(57)【要約】【課題】間引き給電したフェーズドアレーアンテナにおいて、給電位相θが与えられたときに、それを実現するために必要な隣接素子間の給電位相差を決める。【解決手段】隣接給電素子間に給電位相差（θ１−θ３）を与えることによって、当該アレーアンテナ全体としてのビーム指向角度θを得ることができる、フェーズドアレーアンテナにおいて、フェーズドアレーアンテナを構成する給電素子数と前記無給電素子数の合計が、２０以上の場合に、ビーム指向角度θの近似値を得るための、隣接給電素子間の給電位相差（θ１−θ３）を、（φ１−φ３）＝（２π・２ｄ）・ｓｉｎθ／λ    （１）（ここで、ｄは、アンテナ素子間の距離、λは波長である）として求める、無給電素子を含むフェーズドアレイアンテナにおける、隣接給電素子間の給電位相差（θ１−θ３）の導出方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の放射素子と、反射板を備え、当該複数の放射素子が当該反射板の反射面と略平行な同一平面上に配置され、前記複数の放射素子は、給電端に給電線が接続された給電素子と、当該給電端を短絡又は開放させた無給電素子を含み、当該給電素子を挟む位置に当該無給電素子が配置されるアレーアンテナにおいて、隣接給電素子間に給電位相差（θ１−θ３）を与えることによって、当該アレーアンテナ全体としてのビーム指向角度θを得ることができる、フェーズドアレーアンテナにおいて、
前記給電素子数と前記無給電素子数の合計が、１０以上の場合に、ビーム指向角度θの近似値を得るための、隣接給電素子間の給電位相差（φ１−φ３）を、
（φ１−φ３）＝（２π・２ｄ）・ｓｉｎθ／λ    （１）
（ここで、ｄは、アンテナ素子間の距離、λは波長である）
として求める、
無給電素子を含むフェーズドアレイアンテナにおける、隣接給電素子間の給電位相差（φ１−φ３）の導出方法。
【請求項２】
複数の放射素子と、反射板を備え、当該複数の放射素子が当該反射板の反射面と略平行な同一平面上に配置され、前記複数の放射素子は、給電端に給電線が接続された給電素子と、当該給電端を短絡又は開放させた無給電素子を含み、当該給電素子を挟む位置に当該無給電素子が配置されるアレーアンテナにおいて、隣接給電素子間に給電位相差（θ１−θ３）を与えることによって、当該アレーアンテナ全体としてのビーム指向角度θを得ることができる、フェーズドアレーアンテナにおいて、
ビーム指向角度θの近似値を得るための、隣接給電素子間の給電位相差（φ１−φ３）を、
（φ１−φ３）＝（２π・２ｄ）・ｓｉｎθ／λ  ＋α  （２）
（ここで、ｄは、アンテナ素子間の距離、λは波長である）
として求める、
無給電素子を含むフェーズドアレイアンテナにおける、隣接給電素子間の給電位相差（φ１−φ３）の導出方法であって、
前記給電素子数と前記無給電素子数に応じて、αを、
【数１】
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における、理論曲線と前記給電素子数と前記無給電素子数を用いた場合の位相差に応じて決定する方法。
【請求項３】
請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナが、
平面反射板と、
前記平面反射板上に、所定の高ｈを保って配置した、６個の給電半波長ダイポールアンテナ、及び、
前記平面反射板上に、所定の高さを保って配置した、４個の無給電半波長ダイポールアンテナ
を備えるアンテナであって、
前記アレーアンテナを前記反射板に鉛直方向から見たときに、個々の給電及び無給電ダイポールアンテナの長手方向が、互いに平行に、等間隔でＸ軸方向に並び、
前記鉛直方向に直交し、かつ前記Ｘ軸に直交する、Ｙ軸方向に、等間隔で順番に、２本の無給電ダイポール、２本の給電ダイポール、２本の無給電ダイポール、２本の給電ダイポール、２本の無給電ダイポールが配置される、
フェーズドアレーアンテナである、
請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施例は、フェーズドアレーアンテナにおいて、素子の一部のみ給電して（間引き給電）、その給電位相を簡便に決定して、ビームを所望の方向に指向させるアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１等には、いわゆるフェーズドアレイアンテナの原理が開示されている。この原理を簡単に説明すれば、次のようになる。
【０００３】
図１において、Ｆｌ、Ｆ２、Ｆ３は給電素子であり、互いの結合は無視している。
。この場合、ビームを角度θだけ振るためには、Ｆｌ点とＦ２点で次式の位相差△φθが必要である。
（数１）
λ・△φθ／（２π・ｄ）＝ｓｉｎθ    (１−１)
つまり、
（数２）
△φθ＝（２π・ｄ）・ｓｉｎθ／λ    (１−２)
としてビームをθだけ振るための、△φθが求められる。
（なお、ｄは、アンテナ素子間の距離、λは波長、である）
【０００４】
なお、△φθは、位相器φ１とφ２の差として実現することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３１０９２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えば、特開２００６−１９７３７０号公報には、アレーアンテナにおいて、給電素子と、無給電素子を混在させる方法が開示されているが、このような従来技術の、間引き給電したフェーズドアレーアンテナにおいて、給電位相θが与えられたときに、それを実現するために必要な隣接素子間の給電位相差を決める方法は確立されていなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明は、上記課題を解決するために、例えば、以下のような発明を開示する。
フェーズドアンテナにおいて、素子の一部のみ給電して（間引き給電）、その給電位相を簡便に決定して、ビームを所望の方向に指向させるアンテナ装置。
以下、説明を加える。
【０００８】
給電素子Ｆ１とＦ３と寄生素子Ｐがある場合、ビームをθだけ振るため、ＦｌとＦ３の給電電波に次式の位相差φ１−φ３を与える。
【０００９】
次に図２を参照する。
Ｐは給電されていない寄生素子であり、図１のＦ２と置換している。寄生素子Ｐがある場合、ＰはＦ１とＦ３からの放射波を受けて、表面に電流を誘起する。この電流は電波を再放射し、アンテナ系全体の利得に寄与する。
【００１０】
この時ビームをθだけ振るため、Ｆ１とＦ３の給電電波に位相差φ１−φ３を与える。この量は、Ｐが無いとして式（２）で求めた値と、殆ど同じで良いことが理論的に求められる。
（数３）
λ・（φ１−φ３）／（２π・２ｄ）  ＝ｓｉｎθ      (２−１)
つまり、
（数４）
（φ１−φ３）＝（２π・２ｄ）・ｓｉｎθ／λ          (２−２)
としてビームをθだけ振るための、（φ１−φ３）が求められる。
（なお、ｄは、アンテナ素子間の距離、λは波長、である）
【００１１】
より実際の特性を反映するために、この理論値に調整量（電磁界解析により求める〉を加えても良い。
【発明の効果】
【００１２】
ビーム走査アレーアンテナにおいて、間引き給電により給電回路を大幅に簡略化した上で、その各給電素子への給電界の振幅・位相の決定を能率的に行うことができる。
【００１３】
また、放射素子に無給電素子を含めることによって、給電アンテナ素子数を低減でき、それにより、給電素子に付随するアンプや移相器(一般的に高価である)の個数も低減できる。さらに、送受信機から各アンテナ素子に至る伝送線も削減でき、その結果、伝送路設計が簡単になり、整合もとり易くなる。
【００１４】
そして、以上の効果により、アレーアンテナを軽く、小さくすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図３は、半波長ダイポ−ル４個(４Ｆ)とその周囲に無給電ダイポール（半波長の金属棒）を６個(６Ｐ)並べた、合計素子数が１０個の、間引き給電アレ−アンテナを示す。
【００１６】
図３(ａ)はその斜視図、図３(ｂ)は、上面図である。
本発明の実施例において、この素子の高さ、間隔を最適にすれば、１０個のダイポ−ルに全て給電した場合と同じ利得が得られる。
【００１７】
図３の構成において、給電ダイポ−ルの位相差△φを９０°とした時の放射パタ−ンの測定結果を図４に示す。
【００１８】
この時、主ビ−ム方向△θは７度ずれることを示している。
位相差△φを順次変えた時、主ビ−ム方向△θをシュミレ−ションにより求めると、図５が得られる。
【００１９】
式（２−２）で得られる理論値（１点鎖線）と比べると、全体的にピ−ム走査角は小さい。この差は、各素子が結合しているため、結合を無視している式（２−２）との間で発生しているものである。後述するような、素子数が多い(ほぼ２０素子以上)場合とは対照的に、素子数が少ない場合には、同じビーム走査角θを得るために、位相差△φの計算値に、この差（補正値）を加える必要がある。この差の値は、シミュレーションにより求めることになる。
【００２０】
素子数を増やした時、△φ対△θを求めると図６が得られる。素子数が増加するに応じて、△θは理論値に近づく。言い換えれば補正値が小さくなることが分る。
【００２１】
さらに図６には、１０素子に全て給電したフェ−ズドアレ−アンテナについて、シュミレ−ション特性が併記してある。これを見ると、４素子の間引き給電よりはビ−ムがふれており、△φ＝９０°以下ではほとんど理論値と同じである、しかし△φが大きくなると振れ角△θは理論値よりも約２°小さい値となってしまう。これは素子数が少ないためアレ−の端効果が現れているのと、素子間の相互結合が悪く効いているためである。
それに対し間引き給電の８給電素子、１０無給電素子の場合、この１０素子全数給電よりも△θが大きくなる。給電素子が２つ少ないにも拘らず、ビーム走査角が大きくなることは、間引き型ビーム走査アンテナの利点である。
【００２２】
以上から明らかなように、ビ−ム走査アレ−アンテナにおいて、間引き給電により給電回路を大幅に簡略した上で、その各給電素子への給電電界の振幅・位相の決定を能率的に行うことができる。
【実施例１】
【００２３】
図７に、本発明の１実施例の斜視図、及び、その部分断面図を示す。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、放射ビ−ムを走査するアンテナを使う分野、例えば通信やレ−ダ、マイクロ波電力伝送、リモ−トセンシング等に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来のビ−ム走査アンテナ
【図２】原理
【図３】ビ−ム走査のシミュレ−ションモデル
【図４】位相差９０度の時の放射パタ−ン
【図５】位相差Δφ．対．主ビ−ム方向Δθ
【図６】素子数によるビ−ム走査特性の変化
【図７】実施形態
【符号の説明】
【００２６】
Ｆ  給電素子
Ｐ  寄生素子(無給電素子)
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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