子Ｄ２を接続し、出力端子Ｃ３、Ｃ４、Ｄ３、及びＤ４をアンテナ＃１、＃２、＃３、及び＃４に接続して給電している。
【００１９】
つぎに、この実施例１に係るアンテナ装置の動作について図面を参照しながら説明する。図２は、この実施例１に係るアンテナ装置の放射パターンを示す図である。
【００２０】
給電端子（入力端子）Ａ１を励振すると、アンテナ素子＃１に１８０°、アンテナ素子＃２に９０°、アンテナ素子＃３に９０°、アンテナ素子＃４に０°の位相が励振される。このとき、図２に示すように、アンテナ素子＃１の方向に主ビームを持つ放射パターンが形成される。
【００２１】
給電端子（入力端子）Ａ２を励振すると、アンテナ素子＃１に９０°、アンテナ素子＃２に０°、アンテナ素子＃３に１８０°、アンテナ素子＃４に９０°の位相が励振される。このとき、図２に示すように、アンテナ素子＃３の方向に主ビームを持つ放射パターンが形成される。
【００２２】
給電端子（入力端子）Ｂ１を励振すると、アンテナ素子＃１に９０°、アンテナ素子＃２に１８０°、アンテナ素子＃３に０°、アンテナ素子＃４に９０°の位相が励振される。このとき、図２に示すように、アンテナ素子＃２の方向に主ビームを持つ放射パターンが形成される。
【００２３】
給電端子（入力端子）Ｂ２を励振すると、アンテナ素子＃１に０°、アンテナ素子＃２に９０°、アンテナ素子＃３に９０°、アンテナ素子＃４に１８０°の位相が励振される。このとき、図２に示すように、アンテナ素子＃４の方向に主ビームを持つ放射パターンが形成される。
【００２４】
以上のように、この実施例１に係るアンテナ装置では、４個の９０度ハイブリッドのみからなる給電回路で、４個の主ビームが切り替わることが可能になり、ハードウェアの複雑さ、および給電回路の損失が大幅に改善される。以上は、４素子の場合を説明したが、この４素子を単位としＮ組を円周上に配列された４Ｎ個のアレーアンテナを励振する場合、この実施例１を多段に接続すれば同様の原理で４Ｎ個のビームが形成される。
【００２５】
すなわち、この実施例１に係るアンテナ装置は、円周上に等間隔に配列された４個のアンテナ素子＃１〜＃４と、４端子を有する４個の９０度ハイブリッドＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとを備え、並列に並べた２個の９０度ハイブリッドを２段に接続し、前段の９０度ハイブリッドＡ、Ｂの出力端子Ａ４、Ｂ３と後段の９０度ハイブリッドＤ、Ｃの入力端子Ｄ１、Ｃ２を交差して接続し、後段の２個の９０度ハイブリッドＣ、Ｄの４個の出力端子Ｃ３、Ｃ４、Ｄ３、Ｄ４と前記４個のアンテナ素子を接続し、各９０度ハイブリッド内の交差する端子間への通過位相を０度とし、各９０度ハイブリッド内の平行する端子間への通過位相を９０度とする。その結果、給電回路の構成を簡単にすることができ、かつ複数種類のビームを形成することができる。
【００２６】
実施例２．
この発明の実施例２に係るアンテナ装置について図面を参照しながら説明する。簡単のために、４素子の単位で実施例２を説明する。図３は、この発明の実施例２に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
【００２７】
図３において、＃１、＃２、＃３、＃４はアンテナ素子であり、＃１と＃４、また＃２と＃３が円の直径の両端に位置するものとする。このとき、円の直径は、１波長の奇数倍とする。
【００２８】
また、同図において、Ｄｍは無反射終端である。また、Ａｈ、Ｃｈ、Ｄｈは１８０度ハイブリッドである。各１８０度ハイブリッドの端子を、Ａ１、Ａ２、Ａ３、及びＡ４と、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、及びＣ４と、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、及びＤ４とする。
【００２９】
Ａ１、Ａ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１、Ｄ２を入力端子、Ａ３、Ａ４、Ｃ３、Ｃ４、Ｄ３、Ｄ４を出力端子としたときに、入力端子Ａ１から出力端子Ａ４、入力端子Ａ２から出力端子Ａ３、入力端子Ｃ１から出力端子Ｃ４、入力端子Ｃ２から出力端子Ｃ３、入力端子Ｄ１から出力端子Ｄ４、入力端子Ｄ２から出力端子Ｄ３への通過位相を０°（度）、入力端子Ａ１から出力端子Ａ３、入力端子Ａ２から出力端子Ａ４、入力端子Ｃ１から出力端子Ｃ３、入力端子Ｃ２から出力端子Ｃ４、入力端子Ｄ１から出力端子Ｄ３、入力端子Ｄ２から出力端子Ｄ４への通過位相を１８０°（度）とする。このとき、出力端子Ａ３と入力端子Ｃ１、出力端子Ａ４と入力端子Ｄ１を接続し、入力端子Ｃ２、Ｄ２に無反射終端Ｄｍを接続している。
【００３０】
つぎに、この実施例２に係るアンテナ装置の動作について図面を参照しながら説明する。図４は、この実施例２に係るアンテナ装置の放射パターンを示す図である。
【００３１】
給電端子（入力端子）Ａ１を励振すると、アンテナ素子＃１に３６０°、アンテナ素子＃２に１８０°、アンテナ素子＃３に１８０°、アンテナ素子＃４に０°の位相が励振される。このとき、図４に示すように、アンテナ素子＃１及び＃４の方向に主ビームを持つ放射パターンが形成される。
【００３２】
給電端子（入力端子）Ａ２を励振すると、アンテナ素子＃１に１８０°、アンテナ素子＃２に０°、アンテナ素子＃３に３６０°、アンテナ素子＃４に１８０°の位相が励振される。このとき、図４に示すように、アンテナ素子＃２及び＃３の方向に主ビームを持つ放射パターンが形成される。
【００３３】
以上では、４素子の場合を説明したが、この４素子を単位としＮ組を円周上に配列された４Ｎ個のアレーアンテナを励振する場合、この実施例２を多段に接続すれば同様の原理で２Ｎ個のビームが形成される。
【００３４】
以上のように、この実施例２に係るアンテナ装置では、３個の１８０度ハイブリッドのみからなる給電回路で２個の主ビームが切り替わることが可能になり、ハードウェアの複雑さ、および給電回路の損失が大幅に改善される。
【００３５】
実施例３．
この発明の実施例３に係るアンテナ装置について図面を参照しながら説明する。簡単のために、４素子の単位で実施例３を説明する。図５は、この発明の実施例３に係るアンテナ装置の構成を示す図である。なお、この図５は、受信系の構成を示し、送信系のＤＡ変換器（ディジタル／アナログ変換器）等を省略している。
【００３６】
図５において、ＡｄはＡＤ変換器（アナログ／ディジタル変換器）、Ｓ１は信号処理装置である。このとき、９０度ハイブリッドＡ、Ｂの入力端子Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２に、ＡＤ変換器を接続してビームの受信信号（アナログ信号）をベースバンド信号（ディジタル）に変換する。
【００３７】
信号処理装置Ｓ１の動作としては、各端子で受信した信号の振幅に比例し、かつ位相は各端子の信号の位相の符号を反転させた複素励振振幅を掛けて合成する。これによって、例えば、図６に示すように、上記実施例１で示したビームとビームの間に信号が到来した場合でもその間の指向性を上げて最大比利得合成が実現できる。
【００３８】
すなわち、この実施例３に係るアンテナ装置は、上記実施例１のアンテナ装置において、受信の場合には入力端子Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２にＡＤ変換器を設け、送信の場合には入力端子Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２にＤＡ変換器を設けて、ビームをさらに、信号処理装置Ｓ１のベースバンド信号処理で、振幅は各端子で受信した信号の振幅に比例し、かつ位相は各端子の信号の位相の符号を反転させた複素励振振幅を掛けて合成したものである。
【００３９】
実施例４．
この発明の実施例４に係るアンテナ装置について図面を参照しながら説明する。簡単のために、４素子の単位で実施例４を説明する。図７は、この発明の実施例４に係るアンテナ装置の構成を示す図である。なお、この図７は、受信系の構成を示し、送信系のＤＡ変換器（ディジタル／アナログ変換器）等を省略している。
【００４０】
図７において、ＡｄはＡＤ変換器（アナログ／ディジタル変換器）、Ｓ２は信号処理装置である。このとき、９０度ハイブリッドＡ、Ｂの入力端子Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２に、ＡＤ変換器を接続してビームの受信信号（アナログ信号）をベースバンド信号（ディジタル信号）に変換する。
【００４１】
信号処理装置Ｓ２の動作としては、所望信号の到来方向に主ビームを向け、干渉信号の到来方向に指向性の零点を形成する。この処理によって、図８に示すように、干渉信号が到来する電波環境下でもその影響を除去して品質の高い通信が可能になる。
【００４２】
すなわち、この実施例４に係るアンテナ装置は、上記実施例１のアンテナ装置において、受信の場合には入力端子Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２にＡＤ変換器を設け、送信の場合には入力端子Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２にＤＡ変換器を設けて、ビームをさらに、信号処理装置Ｓ２のベースバンド信号処理で、所望信号の到来方向に主ビームを向けて干渉信号の到来方向に指向性の零点を形成するものである。
【００４３】
【発明の効果】
この発明に係るアンテナ装置は、以上説明したとおり、給電回路の構成を簡単にすることができ、かつ複数種類のビームを形成することができるという効果を奏する。
また、ビームとビームの間に信号が到来した場合でもその間の指向性を上げて最大比利得合成が実現できるという効果を奏する。
さらに、干渉信号が到来する電波環境下でもその影響を除去して品質の高い通信をすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施例１に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
【図２】  この発明の実施例１に係るアンテナ装置の放射パターンを示す図である。
【図３】  この発明の実施例２に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
【図４】  この発明の実施例２に係るアンテナ装置の放射パターンを示す図である。
【図５】  この発明の実施例３に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
【図６】  この発明の実施例３に係るアンテナ装置の放射パターンを示す図である。
【図７】  この発明の実施例４に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
【図８】  この発明の実施例４に係るアンテナ装置の放射パターンを示す図である。
【図９】  従来のアンテナ装置の構成を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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