【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は円周状または多角形状に素子アンテナを配置した構造であって、ビームを走査するアンテナ装置に関し、簡易な構成によりアレーアンテナを構成することが可能で、走査のための制御線を最少限に抑えることのできるアンテナ装置に係る。 【０００２】 【従来の技術】図１１は、従来のアンテナ装置の例を示す図であって、ＷＵＬＬＥＮ ＷＥＢＥＲ型アンテナ［文献：横井、鈴木、佐藤：アンテナ工学ハンドブック、７．７．２節、コロナ社（昭５５年）参照］の構成を示したものである。 ここで、数字符号３は入力端子、
６は素子アンテナ、１４は円筒型反射器、１５は遅延回路であり、１６はゴニオメータを示している。 【０００３】本アンテナは、方向探知用のアンテナ装置であり、円筒形の金属スクリーンの周囲に均一な間隔で配列した複数の垂直素子アンテナ６で構成される。 各素子アンテナ６は鋭いビーム幅を得るために必要なブロードサイドアレーを形成し、各素子アンテナ６の出力は容量形ゴニオメータ１６で入力端子３に出力される。 【０００４】ゴニオメータ１６の回転部の回転によりペンシルビームを全周に走査させることができる。 測定の精度をあげるためには大きな開口面を必要とされるが、
本アンテナは、複数素子を同時に給電することにより、
比較的小型に構成することができ、特に波長の長い周波数領域における方向探知用として実用化されている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】上述した従来のＷＵＬ
ＬＥＮ ＷＥＢＥＲ型アンテナの走査速度は、ゴニオメータ１６の回転速度に依存するため、電子制御のような任意の方向への高速な走査ができない。 【０００６】一方、アンテナ素子を電子的な方法を用いて制続制御しようとすると、アンテナ素子数に比例した制御線を必要とするので、装置が複雑になり、そのためコスト高になるという課題があった。 【０００７】本発明は上述したような従来の課題を解決するため、制御線を最少限に抑えることが可能で、動作特性の安定した低コストのアレーアンテナを実現することを目的としている。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明によれば、上述の課題は、前記「特許請求の範囲」に記載した手段により解決される。 【０００９】すなわち、請求項１の発明は、入力端子と、該入力端子に接続された励振分布制御回路と、該励振分布制御回路に接続されたビーム方向選択回路と、前記励振分布制御回路に接続された複数の素子アンテナからなるアンテナ装置において、 【００１０】前記励振分布制御回路が、Ｋ個（Ｋ＞１）
の信号制御回路から構成され、前記信号制御回路は、制御端子と、該制御端子に接続された（２ｈ＋１）個の制御信号検出回路と、該制御信号検出回路にそれぞれ接続されたスイッチ回路から構成され、 【００１１】該スイッチ回路の他端をそれぞれα１、α
２、…、αｈ、β１、β２、…、βｈ、γとするとき、
端子α１、α２、…、αｈには前記素子アンテナが接続され、端子β１、β２、…、βｈは別の信号制御回路の端子α１、α２、…、αｈにそれぞれ接続され、端子γ
は前記入力端子に接続され、 【００１２】前記ビーム方向選択回路は、Ｋ個の前記制御端子を介して前記励振分布制御回路に制御信号を送出し、前記制御信号検出回路は、前記制御信号を検出した時に前記スイッチ回路を閉じるように構成したアンテナ装置である。 【００１３】請求項２の発明は、上記請求項１のアンテナ装置において、制御端子に１個の素子アンテナを接続して構成したものである。 請求項３の発明は、上記請求項１または請求項２のアンテナ装置において、素子アンテナと励振分布制御回路との間に移相器を接続して構成したものである。 【００１４】請求項４の発明は、前記請求項１に記載のアンテナ装置において、円周上に、１５度おきに、２４
個の素子アンテナを等間隔に配置し、隣り合った３個のアンテナをほぼ同位相で同時に給電し、１２方向にビームを形成するようにして、上記円周の直径の下限を、使用する電波の自由空間波長の３．９倍以上にすると共に、その上限を、必要とするサイドローブレベルに応じて、使用する電波の自由空間波長の５．８倍以下の値に設定するように構成したものである。 【００１５】上記請求項１〜請求項３の発明は、Ｋ個の状態を持つ給電回路が高周波線路に制御信号を畳重することにより動作するＭ個の端子のうち同時にＮ個の端子が選択され、かつ選択されたＮ個の端子に所要の励振振幅及び移相が与えられる給電回路であることを特徴とする。 従来技術とは、アンテナ制御に要する制御端子の数を少なくできる点が異なる。 【００１６】また、請求項４の発明は、上記の構成を有すると共に、同一平面内にＭ個（ただし、Ｍは２以上の整数）の素子アンテナが円弧状に配置されるアンテナ装置において、Ｍ個のうちＮ個がＫ個の状態を持つ給電回路により同時に給電されＫ個の方向にビームを形成するアンテナ装置であり、 【００１７】かつ、使用する電波の自由空間波長の３．
９倍以上５．８倍以下、（サイドローブレベルが−１５
ｄＢ以下で使用する場合は、３．９０倍以上３．９６倍以下）の直径を持つ円周上に１５度おきにＭ＝２４個の素子アンテナを等間隔に配置し、隣り合ったＮ＝３個のアンテナをほぼ同位相で同時に給電し、Ｋ＝１２の方向にビームを形成することを特徴とする。 従来技術とは、
簡易な構成でセクタビームを構成できる点が異なる。 【００１８】 【発明の実施の形態】図１〜図７は本発明の実施の形態の第１の例を示す図である。 これらの図において、数字符号１はマイクロストリップアンテナ、２はアンテナ基板、３は入力端子、４はビーム方向選択回路、５は励振分布制御回路、６は素子アンテナ、７はスイッチ回路、
８は制御信号検出回路、９は放射パターン、１０は制御端子、１１は移相器、１２はグランドであり、１３は高周波チョークコイルを示している。 【００１９】図１は対角線長が使用周波数の４．３λ _O
である２４角形状にアンテナ基板２を配置したアンテナ装置の斜視図を示している。 また、図２、図３は異なる２つのビーム方向を選択した場合の給電回路のブロック図を示している。 本図を説明すると、図２では、ビーム方向選択回路４により１つのビーム方向Ｂ１を選択した場合を示したものである。 【００２０】本構成の場合には、１ビームを３素子を同時に用いて構成し、かつ、２４素子の内、１２素子は共有して用いており、全ビーム数は、１２個となる。 次に、選択された１ビームを構成するための励振分布制御回路５に入力され、素子アンテナの組み合わせ及び励振条件が選択される。 この構成により、ビーム方向選択回路４を選択するのみで複雑な制御なしに所望のビーム形成が可能となる。 図３は、ビーム方向Ｂ２を選択することが異なるのみで、他は図２の場合と同様であるので説明を省略する。 【００２１】図４、図５は２つの異なるビーム方向を選択した場合の給電回路の動作について説明する図である。 同図においては、スペースの関係で回路の一部を省略して、「…」で示してあるが、実際には、図７の点線で囲まれた単位セクタが１２個連なった構造になっている。 【００２２】図７で、ｋをセクタ番号、ｎ＝０，１，２
とすると、Ａｋｎは素子アンテナ６、ＰＳｋｎは移相器１１、Ｓｋｎはスイッチ回路７、Ｌｋｎは高周波チョークコイル１３、Ｃｋは制御端子１０を示している。 なお、励振分布制御回路５は、ＰＳｋｎ、Ｓｋｎ、Ｌｋ
２、Ｌｋ１、Ｌ０から構成されている。 αは、別の単位セクタのβに接続されており、全ての単位セクタのγは入力端子３に接続されている。 【００２３】また図６は、図４、図５内で用いたＲＦ線路に制御信号を加えて制御可能な制御信号検出回路を具備したスイッチ回路を模式的に示したものである。 図６
の回路動作を説明すると、スイッチ回路の一端であるポート１に、ＲＦ信号以外に正もしくは負のバイアス信号が相加されるとスイッチ回路が動作し、バイアス信号がなくなるとスイッチがオフとなる。 【００２４】この回路は、デバイス的には、リレー回路のみでなく、ダイオードスイッチ、トランジスタ及びＦ
ＥＴなどの半導体回路でも構成できる。 図４と図５では異なるビーム方向を実現するための動作を示しているが、ここでは一例として図４の給電回路としての動作を説明する。 ここでは、スイッチ回路７は制御信号検出回路８（図が繁雑になることを避けるため、他の図では全て制御信号検出回路は、単に黒丸印として表示している。）に正バイアス信号が加えられた場合に動作するとする。 【００２５】まず、１２個の制御端子１０（Ｃ１〜Ｃ１
２）の内１つの制御端子Ｃ１を選択し、バイアス信号を加え、同時に他の１１個の制御端子（Ｃ２〜Ｃ１２）に電圧を加えないかあるいは負電圧を加えることにより、
正電圧を加えた端子に隣接する３つのスイッチ回路（Ｓ
１０、Ｓ１１及びＳ１２）のみ制御端子側が高電位となって動作するため導通するが、他のスイッチ回路は制御信号検出端子側が０Ｖまたは負電圧となって動作しないため、線路は切り離される。 【００２６】なお、高周波線路への制御端子の接続、および高周波線路からグランドへの接続には、高周波チョークコイル１３を用いて高周波信号が流れないようにしている。 以上の構成によって、この回路は、選択接続された３素子からなるアレーアンテナとして動作させることが可能な給電回路となる。 【００２７】また、ここでは動作している３つの素子アンテナ６（Ａ１１、Ａ１２、Ａ２１）の励振振幅・位相を同じ条件で給電するように調整すると、本励振条件により選択接続された３素子を給電することにより水平面の３ｄＢ半値角が、ほぼ３０度となる指向性パターンが実現できる。 本構成により全周を１２個の指向性パターンでカバーすることが可能となる１２セクタアンテナが実現できる。 【００２８】以上のことから、複数セクタ切り換えの内、１制御端子に制御信号を加えることにより、複数素子からなるアレーアンテナを構成することができる。 そのため、個々のスイッチ回路を制御する必要がなく、所望の放射パターンを実現する給電回路を容易に構成することができる。 また給電回路の構成を簡素にすることにより回路の信頼性を向上させることができる。 【００２９】図８は本発明の実施の形態の第２の例を示す図である。 ここで、数字符号６は素子アンテナであり、１４は円筒型反射器を示している。 同図は対角線長が円周状の金属筐体の回りに２４個の素子アンテナ６を等間隔に配置した場合の構成を示したものであり、第一の実施例で示した素子アンテナに平面アンテナを用いた構成以外でも、本アンテナ装置を構成することができることを示している。 【００３０】図９は前記本発明の実施の形態の第１の例の筐体中心からアンテナ基板中央までの距離をパラメータにして放射特性の変化を示したものである。 同図は直径とサイドローブレベル及びアレー合成されるビームの３ｄＢ半値角を示したものである。 なお半値角の値はセクタ数を決める重要な値であるが、アンテナ単体としての動作という意味では設計上の制限にならなのでここでは、詳細については触れない。 【００３１】同図から上記移相器の組み合わせを用いて、サイドローブレベルが−１０ｄＢ以下で使用する場合は円筒筐体の直径を使用する電波の自由空間波長の５．８倍以下にする必要がある。 更にサイドローブレベルが−１５ｄＢ以下で使用する場合は３．９６倍以下にする必要がある。 また円筒筐体が小さい場合にはアンテナ相互の干渉が大きくなる。 【００３２】通常、マイクロストリップアンテナを用いて構成したセクタアンテナでは隣接セクタ間の距離を使用する電波の自由空間波長の０．５倍以上にした場合干渉レベルを−１５ｄＢ以下にできる。 そこでアンテナ間隔を使用する電波の自由空間波長の０．５倍以上にする円筒直径を換算すると直径は自由空間波長の３．９０倍以上にする必要がある。 【００３３】まとめると、数値限定の下限は、自由空間波長の３．９０倍以上であり、数値限定の上限は、サイドローブレベルを−１５ｄＢ以下とするならば、自由空間波長の３．９６倍以下とし、サイドローブレベルを−
１０ｄＢ以下とするならば、自由空間波長の５．８倍以下とすれば良い。 【００３４】前記実施の形態の例では、被選択素子アンテナの数が３つの場合を示したが、この数に限られる訳ではない。 励振分布制御回路を図１０のような回路構成にすれば、５素子を選択することができる。 （図１０では、簡便のためアンテナ以外の部品は省略してある。）
なお、図中の、＊印のアンテナ素子を取り去れば、４素子を選択することができる。 このように図１０の黒丸部分の枝分かれを増やすことにより、２以上の任意の整数個の素子が選択されるような回路を構成することができる。 【００３５】また、ビーム方向選択装置はＫ個ある制御端子１０（Ｃｋ）のうちの、１個を選んでバイアス信号を加えているが、互いに隣り合わない複数の制御端子を選んで、複数のビーム方向を選ぶこともできる。 【００３６】 【発明の効果】以上説明したように本発明のアンテナ装置は、Ｋ個の状態を持つ給電回路が高周波線路に制御信号を畳重することにより動作するＭ個の端子のうち同時にＮ個の端子が選択され、かつ、選択されたＮ個の端子に所要の励振振幅及び移相が与えられる給電回路を有することを特徴とする。 【００３７】従来の技術とは、アンテナ制御に要する制御端子の数を少なくできる点が異なる。 これにより、個々のアンテナを制御する制御線が必要なくなり、給電回路内の制御回路が、簡潔な構成で実現できるから、低コストであると共に、アンテナ装置の信頼性が向上する効果が得られる。 【００３８】また、請求項４の発明は、上記構成を有し、Ｍ個（ただし、Ｍは２以上の整数）の素子アンテナが、円弧状に配置されるアンテナ装置において、Ｍ個のうちＮ個がＫ個の状態を持つ給電回路により同時に給電されＫ個の方向にビームを形成するようにしたものである。 【００３９】具体的には、使用する電波の自由空間波長の３．９倍以上５．８倍以下の直径を持つ円周上に、１
５度おきにＭ＝２４個の素子アンテナを等間隔に配置し、隣り合ったＮ＝３個のアンテナを、ほぼ同位相で同時に給電し、Ｋ＝１２の方向にビームを形成することを特徴とする。 【００４０】従来のものに比して、はるかに簡潔な構成で、１２セクタビームを構成できる点が従来の技術とは異なる。 この構成では、同時に給電される３個のアンテナの内、２個は共用として用い、かつ、移相器を用いずに実現できる。 これにより、アンテナ装置の信頼性が向上し、かつ低コスト化という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施の形態の第１の例のアンテナ装置の斜視図である。 【図２】給電回路の第１の状態を示すブロック図である。 【図３】給電回路の第２の状態を示すブロック図である。 【図４】給電回路の第１の状態を説明する図である。 【図５】給電回路の第２の状態を説明する図である。 【図６】スイッチ回路を模式的に示す図である。 【図７】単位セクタを示す図である。 【図８】本発明の実施の形態の第２の例を示す図である。 【図９】本発明の実施の形態の第１の例の放射特性を示す図である。 【図１０】励振分布制御回路について説明する図である。 【図１１】従来のアンテナ装置の例を示す図である。 【符号の説明】 １ マイクロストリップアンテナ２ アンテナ基板３ 入力端子４ ビーム方向選択回路５ 励振分布制御回路６ 素子アンテナ７ スイッチ回路８ 制御信号検出回路９ 放射パターン１０ 制御端子１１ 移相器１２ グランド１３ 高周波チョークコイル１４ 円筒型反射器１５ 遅延回路１６ ゴニオメータ

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−270424（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−110327（ＪＰ，Ａ) 社団法人電子通信学会，アンテナ工学 ハンドブック，日本，オーム社，1984年 ７月10日，第１版第２刷，ｐ． 365 (58)調査した分野(Int.Cl. ⁷ ，ＤＢ名) H01Q 3/24 G01S 7/02 H01Q 3/36 H01Q 21/20