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JP5673472B2 - Array antenna device - Google Patents
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JP5673472B2 - Array antenna device - Google Patents

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Description

本発明は、アレーアンテナ装置に関し、特に、アレーアンテナ装置において、主放射成分と直交する偏波の利得に対する主放射成分の利得の比大きくする技術に関する。 The present invention relates to an array antenna apparatus, and more particularly to a technique for increasing the ratio of the gain of a main radiation component to the gain of a polarization orthogonal to the main radiation component in the array antenna apparatus.

アレーアンテナ装置として、無線信号を受信するための励振素子と、その励振素子から所定の間隔だけ離れて設けられた複数の非励振素子とを備え、各非励振素子にそれぞれ接続された複数の可変リアクタンス素子のリアクタンス値が変化することにより、指向性が変化するアレーアンテナ装置が知られている(たとえば、特許文献1)。なお、この形式のアレーアンテナ装置は、電子走査導波器アレーアンテナ装置と呼ばれことも多いが、以下では、単にアレーアンテナ装置という。   The array antenna apparatus includes an excitation element for receiving a radio signal, and a plurality of non-excitation elements provided at a predetermined distance from the excitation element, and a plurality of variable elements connected to the respective non-excitation elements. An array antenna apparatus is known in which directivity changes as a reactance value of a reactance element changes (for example, Patent Document 1). This type of array antenna apparatus is often referred to as an electronic scanning waveguide array antenna apparatus, but is hereinafter simply referred to as an array antenna apparatus.

アレーアンテナ装置では、励振素子および非励振素子は、円盤形状の接地導体上に、その接地導体から絶縁された状態で設けられる。また、一般的に、接地導体は、半径が受信電波の波長λの1/2に設定され、非励振素子は、接地導体の中心からの距離が波長λの1/4となるように配置される。   In the array antenna device, the excitation element and the non-excitation element are provided on a disk-shaped ground conductor in a state of being insulated from the ground conductor. In general, the ground conductor has a radius set to ½ of the wavelength λ of the received radio wave, and the non-excitation element is arranged so that the distance from the center of the ground conductor is ¼ of the wavelength λ. The

このアレーアンテナ装置は、指向性が可変であることを利用して、無線端末(たとえば、無線タグ)の方向探知に用いられることがある。アレーアンテナ装置は、通常、水平面走査となるように設置され、この場合、垂直偏波に対して良好な指向性を有する。したがって、方向探知の対象となる無線タグが垂直偏波を送信すれば、精度のよい方向探知が可能になる。   This array antenna apparatus may be used for direction detection of a wireless terminal (for example, a wireless tag) by utilizing the fact that directivity is variable. The array antenna apparatus is usually installed so as to perform horizontal plane scanning, and in this case, has good directivity with respect to vertical polarization. Therefore, if the wireless tag that is the target of direction detection transmits vertical polarization, direction detection with high accuracy becomes possible.

しかし、無線タグが人に携帯される場合は、無線タグが様々な向きとなる。従って、無線タグが送信する電波は、水平偏波が主放射偏波となることもある。アレーアンテナ装置は水平偏波に対する指向性は鋭くないことから、水平偏波によって無線タグの方向を推定すると、その精度が十分に得られない。そこで、無線タグが送信する電波は水平偏波成分が強く、垂直偏波成分が弱い場合であっても、アレーアンテナ装置は、垂直偏波成分に基づいた方向推定を行なうことが望まれる。そのためには、アレーアンテナ装置は、垂直偏波の利得が水平偏波の利得よりもできるだけ高いことが望まれる。   However, when the wireless tag is carried by a person, the wireless tag is in various directions. Therefore, in the radio wave transmitted by the wireless tag, the horizontal polarization may become the main radiation polarization. Since the array antenna device is not sharp in directivity with respect to the horizontal polarization, if the direction of the wireless tag is estimated by the horizontal polarization, the accuracy cannot be sufficiently obtained. Therefore, even if the radio wave transmitted by the wireless tag has a strong horizontal polarization component and a weak vertical polarization component, it is desired that the array antenna apparatus perform direction estimation based on the vertical polarization component. For this purpose, the array antenna device is desired to have a vertical polarization gain as high as possible as compared to a horizontal polarization gain.

レーアンテナ装置では、垂直偏波が受信する主放射成分となることが要求されるから、垂直偏波を主放射成分としてみた場合、主放射成分と直交する偏波の利得に対する主放射成分の利得の比が大きいほど、水平偏波の利得と比較して垂直偏波の利得が高いことを意味する。よって、アレーアンテナ装置では、受信時におけるこの垂直偏波を主放射成分としてみた場合の主放射成分と直交する偏波の利得に対する主放射成分の利得の比を大きくすることが望まれることになる。特許文献1には、主放射成分と直交する偏波の利得に対する主放射成分の利得の比を大きくするとの明確な記載はないものの、接地導体(特許文献1では有限反射板1)の半径を大きくすることによって水平面の主放射成分利得を高くし、受信時の、主放射成分と直交する偏波の利得に対する主放射成分の利得の比を大きくできることが推測できる。(段落0017など)。 The A-array antenna system, because to be a main radiation components vertically polarized wave is received is required, when viewed as a vertical polarization as the main radiation components, the main radiation components for polarization gain which is perpendicular to the main radiation components A larger gain ratio means that the vertical polarization gain is higher than the horizontal polarization gain. Therefore, in the array antenna apparatus, it is desired to increase the ratio of the gain of the main radiation component to the gain of the polarization orthogonal to the main radiation component when this vertical polarization at the time of reception is viewed as the main radiation component. . Although there is no clear description in Patent Document 1 that the ratio of the gain of the main radiation component to the gain of the polarization orthogonal to the main radiation component is increased , the radius of the ground conductor (finite reflector 1 in Patent Document 1) is set. It can be inferred that the main radiation component gain in the horizontal plane can be increased and the ratio of the gain of the main radiation component to the gain of the polarization orthogonal to the main radiation component at the time of reception can be increased . (Such as paragraph 0017).

特開2002−16427号公報JP 2002-16427 A

しかしながら、接地導体半径を大きくしてしまうと、アレーアンテナ装置が大型化してしまうので好ましくない。   However, if the radius of the ground conductor is increased, the array antenna device is increased in size, which is not preferable.

本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、装置の大型化を抑制しつつ、主放射成分と直交する偏波の利得に対する主放射成分の利得の比を大きくすることができるアレーアンテナ装置を提供することにある。 The present invention has been made based on this circumstance, and the object of the present invention is to control the gain of the main radiation component with respect to the gain of the polarization orthogonal to the main radiation component while suppressing an increase in the size of the apparatus. An object of the present invention is to provide an array antenna device that can increase the size of the antenna.

その目的を達成するための請求項1記載の発明は、
無線信号を受信するための励振素子と、その励振素子から所定の間隔だけ離れて設けられた複数の非励振素子とが、円形の接地導体上に、その接地導体から絶縁された状態で設けられ、各非励振素子にそれぞれ接続された複数の可変リアクタンス素子のリアクタンス値が変化することにより指向性が変化するアレーアンテナ装置であって、
前記接地導体に対して前記励振素子および非励振素子側に導体円板が配置されており、
且つ、その導体円板は、前記接地導体と平行であり、その軸心が前記接地導体を通り、前記励振素子および非励振素子の上端と導体円板の下面との間の距離d、導体円板の半径rが下記(1)〜(8)のいずれかの条件を満たしていることを特徴とする。
(1) 0.008λ<d≦0.074λ、 0.37λ≦r≦0.59λ
(2) 0.074λ<d≦0.082λ、 0.37λ≦r≦0.60λ
(3) 0.082λ<d≦0.270λ、 0.37λ≦r≦0.65λ
(4) 0.270λ<d≦0.278λ、 0.37λ≦r≦0.61λ
(5) 0.278λ<d≦0.286λ、 0.38λ≦r≦0.59λ
(6) 0.286λ<d≦0.294λ、 0.38λ≦r≦0.49λ
(7) 0.294λ<d≦0.302λ、 0.38λ≦r≦0.45λ
(8) 0.302λ<d≦0.310λ、 0.38λ≦r≦0.41λ
なお、λはアレーアンテナ装置が受信する電波の波長である。
In order to achieve the object, the invention according to claim 1
An excitation element for receiving a radio signal and a plurality of non-excitation elements provided at a predetermined interval from the excitation element are provided on a circular ground conductor in a state insulated from the ground conductor. The array antenna device in which the directivity changes as the reactance values of a plurality of variable reactance elements connected to the non-excitation elements change,
A conductor disk is disposed on the side of the excitation element and the non-excitation element with respect to the ground conductor,
The conductor disk is parallel to the ground conductor, its axis passes through the ground conductor, and the distance d between the upper ends of the excitation element and the non-excitation element and the lower surface of the conductor disk is a conductor circle. The radius r of the plate satisfies any of the following conditions (1) to (8).
(1) 0.008λ <d ≦ 0.074λ, 0.37λ ≦ r ≦ 0.59λ
(2) 0.074λ <d ≦ 0.082λ, 0.37λ ≦ r ≦ 0.60λ
(3) 0.082λ <d ≦ 0.270λ, 0.37λ ≦ r ≦ 0.65λ
(4) 0.270λ <d ≦ 0.278λ, 0.37λ ≦ r ≦ 0.61λ
(5) 0.278λ <d ≦ 0.286λ, 0.38λ ≦ r ≦ 0.59λ
(6) 0.286λ <d ≦ 0.294λ, 0.38λ ≦ r ≦ 0.49λ
(7) 0.294λ <d ≦ 0.302λ, 0.38λ ≦ r ≦ 0.45λ
(8) 0.302λ <d ≦ 0.310λ, 0.38λ ≦ r ≦ 0.41λ
Note that λ is the wavelength of the radio wave received by the array antenna apparatus.

上記条件を満たす導体円板が配置されることにより、受信された時の主放射成分と直交する偏波の利得に対する主放射成分の利得の比は、導体円板がない以外は同じ構成のアレーアンテナ装置(以下、従来アレーアンテナ装置)に比較して、有意に大きくなることをシミュレーションにより確認できた。たとえば、上記従来アレーアンテナ装置では、主放射成分と直交する偏波の利得に対する主放射成分の利得の比が15.6dBである場合において、本発明のアレーアンテナ装置では、主放射成分と直交する偏波の利得に対する主放射成分の利得の比が最低でも16.8dBとなる。しかも、導体円板の半径rは最大でも0.65λであることから、導体円板の大きさを最大としても、接地導体の一般的な半径が0.5λであることを考慮すると、それほどアレーアンテナ装置は大型化しない。また、導体円板の半径は0.5λ以下とすることもでき、この場合には、アレーアンテナ装置の径方向寸法を全く大きくしない。よって、装置の大型化を抑制しつつ、主放射成分と直交する偏波の利得に対する主放射成分の利得の比を大きくすることができる。 By arranging the conductor disk satisfying the above conditions, the ratio of the gain of the main radiation component to the gain of the polarization orthogonal to the main radiation component when received is the same as that of the array except that there is no conductor disk. It has been confirmed by simulation that it is significantly larger than an antenna device (hereinafter referred to as a conventional array antenna device). For example, in the conventional array antenna apparatus, when the ratio of the gain of the main radiation component to the gain of the polarization orthogonal to the main radiation component is 15.6 dB, the array antenna apparatus of the present invention is orthogonal to the main radiation component. The ratio of the gain of the main radiation component to the gain of the polarization is at least 16.8 dB. Moreover, since the radius r of the conductor disk is 0.65λ at the maximum, considering that the general radius of the ground conductor is 0.5λ even if the size of the conductor disk is maximized, the array is not so much. The antenna device is not enlarged. Also, the radius of the conductor disk can be 0.5λ or less, and in this case, the radial dimension of the array antenna device is not increased at all. Therefore, the ratio of the gain of the main radiation component to the gain of the polarization orthogonal to the main radiation component can be increased while suppressing an increase in the size of the apparatus.

本発明が適用されたアレーアンテナ装置であるアンテナ部1を備えた無線端末方向探知装置の構成図である。It is a block diagram of a radio | wireless terminal direction detection apparatus provided with the antenna part 1 which is an array antenna apparatus with which this invention was applied. アンテナ部1を拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows the antenna part. 本実施形態のアレーアンテナ装置と、従来アレーアンテナ装置指向性利得を比較して示す図である。It is a figure which compares and shows the array antenna apparatus of this embodiment, and the conventional array antenna apparatus directivity gain. 導体円板19の半径r、導体円板19と素子10、11との間の距離dを変化させつつシミュレーションにより算出した垂直偏波利得(dB)を示す図である。It is a figure which shows the vertical polarization gain (dB) computed by simulation, changing the radius r of the conductor disc 19, and the distance d between the conductor disc 19 and the elements 10 and 11. FIG. 導体円板19の半径r、導体円板19と素子10、11との間の距離dを変化させつつシミュレーションにより算出した水平偏波利得(dB)を示す図である。It is a figure which shows the horizontal polarization gain (dB) calculated by simulation, changing the radius r of the conductor disc 19, and the distance d between the conductor disc 19 and the elements 10 and 11. FIG. 図4,図5のシミュレーション結果から算出できる、主放射成分と直交する 偏波の利得に対する主放射成分の利得の比を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the ratio of the gain of the main radiation component to the gain of the polarization orthogonal to the main radiation component, which can be calculated from the simulation results of FIGS. 4 and 5.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明が適用されたアレーアンテナ装置であるアンテナ部1を備えた無線端末方向探知装置の構成図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a wireless terminal direction finding device including an antenna unit 1 which is an array antenna device to which the present invention is applied.

この無線端末方向探知装置は、アンテナ部1、電力検出回路5、方向探知コンピュータ6を備えている。アンテナ部1は、電子制御導波器アレーアンテナ装置であり、詳しくは図2を用いて後述するが、1本の励振素子10と6本の非励振素子11A〜11Fとを備えている。これら励振素子10、非励振素子11A〜11Fは、接地導体17の上に、その接地導体17から絶縁された状態に設けられている。また、励振素子10、非励振素子11A〜11Fの上方には導体円板19が配置されている。   This wireless terminal direction finding device includes an antenna unit 1, a power detection circuit 5, and a direction finding computer 6. The antenna unit 1 is an electronically controlled waveguide array antenna device, which will be described later in detail with reference to FIG. 2, and includes one excitation element 10 and six non-excitation elements 11A to 11F. The excitation element 10 and the non-excitation elements 11A to 11F are provided on the ground conductor 17 so as to be insulated from the ground conductor 17. A conductor disk 19 is disposed above the excitation element 10 and the non-excitation elements 11A to 11F.

励振素子10の給電点は、同軸ケーブル20を介して電力検出回路5に接続されており、外部の無線端末から送信され励振素子10によって受信された電波を示す受信信号は電力検出回路5に供給される。   A feeding point of the excitation element 10 is connected to the power detection circuit 5 via the coaxial cable 20, and a reception signal indicating a radio wave transmitted from an external wireless terminal and received by the excitation element 10 is supplied to the power detection circuit 5. Is done.

非励振素子11A〜11Fには、可変リアクタンス回路18A〜18Fがそれぞれ接続されている。この可変リアクタンス回路18は、電子制御導波器アレーアンテナ装置において一般的に用いられるものと同一の回路であり、たとえば、バイアス電圧が印加されることによってリアクタンス値が変化する可変リアクタンス素子(例えば可変容量ダイオード)を含む回路として構成される。この回路は、高周波的に接地導体17に接続され、方向探知コンピュータ6の後述する可変リアクタンス制御部61によってリアクタンス値が電子的に変化させられる。このリアクタンス値が変化させられることにより、アンテナ部1は方位角φが変化する。   Variable reactance circuits 18A to 18F are connected to the non-excitation elements 11A to 11F, respectively. The variable reactance circuit 18 is the same circuit as that generally used in an electronically controlled waveguide array antenna apparatus. For example, a variable reactance element (for example, a variable reactance element) whose reactance value changes when a bias voltage is applied. A circuit including a capacitor diode). This circuit is connected to the ground conductor 17 at a high frequency, and the reactance value is electronically changed by a variable reactance control unit 61 (to be described later) of the direction detection computer 6. By changing the reactance value, the azimuth angle φ of the antenna unit 1 changes.

電力検出回路5は、励振素子10から供給された受信信号の電力の大きさ(電力値)を検出する回路である。この電力検出回路5は、無線信号の電力を検出する種々の公知の回路を用いることができ、たとえばダイオード検波器を含む回路構成のものである。この電力検出回路5で検出された電力値を示す電力値信号は図示しないAD変換回路を介して方向探知コンピュータ6の方向探知部62に供給される。   The power detection circuit 5 is a circuit that detects the power level (power value) of the reception signal supplied from the excitation element 10. As the power detection circuit 5, various known circuits for detecting the power of the radio signal can be used. For example, the power detection circuit 5 has a circuit configuration including a diode detector. A power value signal indicating the power value detected by the power detection circuit 5 is supplied to the direction detection unit 62 of the direction detection computer 6 via an AD conversion circuit (not shown).

方向探知コンピュータ6は、CPU、ROM、RAM等(いずれも図示せず)を備えており、CPUがRAMの一時記憶機能を利用しつつROMに記憶されているプログラムを実行することにより、可変リアクタンス制御部61および方向探知部62として機能する。   The direction detection computer 6 includes a CPU, a ROM, a RAM, and the like (all not shown), and the CPU executes a program stored in the ROM while using a temporary storage function of the RAM, so that a variable reactance can be obtained. It functions as the control unit 61 and the direction detection unit 62.

可変リアクタンス制御部61は、図示しないメモリに記憶されたデジタル電圧値を参照して、内蔵した6個のDA変換器(図示せず)を用いてそのデジタル電圧値をアナログのバイアス電圧値に変換し、このバイアス電圧値をリアクタンス値信号C11(θ)〜C16(θ)として各可変リアクタンス回路18A〜18Fに出力する。上記デジタル電圧値は、予め設定された複数の方位角(たとえば、0°から330°まで30°毎)にビームを形成する複数の指向性ビームパターンに対して記憶されている。可変リアクタンス制御部61は、リアクタンス値信号C11(θ)〜C16(θ)を切り替えることにより、指向性ビームパターンを複数の方位角に順次変化させる。なお、メモリに記憶されたデジタル電圧値は、実験に基づいて予め求められた値である。   The variable reactance control unit 61 refers to a digital voltage value stored in a memory (not shown) and converts the digital voltage value into an analog bias voltage value using six built-in DA converters (not shown). The bias voltage value is output as reactance value signals C11 (θ) to C16 (θ) to the variable reactance circuits 18A to 18F. The digital voltage values are stored for a plurality of directional beam patterns that form a beam at a plurality of preset azimuth angles (for example, every 30 ° from 0 ° to 330 °). The variable reactance control unit 61 sequentially changes the directional beam pattern to a plurality of azimuth angles by switching the reactance value signals C11 (θ) to C16 (θ). The digital voltage value stored in the memory is a value obtained in advance based on experiments.

方向探知部62は、電力検出回路5から供給される電力値と、その電力値の受信信号を受信したときの方位角とに基づいて無線端末の方向探知を行なう。たとえば、方位角に対する電力値の変化を示す電力値パターンを作成し、そのパターンにおいてピーク値を示す方位角を無線端末の方向に決定する。   The direction detection unit 62 performs direction detection of the wireless terminal based on the power value supplied from the power detection circuit 5 and the azimuth angle when the reception signal of the power value is received. For example, a power value pattern indicating a change in power value with respect to the azimuth angle is created, and the azimuth angle indicating the peak value in the pattern is determined as the direction of the wireless terminal.

図2は、アンテナ部1を拡大して示す図である。励振素子10および6本の非励振素子11A〜11Fはいずれも直棒形状であって接地導体17から垂直に突き出している。これらの素子10、11は、接地導体17の上面から素子上端までの長さがいずれも同一の長さであり、ここでは約λ/4となっている。また、励振素子10は接地導体17の中心に配置される一方、非励振素子11A〜11Fは、励振素子10を中心とする円周上に等間隔に設けられており、励振素子10と非励振素子11との間もλ/4に設定されている。なお、λは、アンテナ部1が受信する電波の波長である。   FIG. 2 is an enlarged view of the antenna unit 1. The excitation element 10 and the six non-excitation elements 11A to 11F are all in the shape of a straight bar and protrude vertically from the ground conductor 17. These elements 10 and 11 have the same length from the upper surface of the ground conductor 17 to the upper end of the element, which is about λ / 4 here. The excitation element 10 is disposed at the center of the ground conductor 17, while the non-excitation elements 11 </ b> A to 11 </ b> F are provided at equal intervals on the circumference centered on the excitation element 10. The distance from the element 11 is also set to λ / 4. Note that λ is the wavelength of the radio wave received by the antenna unit 1.

接地導体17は、励振素子10や非励振素子11A〜11Fに対して十分に大きい広さの円板形状部材であり、ここでは半径λ/2とする。   The ground conductor 17 is a disk-shaped member having a sufficiently large width with respect to the excitation element 10 and the non-excitation elements 11A to 11F, and has a radius λ / 2 here.

導体円板19も接地導体17と同様に円板形状部材である。この導体円板19は、励振素子10や非励振素子11の上方、すなわち、接地導体17に対して、励振素子10や非励振素子11の側に設けられており、且つ、それら励振素子10や非励振素子11から離隔して設けられている。また、この導体円板19は、接地導体17と平行となっている。また、この図2の例では、導体円板19は、その軸心が、接地導体17の軸心と一致する位置に配置されている。なお、この導体円板19は、接地導体17、励振素子10、非励振素子11とともにこの導体円板19を収容する図示しないアンテナ筐体に固定されている。   The conductor disk 19 is also a disk-shaped member like the ground conductor 17. The conductor disk 19 is provided above the excitation element 10 and the non-excitation element 11, that is, on the side of the excitation element 10 and the non-excitation element 11 with respect to the ground conductor 17, and the excitation element 10 and It is provided apart from the non-excitation element 11. The conductor disk 19 is parallel to the ground conductor 17. In the example of FIG. 2, the conductor disk 19 is disposed at a position where the axis of the conductor disk 19 coincides with the axis of the ground conductor 17. The conductor disk 19 is fixed to an antenna housing (not shown) that houses the conductor disk 19 together with the ground conductor 17, the excitation element 10, and the non-excitation element 11.

ここで、図2に示すように、励振素子10あるいは非励振素子11の上端と導体円板19の下面との間の距離をd、導体円板19の半径をrとする。この距離dおよび半径rが以下に示す(1)〜(8)のいずれかの条件を満たす場合、この導体円板19があることにより、導体円板19がない場合に比べて、主放射成分と直交する偏波の利得に対する主放射成分の利得の比が向上する。
(1) 0.008λ<d≦0.074λ、 0.37λ≦r≦0.59λ
(2) 0.074λ<d≦0.082λ、 0.37λ≦r≦0.60λ
(3) 0.082λ<d≦0.270λ、 0.37λ≦r≦0.65λ
(4) 0.270λ<d≦0.278λ、 0.37λ≦r≦0.61λ
(5) 0.278λ<d≦0.286λ、 0.38λ≦r≦0.59λ
(6) 0.286λ<d≦0.294λ、 0.38λ≦r≦0.49λ
(7) 0.294λ<d≦0.302λ、 0.38λ≦r≦0.45λ
(8) 0.302λ<d≦0.310λ、 0.38λ≦r≦0.41λ
なお、アレーアンテナ装置では、垂直偏波が、受信の主放射成分となることが要求され、垂直偏波を受信の主放射成分としてみたとき、水平偏波が、主放射成分と直交する偏波である。
Here, as shown in FIG. 2, the distance between the upper end of the excitation element 10 or the non-excitation element 11 and the lower surface of the conductor disk 19 is d, and the radius of the conductor disk 19 is r. When the distance d and the radius r satisfy any one of the following conditions (1) to (8) , the main radiating component is present due to the presence of the conductor disk 19 compared to the case where the conductor disk 19 is not present. The ratio of the gain of the main radiation component to the gain of the polarization orthogonal to is improved.
(1) 0.008λ <d ≦ 0.074λ, 0.37λ ≦ r ≦ 0.59λ
(2) 0.074λ <d ≦ 0.082λ, 0.37λ ≦ r ≦ 0.60λ
(3) 0.082λ <d ≦ 0.270λ, 0.37λ ≦ r ≦ 0.65λ
(4) 0.270λ <d ≦ 0.278λ, 0.37λ ≦ r ≦ 0.61λ
(5) 0.278λ <d ≦ 0.286λ, 0.38λ ≦ r ≦ 0.59λ
(6) 0.286λ <d ≦ 0.294λ, 0.38λ ≦ r ≦ 0.49λ
(7) 0.294λ <d ≦ 0.302λ, 0.38λ ≦ r ≦ 0.45λ
(8) 0.302λ <d ≦ 0.310λ, 0.38λ ≦ r ≦ 0.41λ
In the A array antenna apparatus, vertical polarization, be the main radiation component of the received is required, when viewed as a main emission component of the received vertically polarized wave, horizontally polarized wave, perpendicular to the main radiation components polarized It is a wave.

図3は、本実施形態のアレーアンテナ装置と、従来アレーアンテナ装置(導体円板19がない以外は本実施形態のアレーアンテナ装置と同じ構成)の仰角=0における指向性利得を比較して示す図である。図3(A)は垂直偏波の指向性利得を比較して示す図であり、図3(B)は水平偏波の指向性利得を比較して示す図である。なお、図3においては、本実施形態のアレーアンテナ装置は、図2において距離dが30mm、半径rが60mm、波長λが122.4mm(2.45GHz)の場合である。   FIG. 3 shows a comparison of directivity gains at an elevation angle = 0 between the array antenna device of the present embodiment and the conventional array antenna device (same configuration as the array antenna device of the present embodiment except that the conductor disk 19 is not provided). FIG. FIG. 3A is a diagram comparing the directivity gain of vertical polarization, and FIG. 3B is a diagram comparing the directivity gain of horizontal polarization. In FIG. 3, the array antenna apparatus of this embodiment is a case where the distance d is 30 mm, the radius r is 60 mm, and the wavelength λ is 122.4 mm (2.45 GHz) in FIG.

また、図3の利得は、コンピュータを用いたシミュレーションにより算出したものであり、シミュレーションにおいては、接地導体17、導体円板19は、いずれも完全導体としており、厚さは、いずれも0.02mmとしている。ただし、接地導体17については表皮効果により、電流は表面にしか流れないため、20μm以上では特性に差は生じないことが知られている。同様に、導体円板19についても、厚さはアンテナ特性に影響しないと考察している。また、材質についても、通常、アンテナの接地導体として用いられるものを導体円板19についても用いれば、このシミュレーションとほぼ同一の結果になると考えられる。   Further, the gain of FIG. 3 is calculated by simulation using a computer. In the simulation, the ground conductor 17 and the conductor disk 19 are both perfect conductors, and the thicknesses are both 0.02 mm. It is said. However, since the current flows only to the surface of the ground conductor 17 due to the skin effect, it is known that there is no difference in characteristics at 20 μm or more. Similarly, it is considered that the thickness of the conductor disk 19 does not affect the antenna characteristics. In addition, regarding the material, if what is usually used as the ground conductor of the antenna is also used for the conductor disk 19, it is considered that the result is almost the same as this simulation.

図3(B)から分かるように、水平偏波指向性利得は、導体円板19があることにより、従来装置に比較して全体的に低下している。これに対し、図3(A)から分かるように、垂直偏波指向性利得は、導体円板19の有無による利得の変化はほとんどない。よって、導体円板19を備える本実施形態の装置の受信時の、主放射成分と直交する偏波の利得に対する主放射成分の利得の比は、従来装置よりも高くなる。 As can be seen from FIG. 3 (B), the horizontal polarization directivity gain is reduced as a whole as compared with the conventional apparatus due to the presence of the conductor disk 19. On the other hand, as can be seen from FIG. 3A, the vertical polarization directivity gain hardly changes depending on the presence or absence of the conductor disk 19. Therefore, the ratio of the gain of the main radiation component to the gain of the polarization orthogonal to the main radiation component at the time of reception of the device of the present embodiment including the conductor disk 19 is higher than that of the conventional device.

次に、距離dおよび半径rが上記(1)〜(8)の範囲であれば、従来装置よりも受信時の、主放射成分と直交する偏波の利得に対する主放射成分の利得の比が大きくなることをシミュレーション結果を用いて説明する。図4は、導体円板19の半径rおよび導体円板19と素子10、11との間の距離dを変化させつつシミュレーションにより算出した垂直偏波利得(dB)であり、リアクタンス値を所望の方位角φとしたときのその方位角φにおける垂直偏波利得である。なお、このシミュレーションにおいて、周波数は2.45GHz、すなわち、波長λは122.4mmである。 Next, if the distance d and the radius r are in the above ranges (1) to (8), the ratio of the gain of the main radiation component to the gain of the polarization orthogonal to the main radiation component at the time of reception than the conventional device is It will be described with reference to the large Do Rukoto simulation results. FIG. 4 is a vertical polarization gain (dB) calculated by simulation while changing the radius r of the conductor disk 19 and the distance d between the conductor disk 19 and the elements 10 and 11, and the reactance value is set to a desired value. This is the vertical polarization gain at the azimuth angle φ when the azimuth angle φ is assumed. In this simulation, the frequency is 2.45 GHz, that is, the wavelength λ is about 122.4 mm.

これに対して、図5は、導体円板19の半径rおよび導体円板19と素子10、11との間の距離dを変化させつつシミュレーションにより算出した水平偏波利得(dB)であり、リアクタンス値を所望の方位角φとしたときの360°方位内の最大の水平偏波利得である。   On the other hand, FIG. 5 shows the horizontal polarization gain (dB) calculated by simulation while changing the radius r of the conductor disk 19 and the distance d between the conductor disk 19 and the elements 10 and 11, This is the maximum horizontal polarization gain within the 360 ° azimuth when the reactance value is the desired azimuth angle φ.

そして、図4に示した垂直偏波利得から、図5に示す水平偏波利得のうち、垂直偏波利得に対応する条件での水平偏波利得を引くことで、種々の距離dと半径rにおける主放射成分と直交する偏波の利得に対する主放射成分の利得の比を算出できる。図6には、種々の距離d、半径rにおける主放射成分と直交する偏波の利得に対する主放射成分の利得の比を示す。 Then, by subtracting the horizontal polarization gain under the condition corresponding to the vertical polarization gain from the horizontal polarization gain shown in FIG. 5 from the vertical polarization gain shown in FIG. 4, various distances d and radii r are obtained. The ratio of the gain of the main radiation component to the gain of the polarization orthogonal to the main radiation component at can be calculated. FIG. 6 shows the ratio of the gain of the main radiation component to the gain of the polarization orthogonal to the main radiation component at various distances d and radii r.

この図6において、太線で囲んでいる範囲は、特許請求の範囲に記載した距離d、半径rにより規定される範囲であり、この範囲内では、従来アレーアンテナ装置と比較して主放射成分と直交する偏波の利得に対する主放射成分の利得の比が有意に大きくなっている。具体的には、従来アレーアンテナ装置の主放射成分と直交する偏波の利得に対する主放射成分の利得の比は15.6dBであるのに対して、図6に太線で示す範囲内では、主放射成分と直交する偏波の利得に対する主放射成分の利得の比は、最低でも16.8dBとなっている。なお、図4、図5にも、図6と対応する範囲を太線で囲っている。 In FIG. 6, the range surrounded by the thick line is a range defined by the distance d and the radius r described in the claims. Within this range, the main radiation component and the range are compared with those of the conventional array antenna apparatus. The ratio of the gain of the main radiation component to the gain of orthogonal polarization is significantly increased . Specifically, the ratio of the gain of the main radiation components for polarization gain which is perpendicular to the main radiation components of a conventional array antenna apparatus whereas a 15.6DB, Within the range shown by the thick line in FIG. 6, the main The ratio of the gain of the main radiation component to the gain of the polarization orthogonal to the radiation component is at least 16.8 dB. In FIGS. 4 and 5, the range corresponding to FIG. 6 is surrounded by a thick line.

このように、導体円板19を、接地導体17に対して素子10、11側に、接地導体17と平行且つ軸心が一致するように配置し、この導体円板19を、素子10、11との間の距離d、半径rが、前述の(1)〜(8)のいずれかの条件を満たすようにすると、従来アレーアンテナ装置に比較して受信時の主放射成分と直交する偏波の利得に対する主放射成分の利得の比を有意に大きくすることができる。 In this way, the conductor disk 19 is arranged on the element 10, 11 side with respect to the ground conductor 17 so as to be parallel to the ground conductor 17 and coincide with the axis, and the conductor disk 19 is arranged on the elements 10, 11. If the distance d and the radius r satisfy the conditions of any of the above (1) to (8), the polarization is orthogonal to the main radiation component at the time of reception as compared with the conventional array antenna apparatus. The ratio of the gain of the main radiation component to the gain of can be significantly increased .

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, It can implement in various changes within the range which does not deviate from a summary.

たとえば、前述の実施形態では、導体円板19は、その軸心が接地導体17の軸心と一致する位置に配置されていた。しかし、これに限られず、導体円板19の軸心は、接地導体17を通っていればよい。   For example, in the above-described embodiment, the conductor disk 19 is disposed at a position where its axis coincides with the axis of the ground conductor 17. However, the present invention is not limited to this, and the axis of the conductor disk 19 only needs to pass through the ground conductor 17.

1 アンテナ部、 5 電力検出回路、 6 方向探知コンピュータ、 10 励振素子、 11 非励振素子、 17 接地導体、 18 可変リアクタンス回路、 19 導体円板、 20 同軸ケーブル、 61 可変リアクタンス制御部、 62 方向探知部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Antenna part, 5 Power detection circuit, 6 Direction detection computer, 10 Excitation element, 11 Non-excitation element, 17 Ground conductor, 18 Variable reactance circuit, 19 Conductor disk, 20 Coaxial cable, 61 Variable reactance control part, 62 Direction detection Part

Claims (1)

無線信号を受信するための励振素子と、その励振素子から所定の間隔だけ離れて設けられた複数の非励振素子とが、円形の接地導体上に、その接地導体から絶縁された状態で設けられ、各非励振素子にそれぞれ接続された複数の可変リアクタンス素子のリアクタンス値が変化することにより指向性が変化するアレーアンテナ装置であって、
前記接地導体に対して前記励振素子および非励振素子側に導体円板が配置されており、
且つ、その導体円板は、前記接地導体と平行であり、その軸心が前記接地導体を通り、前記励振素子および非励振素子の上端と導体円板の下面との間の距離d、導体円板の半径rが下記(1)〜(8)のいずれかの条件を満たしていることを特徴とするアレーアンテナ装置。
(1) 0.008λ<d≦0.074λ、 0.37λ≦r≦0.59λ
(2) 0.074λ<d≦0.082λ、 0.37λ≦r≦0.60λ
(3) 0.082λ<d≦0.270λ、 0.37λ≦r≦0.65λ
(4) 0.270λ<d≦0.278λ、 0.37λ≦r≦0.61λ
(5) 0.278λ<d≦0.286λ、 0.38λ≦r≦0.59λ
(6) 0.286λ<d≦0.294λ、 0.38λ≦r≦0.49λ
(7) 0.294λ<d≦0.302λ、 0.38λ≦r≦0.45λ
(8) 0.302λ<d≦0.310λ、 0.38λ≦r≦0.41λ
なお、λはアレーアンテナ装置が受信する電波の波長である。
An excitation element for receiving a radio signal and a plurality of non-excitation elements provided at a predetermined interval from the excitation element are provided on a circular ground conductor in a state insulated from the ground conductor. The array antenna device in which the directivity changes as the reactance values of a plurality of variable reactance elements connected to the non-excitation elements change,
A conductor disk is disposed on the side of the excitation element and the non-excitation element with respect to the ground conductor,
The conductor disk is parallel to the ground conductor, its axis passes through the ground conductor, and the distance d between the upper ends of the excitation element and the non-excitation element and the lower surface of the conductor disk is a conductor circle. An array antenna apparatus, wherein a radius r of the plate satisfies any of the following conditions (1) to (8):
(1) 0.008λ <d ≦ 0.074λ, 0.37λ ≦ r ≦ 0.59λ
(2) 0.074λ <d ≦ 0.082λ, 0.37λ ≦ r ≦ 0.60λ
(3) 0.082λ <d ≦ 0.270λ, 0.37λ ≦ r ≦ 0.65λ
(4) 0.270λ <d ≦ 0.278λ, 0.37λ ≦ r ≦ 0.61λ
(5) 0.278λ <d ≦ 0.286λ, 0.38λ ≦ r ≦ 0.59λ
(6) 0.286λ <d ≦ 0.294λ, 0.38λ ≦ r ≦ 0.49λ
(7) 0.294λ <d ≦ 0.302λ, 0.38λ ≦ r ≦ 0.45λ
(8) 0.302λ <d ≦ 0.310λ, 0.38λ ≦ r ≦ 0.41λ
Note that λ is the wavelength of the radio wave received by the array antenna apparatus.
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