JP4188975B2 - Phased array antenna for mobile satellite communications - Google Patents
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Description
この発明は、車両、軌道車、航空機などの移動体に搭載され、静止衛星からの電波を受信する移動体衛星通信用フェーズドアレイアンテナに関するものである。 The present invention relates to a phased array antenna for mobile satellite communication that is mounted on a mobile body such as a vehicle, a railcar, and an aircraft and that receives radio waves from a geostationary satellite.
移動体衛星通信システムでは、静止衛星から送信される電波は、直線偏波とされる。この移動体衛星通信システムに使用される移動体衛星通信用フェーズドアレイアンテナは、移動体の移動に伴ない、静止衛星を追尾するように、合成ビームの方向を走査するが、衛星からの送信電波が直線偏波であるので、合成ビームの走査方向が天頂からずれるに従い、合成ビームの偏波面の傾きが変化して、静止衛星からの電波の直線偏波の方位と、移動体衛星通信用フェーズドアレイアンテナの合成ビームの偏波面の傾きとが合致しなくなり、受信レベルが低下する。 In the mobile satellite communication system, radio waves transmitted from geostationary satellites are linearly polarized waves. The phased array antenna for mobile satellite communication used in this mobile satellite communication system scans the direction of the combined beam so as to track a geostationary satellite as the mobile body moves. Since the polarization direction of the combined beam deviates from the zenith, the tilt of the polarization plane of the combined beam changes, and the linear polarization direction of the radio wave from the geostationary satellite and the phase shift for mobile satellite communication The tilt of the polarization plane of the combined beam of the array antenna does not match, and the reception level decreases.
先行技術、特開2002−141849号公報には、移動体衛星通信装置のアクティブフェーズドアレイアンテナに偏波面制御部を接続し、この偏波面制御部により、合成ビームの走査角の変化に対応して、合成ビームの偏波面の傾きを制御し、静止衛星からの電波の直線偏波の方位に合致させるものが提案されている。 In the prior art, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-141849, a polarization plane control unit is connected to an active phased array antenna of a mobile satellite communication device, and this polarization plane control unit responds to changes in the scanning angle of the combined beam. The one that controls the tilt of the polarization plane of the combined beam to match the direction of linear polarization of radio waves from geostationary satellites has been proposed.
しかし、先行技術のように偏波面制御部を設けるものでは、移動体衛星通信用フェーズドアレイアンテナを含むアンテナシステムの規模が大きくなり、またこのアンテナシステムが高価となる。 However, in the case where the polarization plane control unit is provided as in the prior art, the scale of the antenna system including the phased array antenna for mobile satellite communication becomes large, and this antenna system becomes expensive.
この発明は、偏波面制御部を設けることなく、簡単な構造で、受信レベルの低下を改善できる改良された移動体衛星通信用フェ―ズドアレイアンテナを提案するものである。 The present invention proposes an improved phased array antenna for mobile satellite communication which can improve the reduction of the reception level with a simple structure without providing a polarization plane control section.
この発明の第1の観点による移動体衛星通信用フェーズドアレイアンテナは、移動体に搭載され静止衛星からの電波を受信する移動体衛星通信用フェーズドアレイアンテナであって、誘電体基板と、前記誘電体基板の主面がXY平面に位置するようにX軸、Y軸、Z軸の3軸座標を想定したときに、前記誘電体基板の主面上に、前記X軸に沿って並ぶように配置された複数のアンテナ素子パッチと、前記誘電体基板の主面上に配置され、前記各アンテナ素子パッチに接続された給電線路と、この給電線路に配置され、前記各アンテナ素子パッチのそれぞれに接続された複数の移相器とを備え、前記複数の移相器は、前記3軸座標のXZ平面において、第1の走査角と第2の走査角との間で、前記各アンテナ素子パッチの合成ビームを走査するように構成され、また、前記合成ビームの走査角の変化に対する交差偏波成分が、前記第1の走査角と第2の走査角との間で最小値となって、この最小値の両側で増加し、しかも前記第1、第2の走査角において、要求される規格レベル以下となるU字状特性を持つように、前記各アンテナ素子パッチは、それぞれの中心点と給電点とを結ぶパッチ中心線が、前記X軸に対して所定の傾斜角をなして配置されたことを特徴とする。 A phased array antenna for mobile satellite communication according to a first aspect of the present invention is a phased array antenna for mobile satellite communication that is mounted on a mobile body and receives radio waves from a geostationary satellite, and includes a dielectric substrate and the dielectric substrate. When assuming three-axis coordinates of the X axis, the Y axis, and the Z axis so that the main surface of the body substrate is located on the XY plane, the main surface of the dielectric substrate is aligned along the X axis on the main surface of the dielectric substrate A plurality of antenna element patches arranged, a feed line arranged on the main surface of the dielectric substrate, connected to each antenna element patch, and arranged on the feed line, each of the antenna element patches A plurality of phase shifters connected to each other, the plurality of phase shifters between the first scanning angle and the second scanning angle in the XZ plane of the three-axis coordinates. Scan the combined beam Further, the cross polarization component with respect to the change in the scan angle of the combined beam has a minimum value between the first scan angle and the second scan angle, and increases on both sides of the minimum value. In addition, each antenna element patch has a patch center connecting the center point and the feed point so that the antenna element patch has a U-shaped characteristic that is less than or equal to a required standard level at the first and second scanning angles. The line is arranged with a predetermined inclination angle with respect to the X-axis.
また、この発明の第2の観点による移動体衛星通信用フェーズドアレイアンテナは、移動体に搭載され静止衛星からの電波を受信する移動体衛星通信用フェーズドアレイアンテナであって、誘電体基板と、前記誘電体基板の主面がXY平面に位置するようにX軸、Y軸、Z軸の3軸座標を想定したときに、前記誘電体基板の主面上に、前記X軸に沿って並ぶように配置された複数のアンテナ素子パッチと、前記誘電体基板の主面に配置された給電線路と、この給電線路に配置された複数の移相器とを備え、前記給電線路は、前記各移相器とアンテナ素子パッチとの間に2分岐線路を有し、この2分岐線路は同じアンテナ素子パッチの異なる場所に2つの給電点を持ち、アンテナ素子パッチの中心点と前記各給電点とを結ぶ2つの直線が互いに直交するように構成され、前記複数の移相器は、前記3軸座標のXZ平面において、第1の走査角と第2の走査角との間で、前記各アンテナ素子パッチの合成ビームを走査するように構成され、また、前記合成ビームの走査角の変化に対する交差偏波成分が、前記第1の走査角と第2の走査角との間で最小値となって、この最小値の両側で増加し、しかも前記第1、第2の走査角において、要求される規定レベル以下となるU字状特性を持つように、前記2分岐線路の分配比と、2分岐した線路の長さが与えられることを特徴とする。 A phased array antenna for mobile satellite communication according to a second aspect of the present invention is a phased array antenna for mobile satellite communication that is mounted on a mobile body and receives radio waves from a stationary satellite, and includes a dielectric substrate, When the three-axis coordinates of the X axis, the Y axis, and the Z axis are assumed so that the principal surface of the dielectric substrate is located on the XY plane, the dielectric substrate is arranged along the X axis on the principal surface of the dielectric substrate. A plurality of antenna element patches, a feed line arranged on the main surface of the dielectric substrate, and a plurality of phase shifters arranged on the feed line, the feed lines, A two-branch line is provided between the phase shifter and the antenna element patch, and the two-branch line has two feeding points at different locations on the same antenna element patch. The center point of the antenna element patch and each of the feeding points Two straight lines connecting The plurality of phase shifters scan the combined beam of each antenna element patch between the first scanning angle and the second scanning angle in the XZ plane of the three-axis coordinates. In addition, the cross polarization component with respect to the change in the scan angle of the combined beam has a minimum value between the first scan angle and the second scan angle, and both sides of the minimum value. In addition, the distribution ratio of the two-branch lines and the length of the two-branched lines are such that the U-shaped characteristic is less than the required specified level at the first and second scanning angles. It is characterized by being given.
この発明の第1の観点による移動体衛星通信用フェーズドアレイアンテナでは、複数の移相器は、3軸座標のXZ平面において、第1の走査角と第2の走査角との間で、各アンテナ素子パッチの合成ビームを走査するように構成され、また、合成ビームの走査角の変化に対する交差偏波成分が、第1の走査角と第2の走査角との間で最小値となって、この最小値の両側で増加し、しかも前記第1、第2の走査角において、要求される規格レベル以下となるU字状特性を持つように、各アンテナ素子パッチは、それぞれの中心点と給電点とを結ぶパッチ中心線が、X軸に対して所定の傾斜角をなして配置されるので、偏波面制御部を設けることなく、簡単な構造で、受信レベルの低下を改善することができる。 In the phased array antenna for mobile satellite communication according to the first aspect of the present invention, the plurality of phase shifters are arranged between the first scanning angle and the second scanning angle in the XZ plane of the three-axis coordinates. It is configured to scan the combined beam of the antenna element patch, and the cross polarization component with respect to the change in the scanning angle of the combined beam becomes the minimum value between the first scanning angle and the second scanning angle. Each antenna element patch has its center point so that it has a U-shaped characteristic that increases on both sides of this minimum value and is below the required standard level at the first and second scanning angles. Since the patch center line connecting to the feeding point is arranged at a predetermined inclination angle with respect to the X axis, it is possible to improve the reduction in reception level with a simple structure without providing a polarization plane control unit. it can.
また、この発明の第2の観点による移動体衛星通信用フェーズドアレイアンテナでは、合成ビームの走査角の変化に対する交差偏波成分が、前記第1、第2の走査角において、要求される規定レベル以下となるU字状特性を持つように、2分岐線路の分配比を与えることにより交差偏波の発生を低減できる上、2分岐線路の2分岐した線路の長さを与えることにより円偏波の交差偏波の発生を抑制することができ、平面回路のみによる簡単な構成で受信レベルの低下を改善し、偏波が直交する干渉信号が存在する環境においても、高い信号対干渉波比を得ることができる。 In the phased array antenna for mobile satellite communication according to the second aspect of the present invention, the cross polarization component with respect to the change in the scanning angle of the combined beam has a prescribed level required at the first and second scanning angles. The generation of cross-polarization can be reduced by giving the distribution ratio of the two-branch line so that it has the following U-shaped characteristics, and circular polarization can be achieved by giving the length of the two-branch line of the two-branch line The cross-polarization of the signal can be suppressed, the reception level is reduced with a simple configuration using only a planar circuit, and a high signal-to-interference ratio can be achieved even in the presence of interference signals with orthogonal polarization. Obtainable.
以下この発明のいくつかの実施の形態について、図面を参照して説明する。 Several embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1は、この発明による移動体衛星通信用フェーズドアレイアンテナの実施の形態1を示す図であり、図1(a)はその斜視図、図1(b)はそのアンテナ素子パッチの平面図である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram showing Embodiment 1 of a phased array antenna for mobile satellite communication according to the present invention, FIG. 1 (a) is a perspective view thereof, and FIG. 1 (b) is a plan view of the antenna element patch. is there.
実施の形態1の移動体衛星通信用フェーズドアレイアンテナ10は、自動車などの車両、電車などの軌道車、飛行機、ヘリコプターなどの航空機を含む移動体に搭載され、図示しない静止衛星からの電波を受信する。静止衛星からの電波はKuバンドの周波数であり、12GHz帯の周波数である。この静止衛星からの電波は直線偏波とされる。実施の形態1のフェーズドアレイアンテナ10は、一次元のフェーズドアレイアンテナであり、複数のアンテナ素子パッチが、共通の軸に沿って一次元に配置される。
The
実施の形態1の移動体衛星通信用フェーズドアレイアンテナ10は、誘電体基板1と、アンテナ素子パッチ群2と、給電線路3と、受信出力端子4と、移相器群5を含んでいる。
A
誘電体基板1は、例えばテフロン(登録商標)などの絶縁樹脂基板であり、主面1aを有する。この主面1aは上主面であり、この主面1aと対向する下主面は、その全面が図示しない地導体より被覆される。この地導体は、アース電位に接続される。
The dielectric substrate 1 is an insulating resin substrate such as Teflon (registered trademark), and has a
アンテナ素子パッチ群2と、給電線路3と、受信出力端子4と、移相器群5は、すべて誘電体基板1の主面1a上に配置される。アンテナ素子パッチ群2は、n個のアンテナ素子パッチ2a、2b、・・・、2nを含み、これらの各アンテナ素子パッチ2a、2b、・・・、2nは、誘電体基板1の主面1a上の導体層をパターニングして形成される。図1では、n=4とし、4個のアンテナ素子パッチ2a、2b、・・・、2nが図示されるが、実際には、より多数のアンテナ素子パッチが配置される。
The antenna
各アンテナ素子パッチ2a、2b、・・・、2nはすべて、互いに同じ大きさと形状を有し、実施の形態1では、例えば互いに同じ縦寸法と、互いに同じ横寸法を有する矩形状、具体的には長方形状に形成される。各アンテナ素子パッチ2a、2b、・・・、2nは、それぞれ、中心点Cと、給電点Fを有する。中心点Cは、各アンテナ素子パッチ2a、2b、・・・、2nのそれぞれについて、一対の対角線の交点である。給電点Fは、各アンテナ素子パッチ2a、2b、・・・、2nについて、それぞれの一辺の中間点である。
The
誘電体基板1について、互いに直交するX軸、Y軸、Z軸の3軸座標7を想定する。この3軸座標7は、図1(a)の左側に示される。この3軸座標7は、そのX軸とY軸で画定されるXY平面上に、誘電体基板1の主面1aが位置するように想定される。各アンテナ素子パッチ2a、2b、・・・2nは、3軸座標7のX軸上に、それぞれの中心点Cが位置するようにして、X軸に沿って互いに等しい間隔で、並べて配置される。給電点Fも、各アンテナ素子パッチ2a、2b、・・・、2nについて、同じ側に位置するように形成される。
For the dielectric substrate 1, a three-
中心点Cと給電点Fとを結ぶ直線をパッチ中心線PCと呼ぶことにする。このパッチ中心線PCのX軸に対するパッチ傾斜角φは、それぞれのアンテナ素子パッチ2a、2b、・・・、2nについて互いに等しい。実施の形態1では、このパッチ傾斜角φが、所定の傾斜角φ1とされる。言い換えれば、実施の形態1では、各アンテナ素子パッチ2a、2b、・・・、2nは、それぞれのパッチ中心線PCが、X軸に対して、所定の傾斜角φ1だけ傾斜して配置される。
A straight line connecting the center point C and the feeding point F will be referred to as a patch center line PC. The patch inclination angle φ with respect to the X axis of the patch center line PC is the same for each of the
給電線路3は、誘電体基板1の主面1a上に形成される。この給電線路3も、アンテナ素子パッチ群2とともに、誘電体基板1の主面1a上の導電層をパターニングして形成される。この給電線路3は、各アンテナ素子パッチ2a、2b、・・・、2nのそれぞれの給電点Fと、受信出力端子4とを接続する線路であり、分岐線路3aと共通線路3bを含む。分岐線路3aは、共通線路3bから、各アンテナ素子パッチ2a、2b、・・・、2nのそれぞれの給電点Fに向けて分岐している。給電線路3は、複数の屈曲部分3cを含み、この給電線路3の屈曲部分3cでは、不要放射が発生する。
移相器群5は、アンテナ素子パッチ2a、2b、・・・、2nと同数の複数のn個の移相器5a、5b、・・・、5nを含む。これらの各移相器5a、5b、・・・、5nは、各アンテナ素子パッチ2a、2b、・・・、2nに対応する分岐線路3a上に配置される。これらの各移相器5a、5b、・・・、5nは、それぞれその移相量を調整することにより、各アンテナ素子パッチ2a、2b、・・・、2nのビームを走査し、アンテナ素子パッチ群2の合成ビームを走査する。
The
実施の形態1では、移動体の移動に伴なって、アンテナ素子パッチ群2の合成ビームが、静止衛星を追尾するように走査される。実施の形態1では、この合成ビームは、XZ平面内で走査され、このXZ平面内において、移動体の移動に対応して、第1の走査角θ1と第2の走査角θ2との間で走査されるように構成される。
In the first embodiment, as the moving body moves, the combined beam of the antenna
さて、移動体衛星通信用フェーズドアレイアンテナ10におけるアンテナ素子パッチ群2合成ビームの偏波面の傾きと、静止衛星からの電波の直線偏波の方位傾きについて、図2を参照して説明する。図2(a)は、想定した3軸座標7において、実施の形態1の移動体衛星通信用フェーズドアレイアンテナ10におけるアンテナ素子パッチ群2の合成ビームの偏波面の傾きの変化を示し、図2(b)は、同じ3軸座標7について、静止衛星からの電波の直線偏波の方位を示す。静止衛星は天頂の方位にあり、Z軸は天頂を向いている。静止衛星からの電波の直線偏波の方位は、図2(b)に矢印Aで示され、XZ平面に対して角度φ0だけ傾いている。なお、図2(b)では、X軸、Y軸、Z軸の3軸座標が天頂から見て図示されており、Z軸は紙面に垂直である。この静止衛星からの電波の直線偏波の方位傾き角φ0は、具体的には7度である。移動体衛星通信用フェーズドアレイアンテナ10は、アンテナ素子パッチ群2の合成ビームが、Z軸方向に走査されたときに、その合成ビームの偏波面の傾きが、図2(a)に示す矢印A1のように、図2(b)の矢印Aで示す静止衛星からの電波の直線偏波の方位と一致しているものとする。
Now, the inclination of the polarization plane of the antenna
移動体衛星通信用フェーズドアレイアンテナ10は、移動体の移動に伴ない、静止衛星を追尾し、そのアンテナ素子パッチ群2の合成ビームが、XZ平面内で、第1の走査角θ1と第2の走査角θ2との間で走査される。この合成ビームの走査角は、Z軸からX軸に向かって増大するものとし、第1、第2の走査角θ1、θ2は、θ1<θ2の関係にある。具体的には、第1の走査角θ1は25度、第2の走査角θ2は60度に設定される。アンテナ素子パッチ群2の合成ビームが第1の走査角θ1に走査されたときには、矢印A2に示すように、その合成ビームの偏波面は、矢印A1よりもXZ平面とのなす角度が小さくなる方向に傾き、またその合成ビームが第2の走査角θ2に走査されたときには、矢印A3に示すように、その合成ビームの偏波面は、矢印A2よりも、さらにXZ平面とのなす角度が小さくなる方向に傾く。
The phased
実施の形態1の移動体衛星通信用フェーズドアレイアンテナ10は、アンテナ素子パッチ群2の合成ビームの走査角の変化に伴なう偏波面の傾きの変化に起因して、受信レベルが低下するのを改善するもので、とくに各アンテナ素子パッチ2a、2b、・・・、2nのパッチ中心線PCのX軸に対するパッチ傾斜角φに着目し、このパッチ傾斜角φを所定の傾斜角Φ1に設定することにより、受信レベルの低下を改善する。このパッチ傾斜角φ1の設定について、さらに詳細に説明する。
In the phased
実施の形態1では、移動体衛星通信用フェーズドアレイアンテナ10におけるアンテナ素子パッチ群2の合成ビームの走査角の変化に対する交差偏波成分の変化特性が、パッチ中心線PCのX軸に対するパッチ傾斜角φに対応して変化することに基づき、この交差偏波成分の変化特性との関係において、パッチ傾斜角φを所定の傾斜角φ1に設定する。この実施の形態1における各アンテナ素子パッチ2a、2b、・・・、2nのパッチ中心線PCのX軸に対する所定のパッチ傾斜角φ1は、図2(b)に矢印Aで示す静止衛星からの電波の直線偏波の方位傾き角φ0が、φ0=7度であるときに、9〜11度、具体的には10度に設定される。
In the first embodiment, the change characteristic of the cross polarization component with respect to the change of the scanning angle of the combined beam of the antenna
図3は、移動体衛星通信用フェーズドアレイアンテナ10について、アンテナ素子パッチ群2の合成ビームの走査角の変化に対する交差偏波成分の変化特性を示す。図3において、横軸はその合成ビームの走査角を示し、縦軸は交差偏波成分を示す。直線8は、移動体衛星通信用フェーズドアレイアンテナ10を含むアンテナシステムについて規定される交差偏波成分の規定レベルL0を示し、この規定レベルL0以下の交差偏波成分とすることが要求される。点線の特性11は、実施の形態1に対応して、各アンテナ素子パッチ2a、2b、・・・、2nのパッチ中心線PCのX軸に対するパッチ傾斜角φを所定の傾斜角φ1=10度とし、給電線路3の不要放射を無視した場合における交差偏波成分の特性である。
FIG. 3 shows the change characteristic of the cross polarization component with respect to the change of the scanning angle of the combined beam of the antenna
交差偏波成分の変化特性11は、第1の走査角θ1と第2の走査角θ2との間のほぼ中間に、最小値Cminを有するU字状特性である。この特性11は、最小値Cminの両側では、交差偏波成分が単調に増加するU字状特性であるが、第1の走査角θ1においても、また第2の走査角θ2においても、交差偏波成分は、規定レベルL0以下になり、アンテナシステムから要求される規定レベルL0以下となっている。 The cross polarization component change characteristic 11 is a U-shaped characteristic having a minimum value Cmin approximately in the middle between the first scanning angle θ1 and the second scanning angle θ2. This characteristic 11 is a U-shaped characteristic in which the cross-polarized component monotonously increases on both sides of the minimum value Cmin. However, the cross-polarization characteristic is also obtained at the first scanning angle θ1 and at the second scanning angle θ2. The wave component is below the specified level L0 and is below the specified level L0 required from the antenna system.
図4は、アンテナ素子パッチ群2の合成ビームの走査角の変化に対して、その合成ビームの偏波面の傾きの変化を示す。図4において、横軸はその合成ビームの走査角を示し、縦軸は移動体衛星通信用フェーズドアレイアンテナ10の合成ビームのXZ平面に対する偏波面の傾き角を示す。点線の特性21は、実施の形態1に対応して、各アンテナ素子パッチ2a、2b、・・・、2nのパッチ中心線PCのパッチ傾斜角Φを所定の傾斜角Φ1=10度とした場合の特性である。この特性21では、第1、第2の走査角θ1、θ2の間で、アンテナ素子パッチ群2の合成ビームの偏波面の傾きは、約8.6度から約5.3度までの比較的大きな角度で変化している。
FIG. 4 shows a change in the inclination of the polarization plane of the combined beam with respect to the change in the scanning angle of the combined beam of the antenna
実施の形態1は、移相器群5が、3軸座標7のXZ平面において、第1の走査角θ1と第2の走査角θ2との間で、アンテナ素子パッチ群2の合成ビームを走査するように構成され、また、その合成ビームの走査角の変化に対する交差偏波成分が、第1の走査角θ1と第2の走査角θ2との間で最小値Cminとなって、この最小値Cminの両側で増加し、しかも第1、第2の走査角θ1、θ2において、要求される規定レベルL0以下となるU字状特性を持つように、各アンテナ素子パッチ2a、2b、・・・、2nは、それぞれのパッチ中心線PCが、X軸に対して、所定の傾斜角φ1をなして配置されたことを特徴とする。
In the first embodiment, the
この実施の形態1では、従来のように偏波面制御部を設けることなく、簡単に、移動体の移動体に移動に伴なう受信レベルの低下を改善することができる。 In the first embodiment, it is possible to easily improve a decrease in reception level due to movement of a moving body without providing a polarization plane control unit as in the prior art.
比較例.
この比較例は、実施の形態1において、各アンテナ素子パッチ2a、2b、・・・、2nのパッチ中心線PCのX軸に対するパッチ傾斜角φを、図2(b)に矢印Aで示した静止衛星からの電波の直線偏波の方位傾き角φ0に合わせて、φ0=7度としたものである。図3に実線で示す特性13は、この比較例について、その交差偏波成分の変化特性を示す。この比較例では、図3の特性13から明らかなように、合成ビームの走査角が第1の走査角θ1に近い範囲では、交差偏波成分は規定レベル以下になるが、合成ビームの走査角が第2の走査角θ2に近い範囲では、交差偏波線分が規定レベルL0を超えるので、受信レベルの低下が解消できない。
Comparative example.
In this comparative example, the patch inclination angle φ with respect to the X axis of the patch center line PC of each
また、図4に実線で示す特性23は、比較例について、アンテナ素子パッチ群2の合成ビームの走査角の変化に対する、その合成ビームの偏波面のXZ平面に対する傾きの変化を示す。第1、第2の走査角θ1、θ2との間において、特性23では、偏波面の傾き角は約6.3度から約3.3度の範囲で、特性21に比較して、小さな角度で変化している。
Also, a characteristic 23 shown by a solid line in FIG. 4 indicates a change in the inclination of the polarization plane of the combined beam with respect to the XZ plane with respect to a change in the scanning angle of the combined beam of the antenna
実施の形態2.
この実施の形態2は、図1の給電線路3の屈曲部分3cからの不要放射を含め、アンテナ素子群2の合成ビームの走査角の変化に対する交差偏波成分が、第1の角度値θ1と第2の角度値θ2との間で最小値Cminとなって、この最小値Cminの両側で増大し、しかも第1、第2の角度値において、規定レベル以下となるU字状特性を持つように、各アンテナ素子パッチ2a、2b、・・・、2nのパッチ中心線PCとX軸とのパッチ傾斜角φを、所定の傾斜角φ2としたものである。その他は、実施の形態1と同じに構成される。この所定の傾斜角φ2は、図2(b)に矢印Aで示す静止衛星からの電波の直線偏波の方位傾き角φ0が、φ0=7度であるときに、11〜13度、具体的には12度に設定される。
In the second embodiment, the cross polarization component with respect to the change in the scanning angle of the combined beam of the
図3の一点鎖線の特性12は、実施の形態2に従い、各アンテナ素子パッチ2a、2b、・・・、2nのパッチ傾斜角φを所定の傾斜角φ2とした場合における交差偏波成分の変化特性である。特性11に比べて、特性12は、全体的に交差偏波成分が増大し、また、第1の走査角θ1に近い領域よりも、第2の走査角θ2に近い領域で交差偏波成分が増加している。しかし、特性12は、実施の形態1と同様に、第1の走査角θ1と第2の走査角θ2との間で最小値Cminとなって、この最小値Cminの両側で増加し、しかも第1、第2の走査角θ1、θ2において、要求される規定レベルL0以下となるU字状特性であり、この実施の形態2でも、実施の形態1と同様に、偏波面制御部を設けることなく、簡単に、受信レベルの低下を改善することができる。
The dotted line characteristic 12 in FIG. 3 shows the change in the cross polarization component when the patch inclination angle φ of each
図4の一点鎖線で示す特性22は、実施の形態2において、合成ビームの走査角に変化に対する合成ビームの偏波面のXZ平面に対する傾き角の変化を示す。この特性22は、特性21、23の間で、特性21により近い領域にあり、合成ビームの走査角θ1、θ2の間において、約8.0度から約5.0度の範囲で変化している。
A characteristic 22 indicated by a one-dot chain line in FIG. 4 indicates a change in the tilt angle of the polarization plane of the combined beam with respect to the XZ plane with respect to a change in the scanning angle of the combined beam in the second embodiment. This characteristic 22 is in a region closer to the characteristic 21 between the
実施の形態3.
図5は、この実施の形態3のアンテナ素子パッチ群2の配列を示す平面図である。この実施の形態3の移動体衛星通信用フェーズドアレイアンテナ10Aは、二次元のフェーズドアレイアンテナであり、複数のアンテナ素子パッチ2a1、2b1、・・・2n1、2a2、2a2、・・・、2n2、・・・、2n1、2n2、・・・2nnが、それぞれの中心点CがX軸と平行なX1、X2、・・・、XN軸上に移駐するようにして、マトリクス状に整列して配置される。
FIG. 5 is a plan view showing the arrangement of the antenna
図5では、給電線路3と移相器群5が省略され、また各アンテナ素子パッチの詳細は省略しているが、各アンテナ素子パッチのパッチ中心線PCは、すべてX1、X2、・・・、XN軸に対して、所定の傾斜角φ1だけ傾斜しており、実施の形態1と同様の効果を得ることができる、また、すべてのアンテナ素子パッチのパッチ中心線PCの傾斜角φを、実施の形態2と同じに、所定の傾斜角φ2とすれば、実施の形態2と同様の効果を得ることができる。
In FIG. 5, the
実施の形態4.
図6は、この発明による移動体衛星通信用フェーズドアレイアンテナの実施の形態4を示す斜視図である。図1(a)と同じ部分には、同じ符号を付して説明を省略する。
FIG. 6 is a perspective
この実施の形態4の移動体衛星通信用フェーズドアレイアンテナ10Bでも、各アンテナ素子パッチ2a、2b、・・・、2nは、すべて互いに同じ大きさと形状を有し、この実施の形態4では、正方形とされる。また、各アンテナ素子パッチ2a、2b、・・・、2nの4つの各辺は、X軸およびY軸と平行になるように配置される。各アンテナ素子パッチ2a、2b、・・・、2nは、それぞれ2つの給電点F1、F2を有し、これらの給電点F1、F2は、各アンテナ素子パッチ2a、2b、・・・、2nの隣接して互いに直交する2辺の各中点に構成される。各アンテナ素子パッチ2a、2b、・・・、2nでは、それぞれの中心点Cと、各給電点F1、F2とを結ぶ2つの直線が、互いに直交する。
In the mobile satellite communication phased
給電線路3は、各アンテナ素子パッチ2a、2b、・・・、2nに対する分岐線路3aと共通線路3bを含み、各分岐線路3aは、さらに分岐点3dで2分岐する2分岐線路3d’を含む。分岐点3dでは、2分岐線路3d’の各線路の線路幅を互いに相違させることによって不等分配回路が構成されている。
The
この実施の形態4では、不等分配回路を構成する2分岐線路3d’を、それぞれ各アンテナ素子パッチ2a、2b、・・・、2nの各給電点F1、F2に接続することによって、一方の給電点F1からはX軸に平行な偏波の成分が受信され、また他方の給電点F2からはY軸に平行な偏波の成分が受信され、これらの2つの偏波の成分が互いに異なる比率で合成され、給電線路3を通じて受信出力端子4に受信信号が出力される。
In the fourth embodiment, the two
実施の形態4では、実施の形態1と同様に、アンテナ素子パッチ群2の合成ビームの走査角の変化に対する交差偏波成分が、第1の走査角θ1と第2の走査角θ2との間で最小値Cminとなって、この最小値Cminの両側で増加し、しかも第1、第2の走査角θ1、θ2において、要求される規定レベルL0以下となるU字状特性を持つように、各2分岐線路3d’の分配比と、各2分岐線路3d’の分岐した線路の長さが与えられ、従来のように偏波面制御部を設けることなく、簡単に、移動体の移動体に移動に伴なう受信レベルの低下を改善することができる。
In the fourth embodiment, as in the first embodiment, the cross polarization component with respect to the change in the scanning angle of the combined beam of the antenna
給電線路3から、ある偏波成分を持つ不要放射が発生する場合、2分岐線路3d’による不等分配回路の分配比率を変更し、この不要放射を含めて、各アンテナ素子パッチ群2の合成ビームの走査角の変化に対する交差偏波成分が、第1、第2の走査角θ1、θ2の間の走査範囲内で最小値となり、この最小値の両側で増加し、走査角θ1、θ2において要求レベルLo以下となるU字状特性を持つように、各2分岐線路3d’の分配比を与えることにより、交差偏波の発生を低減できる上、各2分岐線路3d’の分岐した線路の長さに差を与えることにより、円偏波の交差偏波の発生を抑制することができ、平面回路のみにより簡単な構成で受信レベルの低下を改善し、偏波が直交する干渉信号が存在する環境においても、高い信号対干渉波比を得ることができる。
When unnecessary radiation having a certain polarization component is generated from the
この発明による移動体衛星通信用フェーズドアレイアンテナは、移動体に搭載されて、静止衛星からの電波を受信するフェーズドアレイアンテナとして用いられる。 The phased array antenna for mobile satellite communication according to the present invention is mounted on a mobile body and used as a phased array antenna that receives radio waves from a geostationary satellite.
10、10A、10B:移動体衛星通信用フェーズドアレイアンテナ、1:誘電体基板、
2、2a、2B、・・・、2n、2a1、2a2、・・・、2an、2b1、2b2、・・・、
2bn、2n1、2n2、・・・、2nn:アンテナ素子パッチ、
C:中心点、F、F1、F2:給電点、PC:パッチ中心線、3:給電線路、
3a:分岐線路、3b:共通線路、3d:分岐点、3d’:2分岐線路、
4:受信出力端子、5、5a、5b、・・・、5n:移相器。
10, 10A, 10B: Phased array antenna for mobile satellite communication, 1: Dielectric substrate,
2, 2a, 2B, ..., 2n, 2a1, 2a2, ..., 2an, 2b1, 2b2, ...,
2bn, 2n1, 2n2, ..., 2nn: antenna element patch,
C: Center point, F, F1, F2: Feed point, PC: Patch center line, 3: Feed line
3a: branch line, 3b: common line, 3d: branch point, 3d ': two branch line,
4:
Claims (4)
誘電体基板と、
前記誘電体基板の主面がXY平面に位置するようにX軸、Y軸、Z軸の3軸座標を想定したときに、前記誘電体基板の主面上に、前記X軸に沿って並ぶように配置された複数のアンテナ素子パッチと、
前記誘電体基板の主面上に配置され、前記各アンテナ素子パッチに接続された給電線路と、
この給電線路に配置され、前記各アンテナ素子パッチのそれぞれに接続された複数の移相器とを備え、
前記複数の移相器は、前記3軸座標のXZ平面において、第1の走査角と第2の走査角との間で、前記各アンテナ素子パッチの合成ビームを走査するように構成され、
また、前記合成ビームの走査角の変化に対する交差偏波成分が、前記第1の走査角と第2の走査角との間で最小値となって、この最小値の両側で増加し、しかも前記第1、第2の走査角において、要求される規格レベル以下となるU字状特性を持つように、前記各アンテナ素子パッチは、それぞれの中心点と給電点とを結ぶパッチ中心線が、前記X軸に対して所定の傾斜角をなして配置されたことを特徴とする移動体衛星通信用アンテナ。 A phased array antenna for mobile satellite communication that is mounted on a mobile body and receives radio waves from a geostationary satellite,
A dielectric substrate;
When the three-axis coordinates of the X axis, the Y axis, and the Z axis are assumed so that the principal surface of the dielectric substrate is located on the XY plane, the dielectric substrate is arranged along the X axis on the principal surface of the dielectric substrate. A plurality of antenna element patches arranged so that
A feed line disposed on the main surface of the dielectric substrate and connected to each antenna element patch;
A plurality of phase shifters disposed on the feeder line and connected to each of the antenna element patches;
The plurality of phase shifters are configured to scan the combined beam of each antenna element patch between a first scanning angle and a second scanning angle in the XZ plane of the three-axis coordinates,
Further, the cross polarization component with respect to the change in the scan angle of the combined beam becomes a minimum value between the first scan angle and the second scan angle, and increases on both sides of the minimum value. In each of the first and second scanning angles, each antenna element patch has a patch center line connecting a center point and a feeding point so that the antenna element patch has a U-shaped characteristic that is less than a required standard level. An antenna for mobile satellite communication, which is arranged at a predetermined inclination angle with respect to an X axis.
誘電体基板と、
前記誘電体基板の主面がXY平面に位置するようにX軸、Y軸、Z軸の3軸座標を想定したときに、前記誘電体基板の主面上に、前記X軸に沿って並ぶように配置された複数のアンテナ素子パッチと、
前記誘電体基板の主面に配置された給電線路と、
この給電線路に配置された複数の移相器とを備え、
前記給電線路は、前記各移相器とアンテナ素子パッチとの間に2分岐線路を有し、この2分岐線路は同じアンテナ素子パッチの異なる場所に2つの給電点を持ち、アンテナ素子パッチの中心点と前記各給電点とを結ぶ2つの直線が互いに直交するように構成され、
前記複数の移相器は、前記3軸座標のXZ平面において、第1の走査角と第2の走査角との間で、前記各アンテナ素子パッチの合成ビームを走査するように構成され、
また、前記合成ビームの走査角の変化に対する交差偏波成分が、前記第1の走査角と第2の走査角との間で最小値となって、この最小値の両側で増加し、しかも前記第1、第2の走査角において、要求される規定レベル以下となるU字状特性を持つように、前記2分岐線路の分配比と、2分岐した線路の長さが与えられることを特徴とする移動体衛星通信用フェーズドアレイアンテナ。 A phased array antenna for mobile satellite communication that is mounted on a mobile body and receives radio waves from a geostationary satellite,
A dielectric substrate;
When the three-axis coordinates of the X axis, the Y axis, and the Z axis are assumed so that the principal surface of the dielectric substrate is located on the XY plane, the dielectric substrate is arranged along the X axis on the principal surface of the dielectric substrate. A plurality of antenna element patches arranged so that
A feed line disposed on the main surface of the dielectric substrate;
With a plurality of phase shifters arranged on this feed line,
The feed line has a two-branch line between each phase shifter and the antenna element patch. The two-branch line has two feed points at different locations of the same antenna element patch, and the center of the antenna element patch. Configured so that two straight lines connecting a point and each of the feeding points are orthogonal to each other,
The plurality of phase shifters are configured to scan the combined beam of each antenna element patch between a first scanning angle and a second scanning angle in the XZ plane of the three-axis coordinates,
Further, the cross polarization component with respect to the change in the scan angle of the combined beam becomes a minimum value between the first scan angle and the second scan angle, and increases on both sides of the minimum value. The distribution ratio of the two-branch lines and the length of the two-branched lines are given so that the first and second scanning angles have a U-shaped characteristic that is equal to or less than the required specified level. A phased array antenna for mobile satellite communications.
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