JP6971272B2 - Phased array antennas, antenna devices, transmitters, wireless power transfer systems and wireless communication systems - Google Patents
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Description
本発明は、複数のアンテナ素子が配列されたフェイズドアレイアンテナ、並びに、そのフェイズドアレイアンテナを有するアンテナ装置、送信装置、無線電力伝送システム及び無線通信システムに関するものである。 The present invention relates to a phased array antenna in which a plurality of antenna elements are arranged, and an antenna device, a transmission device, a wireless power transmission system, and a wireless communication system having the phased array antenna.
従来、2次元的に配置された複数のアンテナ素子を有し、各アンテナ素子の信号の位相及び振幅を制御することによりアンテナ全体の指向性パターン(ビームフォーミング)を制御可能なアンテナが知られている。 Conventionally, an antenna having a plurality of two-dimensionally arranged antenna elements and capable of controlling the directivity pattern (beamforming) of the entire antenna by controlling the phase and amplitude of the signal of each antenna element is known. There is.
特許文献1には、複数のアンテナ素子それぞれに対応するように複数の移相器を設け、各移相器を制御装置で制御するフェイズドアレイアンテナが開示されている。このフェイズドアレイアンテナでは、制御装置が各移相器の移相値を算出して各移相器に伝達する。また、一つの信号源が発生した信号が分配回路で複数の信号に分配され、前記分配回路から出力された複数の信号はそれぞれ移相器で移相され、増幅器で増幅されてアンテナ素子に供給される。
上記従来のフェイズドアレイアンテナでは、複数のアンテナ素子それぞれに対応するように複数の移相器を設け、各移相器を制御装置で制御しているため、移相器ごとに制御系統が必要になり制御系が複雑になるという課題がある。特に、2次元的なビームフォーミングを行う長距離無線通信や無線電力伝送では大開口のフェイズドアレイアンテナが必要になるが、大開口のフェイズドアレイアンテナを構成するためアンテナ素子の数を増やして各アンテナ素子の移相器を制御しようとすると、制御系統数の増大を招いてしまう。 In the above-mentioned conventional phased array antenna, a plurality of phase shifters are provided so as to correspond to each of the plurality of antenna elements, and each phase shifter is controlled by a control device. Therefore, a control system is required for each phase shifter. There is a problem that the control system becomes complicated. In particular, long-distance wireless communication and wireless power transmission that perform two-dimensional beamforming require a large-open phased array antenna, but in order to configure a large-open phased array antenna, the number of antenna elements is increased to make each antenna. Attempting to control the phase shifter of the element causes an increase in the number of control systems.
本発明の一態様に係るフェイズドアレイアンテナは、複数のリニアアレイ部と、複数の第1伝送線路と、一又は複数の第1移相器と、第2伝送線路と、一又は複数の第2移相器とを備える。前記複数のリニアアレイ部は、第1方向に配列した複数のアンテナ素子を有し、前記第1方向と交差する第2方向に配列している。前記複数の第1伝送線路は、前記複数のリニアアレイ部それぞれの長手方向に沿って延在し、該リニアアレイ部の複数のアンテナ素子に結合する複数の第1結合部を有する。前記一又は複数の第1移相器は、前記複数の第1伝送線路それぞれにおける互いに隣り合う前記第1結合部の間で第1位相差(Δφe)だけ移相する。前記第2伝送線路は、前記複数のリニアアレイ部の配列方向に沿って延在し、前記複数の第1伝送線路の端部に結合する複数の第2結合部を有する。前記一又は複数の第2移相器は、前記第2伝送線路における互いに隣り合う前記第2結合部の間で第2位相差(Δφa)だけ移相する。 The phased array antenna according to one aspect of the present invention includes a plurality of linear array units, a plurality of first transmission lines, one or a plurality of first phase shifters, a second transmission line, and one or a plurality of second transmission lines. Equipped with a phase shifter. The plurality of linear array units have a plurality of antenna elements arranged in the first direction, and are arranged in a second direction intersecting the first direction. The plurality of first transmission lines extend along the longitudinal direction of each of the plurality of linear array portions, and have a plurality of first coupling portions that are coupled to a plurality of antenna elements of the linear array portion. The one or more first phase shifters shift the phase by a first phase difference (Δφe) between the first coupling portions adjacent to each other in each of the plurality of first transmission lines. The second transmission line extends along the arrangement direction of the plurality of linear array portions and has a plurality of second coupling portions to be coupled to the ends of the plurality of first transmission lines. The one or more second phase shifters shift the phase by a second phase difference (Δφa) between the second coupling portions adjacent to each other on the second transmission line.
前記フェイズドアレイアンテナにおいて、前記第1移相器は、印加電圧に応じて位相変化量が変化するハイブリッド結合型のアナログ移相器であり、前記第1伝送線路の両端部それぞれに互いに異なる直流電圧(Vdc1,Vdc2)が印加されてもよい。 In the phased array antenna, the first phase shifter is a hybrid coupling type analog phase shifter whose phase change amount changes according to an applied voltage, and DC voltages different from each other at both ends of the first transmission line. (Vdc1, Vdc2) may be applied.
前記フェイズドアレイアンテナにおいて、前記複数の第1結合部はそれぞれ、空隙を有する結合器を備えてもよい。ここで、前記第1伝送線路における前記複数の第1結合部の空隙は、該第1伝送線路の前記第2伝送線路との第2結合部から遠ざかるほど狭くてもよい。 In the phased array antenna, the plurality of first coupling portions may each include a coupling device having a gap. Here, the voids of the plurality of first coupling portions in the first transmission line may be narrower as the distance from the second coupling portion of the first transmission line with the second transmission line increases.
前記フェイズドアレイアンテナにおいて、前記複数のリニアアレイ部を有するアレイユニットを複数備え、
前記複数のアレイユニットはそれぞれ、前記アレイユニットごとに設定された第3位相差だけ送信信号又は受信信号を移相する複数の第3移相器を備えてもよい。
ここで、前記複数の第3移相器で移相する前記第3位相差(Δφn)は、当該フェイズドアレイアンテナの全体目標指向方向における前記複数のアレイユニットそれぞれの等位相面が同一面上に位置するように設定してもよい。
In the phased array antenna, a plurality of array units having the plurality of linear array units are provided.
Each of the plurality of array units may include a plurality of third phase shifters that shift the transmission signal or the reception signal by the third phase difference set for each of the array units.
Here, the third phase difference (Δφn) phase-shifted by the plurality of third phase shifters is such that the equiphase planes of the plurality of array units in the overall target directivity direction of the phased array antenna are on the same plane. It may be set to be located.
本発明の他の態様に係る進行波型のアンテナ装置は、前記複数のアレイユニットを含むフェイズドアレイアンテナを複数備え、前記複数のフェイズドアレイアンテナはそれぞれ、前記複数のフェイズドアレイアンテナの空間的な配列位置関係に基づいて、当該アンテナ装置の全体目標指向方向における前記複数のフェイズドアレイアンテナそれぞれの等位相面が同一面上に位置するように移相された高周波信号が供給される。 The traveling wave type antenna device according to another aspect of the present invention includes a plurality of phased array antennas including the plurality of array units, and each of the plurality of phased array antennas is a spatial arrangement of the plurality of phased array antennas. Based on the positional relationship, a high-frequency signal shifted so that the equiphase planes of the plurality of phased array antennas in the overall target directing direction of the antenna device are located on the same plane is supplied.
本発明の他の態様に係る送信装置は、前記進行波型のアンテナ装置と、前記複数のフェイズドアレイアンテナそれぞれに供給する所定の周波数及び位相の伝送信号を発生する複数の位相制御発信機と、前記複数の位相制御発信機に前記周波数の同期信号を供給する同期信号経路と、前記同期信号経路における互いに隣り合う複数の同期信号供給部の間で第4位相差だけ移相する複数の第4移相器と、を備える。 The transmitting device according to another aspect of the present invention includes the traveling wave type antenna device, a plurality of phase control transmitters for generating transmission signals having a predetermined frequency and phase to be supplied to each of the plurality of phased array antennas, and a plurality of phase control transmitters. A plurality of fourth phases that shift by a fourth phase difference between a synchronization signal path that supplies a synchronization signal of the frequency to the plurality of phase control transmitters and a plurality of synchronization signal supply units that are adjacent to each other in the synchronization signal path. It is equipped with a phase shifter.
本発明の更に他の態様に係る送信装置は、複数のフェイズドアレイアンテナと、前記複数のフェイズドアレイアンテナそれぞれに供給する所定の周波数及び位相の伝送信号を発生する複数の位相制御発信機と、前記複数の位相制御発信機に前記周波数の同期信号を供給する同期信号経路と、前記同期信号経路における互いに隣り合う複数の同期信号供給部の間で第4位相差だけ移相する複数の第4移相器と、を備える。 The transmitter according to still another aspect of the present invention includes a plurality of phased array antennas, a plurality of phase control transmitters for generating transmission signals having a predetermined frequency and phase to be supplied to each of the plurality of phased array antennas, and the above-mentioned. A plurality of fourth shifts that shift by a fourth phase difference between a synchronous signal path that supplies a synchronous signal of the frequency to a plurality of phase control transmitters and a plurality of synchronous signal supply units that are adjacent to each other in the synchronous signal path. It is equipped with a phased array.
本発明の更に他の態様に係る無線電力伝送システムは、無線電力伝送の送信アンテナ及び受信アンテナの少なくとも一方が、前記いずれかのフェイズドアレイアンテナである。
本発明の更に他の態様に係る無線通信システムは、無線通信の送信アンテナ及び受信アンテナの少なくとも一方が、前記いずれかのフェイズドアレイアンテナである。
In the wireless power transmission system according to still another aspect of the present invention, at least one of the transmitting antenna and the receiving antenna for wireless power transmission is one of the above-mentioned phased array antennas.
In the wireless communication system according to still another aspect of the present invention, at least one of the transmitting antenna and the receiving antenna of the wireless communication is one of the above-mentioned phased array antennas.
前記フェイズドアレイアンテナで送信又は受信される電磁波はマイクロ波又はミリ波であってもよい。 The electromagnetic wave transmitted or received by the phased array antenna may be a microwave or a millimeter wave.
本発明によれば、アンテナ素子の位相制御の制御系統数を削減した簡易な構成のフェイズドアレイアンテナを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a phased array antenna having a simple configuration in which the number of control systems for phase control of an antenna element is reduced.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
本実施形態に係るフェイズドアレイアンテナは、2次元的に又は3次元的に配列した複数のアンテナ素子を有するアンテナ装置である。フェイズドアレイアンテナは、複数のアンテナ素子の間で送信又は受信の信号の移相及び信号が制御され、任意の方向に指向性の主ビームの方向を向けるビームフォーミングが可能である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The phased array antenna according to the present embodiment is an antenna device having a plurality of antenna elements arranged two-dimensionally or three-dimensionally. The phased array antenna is capable of beamforming in which the phase shift and signal of the transmitted or received signal are controlled among a plurality of antenna elements and the direction of the directional main beam is directed in an arbitrary direction.
また、本実施形態のフェイズドアレイアンテナは、ビームフォーミングを必要とする長距離の無線通信又は無線電力伝送における大開口の送信フェイズドアレイアンテナに適する。マイクロ波を用いた無線電力伝送では、ビームフォーミングを必要とするだけでなく、伝送距離に応じたアンテナ開口面積が必要となる。例えば、送電対象が地上の車両等(送電距離が1m以下)の場合はアンテナ開口面積は1m2以下であるが、送電対象が比較的低い高度(例えば100m以下)の上空を飛行するドローン等の飛行体(送電距離が100m以下)の場合、アンテナ開口面積は数m2であることが想定される。更に、送電対象が比較的高い高度(例えば数百m以上20km以下)の成層圏を飛行する成層圏滞在型無人機、成層圏プラットフォーム、HAPS(高高度プラットフォーム局、高高度疑似衛星)等の飛行体(送電距離が20km以下)の場合、アンテナ開口面積は数10m2である。また、送電対象がより高い高度(例えば数10km以上3600km以下)に位置する宇宙太陽光発電所等(送電距離が3600km以下)の場合、アンテナ開口面積は数km2であることが想定される。このように無線伝送における送電距離に応じてアンテナ開口面積が拡大(アンテナ素子数が増加)するため、簡易且つ安価なフェイズドアレイアンテナが求められる。本実施形態のフェイズドアレイアンテナは、このような長距離の無線電力伝送システムにおけるビームフォーミング可能で簡易且つ安価な大開口のフェイズドアレイアンテナに適する。 Further, the phased array antenna of the present embodiment is suitable for a large-opening transmission phased array antenna in long-distance wireless communication or wireless power transmission that requires beamforming. Wireless power transmission using microwaves not only requires beamforming, but also requires an antenna opening area according to the transmission distance. For example, when the power transmission target is a vehicle on the ground (transmission distance is 1 m or less), the antenna opening area is 1 m 2 or less, but the power transmission target is a drone flying over a relatively low altitude (for example, 100 m or less). In the case of an air vehicle (power transmission distance is 100 m or less), it is assumed that the antenna opening area is several m 2. Furthermore, air vehicles (power transmission) such as stratospheric-staying unmanned aircraft, stratosphere platforms, and HAPS (high-altitude platform stations, high-altitude pseudo-satellite) that fly in the stratosphere at relatively high altitudes (for example, several hundred meters or more and 20 km or less). When the distance is 20 km or less), the antenna opening area is several tens of m 2 . Further, in the case of a space solar power plant or the like (transmission distance is 3600 km or less) located at a higher altitude (for example, several tens of kilometers or more and 3600 km or less), the antenna opening area is assumed to be several km 2. As described above, since the antenna opening area expands (the number of antenna elements increases) according to the transmission distance in wireless transmission, a simple and inexpensive phased array antenna is required. The phased array antenna of the present embodiment is suitable for a large-opening phased array antenna that can be beamformed, is simple, and is inexpensive in such a long-distance wireless power transmission system.
なお、本実施形態では、フェイズドアレイアンテナを主に送信アンテナとして構成した場合について説明するが、本実施形態のフェイズドアレイアンテナは受信アンテナとして構成することもできる。また、本実施形態では、2次元的に配列するアンテナ素子数が16個(=4個×4個)のフェイズドアレイアンテナの場合について主に説明するが、フェイズドアレイアンテナのアンテナ素子数は、図示の例に限られるものではない。 In this embodiment, a case where the phased array antenna is mainly configured as a transmitting antenna will be described, but the phased array antenna of the present embodiment can also be configured as a receiving antenna. Further, in the present embodiment, the case of a phased array antenna in which the number of antenna elements arranged two-dimensionally is 16 (= 4 × 4) will be mainly described, but the number of antenna elements of the phased array antenna is shown in the figure. It is not limited to the example of.
図1は、本発明の一実施形態に係るフェイズドアレイアンテナのアンテナ素子の配置例を示す説明図である。図1において、フェイズドアレイアンテナ10は、所定の周波数(例えばマイクロ波又はミリ波)の電磁波を送信して電力を伝送する無線伝送装置であり、4組のリニアアレイ部100(1)〜100(4)を備える。4組のリニアアレイ部100(1)〜100(4)はそれぞれ、図中のY方向(第1方向)に所定の間隔dyで配列した4個のアンテナ素子110(1,1)〜110(1,4)、110(2,1)〜110(2,4)、110(3,1)〜110(3,4)、110(4,1)〜110(4,4)を有する。4組のリニアアレイ部100(1)〜100(4)は図中のY方向と交差するX方向(第2方向)に所定の間隔dxで配列している。なお、アンテナ素子110のY方向の間隔dy及びX方向(第2方向)の間隔dxは同じ間隔dであってもよい。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an arrangement example of antenna elements of a phased array antenna according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the phased
アンテナ素子110は、例えばダイポールアンテナであるが、スロットアンテナ、ホーンアンテナ、マイクロストリップアンテナなどの、他の種類のアンテナ素子であってもよい。また、アンテナ素子110は、単一偏波面の電磁波を送受信可能なアンテナでもよいし、複数偏波面の電磁波又は円偏波面の電磁波を送受信可能なアンテナであってもよい。
The
なお、図示の例では、リニアアレイ部100(1)〜100(4)の配列方向(X方向)と、各リニアアレイ部中のアンテナ素子の配列方向(Y方向)とは実質的に直交しているが、その配列方向の交差角度は90度からずれていてもよい。また、図示の例では、アンテナ素子の配置面が実質的に平面である場合について示しているが、アンテナ素子の配置面は曲面であってもよい。 In the illustrated example, the arrangement direction (X direction) of the linear array units 100 (1) to 100 (4) is substantially orthogonal to the arrangement direction (Y direction) of the antenna elements in each linear array unit. However, the crossing angle in the arrangement direction may deviate from 90 degrees. Further, in the illustrated example, the case where the arrangement surface of the antenna element is substantially flat is shown, but the arrangement surface of the antenna element may be a curved surface.
図2(a)〜(c)はそれぞれ、本実施形態に係るフェイズドアレイアンテナ10において制御可能な指向性ビームBmの主方向の一例を示す説明図である。図2中のX軸及びY軸はそれぞれ、フェイズドアレイアンテナ10のアンテナ素子110が配置された素子配置面10s上に定義された互いに直交する座標軸(基準軸)であり、図1中のX方向及びY方向に対応する。図2中のZ軸は、フェイズドアレイアンテナ10の素子配置面10sに垂直な軸である。このZ軸を中心にして、フェイズドアレイアンテナ10の指向性ビームBmの主方向を変化させるビームステアリングが可能である。
2 (a) to 2 (c) are explanatory views showing an example of the main direction of the directional beam Bm that can be controlled by the phased
図2(a)において、アジマス角ψa及びエレベーション角ψeは、フェイズドアレイアンテナ10で送受信される電磁波の指向性ビームBmの主方向を規定する角度である。アジマス角ψaは、指向性ビームBmの主方向の方位角であり、素子配置面10s上の基準軸であるX軸を基準にし、指向性ビームBmの主方向を素子配置面10sに投影した投影方向Bm’の角度である。エレベーション角ψeは、指向性ビームBmの主方向の仰角であり、素子配置面10sを基準にした指向性ビームBmの主方向の角度である。
In FIG. 2A, the azimuth angle ψa and the elevation angle ψe are angles that define the main direction of the directional beam Bm of the electromagnetic wave transmitted and received by the phased
図2(b)は、フェイズドアレイアンテナ10によって制御可能な指向性ビームBmの主方向のY−Z面におけるZ軸を基準にしたエレベーション方向のビームステアリング角θeを示している。このY−Z面上のビームステアリング角θeは、リニアアレイ部100のY方向に配置されたアンテナ素子間の位相差Δφeを制御して変化させることができる。
FIG. 2B shows a beam steering angle θe in the elevation direction with respect to the Z axis in the YZ plane in the main direction of the directional beam Bm that can be controlled by the phased
図2(c)は、フェイズドアレイアンテナ10によって制御可能な指向性ビームBmの主方向のZ−X面におけるZ軸を基準にしたアジマス方向のビームステアリング角θaを示している。このZ−X面上のビームステアリング角θaは、リニアアレイ部100のX方向に配置されたアンテナ素子間の第2位相差Δφaを制御して変化させることができる。
FIG. 2C shows a beam steering angle θa in the azimuth direction with respect to the Z axis in the ZX plane in the main direction of the directional beam Bm that can be controlled by the phased
図3は、本実施形態に係るフェイズドアレイアンテナ10の概略構成の一例を示す説明図である。フェイズドアレイアンテナ10は、複数の第1伝送線路120と、複数の第1移相器121とを備える。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a schematic configuration of the phased
第1伝送線路120は、複数のリニアアレイ部100それぞれの長手方向(図1のY方向参照)に沿って延在し、リニアアレイ部100の複数のアンテナ素子110に結合する複数の第1結合部122を有する。
The
第1移相器(「エレベーション方向のステアリング移相器」ともいう。)121は、複数の第1伝送線路120それぞれにおける互いに隣り合う第1結合部122の間で高周波信号RFを第1位相差(Δφe)だけ移相する。第1位相差(Δφe)は、指向性ビームBmの主方向の仰角であるエレベーション角ψeに対応するエレベーション方向のビームステアリング角θe(図2(b)参照)を設定するための位相差である。
The first phase shifter (also referred to as “steering phase shifter in the elevation direction”) 121 places the high frequency signal RF first among the
更に、フェイズドアレイアンテナ10は、第2伝送線路130と複数の第2移相器131とを備える。
Further, the phased
第2伝送線路130は、複数のリニアアレイ部100の配列方向(図1のX方向参照)に沿って延在し、複数の第1伝送線路120それぞれの一方の端部(図中下側の端部)に結合する複数の第2結合部132を有する。第2結合部132と第1伝送線路120との間には直流成分を遮断するためのキャパシタC1を有する。
The
第2移相器(「アジマス方向のステアリング移相器」ともいう。)131は、第2伝送線路130における互いに隣り合う第2結合部132の間で高周波信号RFを第2位相差(Δφa)だけ移相する。第2位相差(Δφa)は、指向性ビームBmの主方向の方位角であるアジマス角ψaに対応するアジマス方向のビームステアリング角θa(図2(c)参照)を設定するための位相差である。
The second phase shifter (also referred to as “steering phase shifter in the azimuth direction”) 131 transmits a high frequency signal RF between the
第2伝送線路130の一方の端部(送信信号発生部である高周波信号源20とは反対側の端部)には、交流成分を遮断するインダクタL1を介して、第2位相差(Δφa)を制御するための直流電圧Vdc1[V]が印加される。
At one end of the second transmission line 130 (the end opposite to the high
第2伝送線路130のもう一方の端部(高周波信号源20側の端部)と高周波信号源20との間には、直流成分を遮断するためのキャパシタC2を有する。
A capacitor C2 for blocking a DC component is provided between the other end of the second transmission line 130 (the end on the high
第2伝送線路130の高周波信号源20側の端部における直流成分の電位はゼロ電位であるため、第2伝送線路130の端部間には直流成分の電圧Vdc1[V]が印加された状態になっている。この電圧Vdc1[V]により、後述のハイブリッド結合型のアナログ移相器で構成された第2移相器131の第2位相差(Δφa)が制御される。
Since the potential of the DC component at the end of the
また、複数の第1伝送線路120の一方の端部(第2伝送線路130とは反対側の端部)には、交流成分を遮断するインダクタL0を介して、第1位相差(Δφe)を制御するための直流電圧Vdc2[V]が印加される。電圧0[V]〜Vdc2[V]により、後述のハイブリッド結合型のアナログ移相器で構成された第1移相器121の第1位相差(Δφe)が制御される。
Further, a first phase difference (Δφe) is provided to one end of the plurality of first transmission lines 120 (the end opposite to the second transmission line 130) via an inductor L0 that cuts off an AC component. A DC voltage Vdc2 [V] for control is applied. The voltage 0 [V] to Vdc2 [V] controls the first phase difference (Δφe) of the
図4は、図3のフェイズドアレイアンテナ10の破線で囲まれた4番目のリニアアレイ部100(4)におけるエレベーション方向のビームステアリング用回路101の構成の一例を示す説明図である。第1伝送線路120における複数のアンテナ素子110に結合する複数の第1結合部122はそれぞれ、アンテナ素子110の下端面に対して、所定の空隙sを介して対向することにより、高周波信号RFを非接触でアンテナ素子110に伝達する結合器を構成している。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of the
複数の第1結合部122における結合器の空隙sは、第1伝送線路120に高周波信号が供給される第2伝送線路130との第2結合部から遠ざかるほど狭くして結合度を高めるようにしてもよい。これにより、第1伝送線路120を伝送されている高周波信号RFが減衰する場合でも、複数のアンテナ素子110に伝達される高周波信号RFの強度がアンテナ素子間でばらつかないで互いに均一になるようにすることができる。
The gaps s of the coupler in the plurality of
また、図4において、複数の第1移相器121はそれぞれ、印加電圧に応じて位相変化量が変化するハイブリッド結合型のアナログ移相器である。第1移相器121は、例えば0°〜90°の範囲で移相することができる一種の可変リアクタンス回路であり、印加電圧により静電容量が変化する可変容量素子であるバラクタダイオード121dを、対象信号の1/4波長より短い伝送線路(インピーダンス線路)121cで接続した構成を有する。図4の例では、第1伝送線路120に印加される電圧(Vdc2)[V]により、複数の第1移相器121はそれぞれ、第1位相差(Δφe)だけ高周波信号RFを移相する。第1伝送線路120に入力される時点で高周波信号RFは第2伝送線路130の3つの第2移相器131により第2位相差Δφaの3倍分だけ移相済みであるので、図中の4つのアンテナ素子110から放射される電磁波の位相はそれぞれ、3Δφa、3Δφa+Δφe、3Δφa+2Δφe、及び、3Δφa+3Δφeとなる。
Further, in FIG. 4, each of the plurality of
図5は、図3のフェイズドアレイアンテナ10における破線で囲まれたアジマス方向のビームステアリング用回路102の構成の一例を示す説明図である。図5では、図示の都合上、前述の複数のリニアアレイ部100のアンテナ素子110のうち、第2伝送線路130に最も近いアンテナ素子110について図示している。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of the
なお、複数のリニアアレイ部100の並び方向(図中の左右方向)に関して、各リニアアレイ部100における結合器の空隙sは、高周波信号源20から遠ざかるほど(図中の右側ほど)狭くして結合度を高めるようにしてもよい。これにより、第2伝送線路130を伝送されている高周波信号RFが減衰する場合でも、各リニアアレイ部100の複数のアンテナ素子110に伝達される高周波信号RFの強度がアンテナ素子間でばらつかないで互いに均一になるようにすることができる。
Regarding the arrangement direction of the plurality of linear array units 100 (left-right direction in the figure), the gaps s of the coupler in each
また、図5において、複数の第2移相器131はそれぞれ、前述の第1移相器121と同様に、印加電圧に応じて位相変化量が変化するハイブリッド結合型のアナログ移相器である。第2移相器131は、例えば0°〜90°の範囲で移相することができる一種の可変リアクタンス回路であり、印加電圧により静電容量が変化する可変容量素子であるバラクタダイオード131dを、対象信号の1/4波長より短い伝送線路(インピーダンス線路)131cで接続した構成を有する。図5の例では、第2伝送線路130に印加される電圧(Vdc1)[V]により、第2位相差(Δφa)だけ高周波信号RFを移相する。図中の4つのリニアアレイ部の手前側のアンテナ素子110から放射される電磁波の位相はそれぞれ、0°、Δφa、2Δφa、及び、3Δφaとなる。
Further, in FIG. 5, each of the plurality of
図6は、本実施形態に係るフェイズドアレイアンテナ10における移相器121、131の位相差φ(φe,φa)とステアリング角θ(θe,θa)との関係の一例を示す説明図である。なお、図6では、説明を簡単にするため、移相器121、131で移相する位相差φe,φaを位相差φと表記し、エレベーション方向及びアジマス方向のステアリング角θe,θaをステアリング角θと表記している。また、複数の移相器121、131を含む伝送線路120,130の両端には直流のVdcが印加される。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of the relationship between the phase difference φ (φe, φa) of the
図6において、高周波信号RFの波長をλ[m]とし、アンテナ素子110の間隔をd[m]とし、アンテナ素子110の個数をn個とすると、指向性ビームBmの主方向のステアリング角θは、次式(1)で計算することができる。
図7は、本実施形態に係るフェイズドアレイアンテナ10を備える送信装置1の概略構成の一例を示すブロック図である。図7において、送信装置1は、前述の構成を有するフェイズドアレイアンテナ10と、フェイズドアレイアンテナ10に供給する高周波信号RFを発生する高周波信号源20と、フェイズドアレイアンテナ10に供給する制御信号としての直流電圧Vdc1、Vdc2を生成する直流電源30と、制御部40とを備える。
FIG. 7 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a
制御部40は、例えば、送信対象の位置情報と、フェイズドアレイアンテナ10又は送信装置1自体の位置情報とに基づいて、指向性ビームBmのエレベーション方向のビームステアリング角θe及びアジマス方向のビームステアリング角θaの目標角度を決定する。更に、制御部40は、ビームステアリング角θe及びθaの目標角度に基づいて、フェイズドアレイアンテナ10に供給する制御信号としての直流電圧Vdc1、Vdc2の目標値を決定し、直流電圧Vdc1、Vdc2を出力するように直流電源30を制御する。また、制御部40は、高周波信号源20から出力される高周波信号RFのON/OFF及び周波数を制御してもよい。
The
以上、図1〜図7に例示した実施形態では、16個(4個×4個)のアンテナ素子110を有するフェイズドアレイアンテナ10の指向性ビームBmの主方向を2つの位相制御系統(直流電圧Vdc1及びVdc2)で制御することができるので、装置構成が簡易になり低コスト化を図ることができる。しかも、その指向性ビームBmの主方向の可変角度範囲が制限されることもない。これに対して、従来のフェイズドアレイアンテナでは、16個のアンテナ素子の位相を個別に制御するため16個の位相制御系統が必要になり、装置構成が複雑になり高コストになる。また、従来の複数のアンテナ素子を有するアレイユニットに対して一つの移相器を設けたサブアレイ構成では、ステアリング可能な角度を大きく制限してしまう。
As described above, in the embodiment illustrated in FIGS. 1 to 7, the main direction of the directional beam Bm of the phased
なお、本実施形態において、フェイズドアレイアンテナは、前述の複数のリニアアレイ部をそれぞれ有する複数のアレイユニットで構成してもよい。 In this embodiment, the phased array antenna may be composed of a plurality of array units each having the above-mentioned plurality of linear array units.
図8は、本発明の他の実施形態に係るフェイズドアレイアンテナ11の概略構成の一例を示す説明図である。なお、図8において、前述の図3と共通する部分については同じ符号を付し、説明を省略する。また、図8の例は、図中のX方向(横方向)に2組のアレイユニット10(1),10(2)を備えた例であるが、X方向(横方向)に3組以上のアレイユニットを展開して備えてもよいし、図中のY方向(縦方向)に2組以上のアレイユニットを展開して備えてもよい。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of a schematic configuration of a phased
図8において、フェイズドアレイアンテナ11は、16個(4個×4個)のアンテナ素子110を有するアレイユニット10(1),10(2)を2組備える。更に、複数のアレイユニット10(1),10(2)はそれぞれ、アレイユニット10(1),10(2)と送信信号発生部としての高周波信号源20との間で第3位相差(Δφ1,Δφ2)だけ高周波信号RFを移相する複数の第3移相器(「チューニング移相器」ともいう。)133(1),133(2)を備える。第3移相器133は、例えば、直流成分を遮断するためのキャパシタC2とともに、第2伝送線路130と高周波信号源20との間に設けられる。第3移相器133(1),133(2)は、アンテナ全体による指向性ビームBmの主方向の等位相面を調整するための第3位相差Δφn(n=1,2)だけ高周波信号RFを移相するための移相器である。なお、移相器133(1)は省略することも可能である。
In FIG. 8, the phased
第3移相器133(1),133(2)で移相する第3位相差Δφ1,Δφ2は、フェイズドアレイアンテナ11の全体目標指向方向(指向性ビームBmの主方向)に対する複数のアレイユニット10(1),10(2)それぞれの等位相面が同一面上に位置するように設定される。
The third phase differences Δφ1 and Δφ2, which are phase-shifted by the third phase shifters 133 (1) and 133 (2), are a plurality of array units with respect to the overall target directivity direction (the main direction of the directional beam Bm) of the phased
図9は、図8のフェイズドアレイアンテナにおける移相器の位相差とステアリング角と等位相面との関係の一例を示す説明図である。なお、図9において、前述の図3と共通する部分については同じ符号を付し、説明を省略する。 FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of the relationship between the phase difference of the phase shifter in the phased array antenna of FIG. 8 and the steering angle and the equiphase plane. In FIG. 9, the same reference numerals are given to the parts common to those in FIG. 3, and the description thereof will be omitted.
第3移相器133(1),133(2)はそれぞれ、前述の第1移相器121及び第2移相器131と同様に、印加電圧に応じて位相変化量が変化するハイブリッド結合型のアナログ移相器であってもよい。第3移相器133(1),133(2)はそれぞれ、キャパシタC3を介して高周波信号RFが入力され、第3位相差Δφ1,Δφ2だけ移相された後、キャパシタC4を介してアンテナ素子側に出力される。
The third phase shifters 133 (1) and 133 (2) are hybrid-coupled types in which the amount of phase change changes according to the applied voltage, as in the case of the
第3移相器133(1),133(2)の第3位相差Δφ1,Δφ2はそれぞれ、交流成分を遮断するインダクタL3を介して印加されるVdc3(1)、Vdc3(2)により制御される。 The third phase differences Δφ1 and Δφ2 of the third phase shifters 133 (1) and 133 (2) are controlled by Vdc3 (1) and Vdc3 (2) applied via the inductor L3 that cuts off the AC component, respectively. NS.
図9において、第3移相器133(1),133(2)の第3位相差Δφ1,Δφ2はそれぞれ、フェイズドアレイアンテナ11の全体目標指向方向(指向性ビームBmの主方向)に対する複数のアレイユニット10(1),10(2)それぞれの等位相面が同一面上に位置するように、例えば次のように設定される。すなわち、高周波信号RFの波長をλ[m]とし、アレイユニット10(1),10(2)のアンテナ素子110の間隔をd[m]とし、各アレイユニット10(1),10(2)のアンテナ素子110の個数をn個とし、指向性ビームBmの主方向のステアリング角をθとすると、第3移相器133(1),133(2)の第3位相差Δφ1,Δφ2は、次式(2)を満たすように設定される。ただし、図8,図9および式(2)は第3移相器133(1),133(2)に対して同相信号が入力される条件を想定する。同相信号が入力されない場合、第3移相器133(1),133(2)の出力位相をφ1,φ2と定義し、図8,図9および式(2)におけるΔφ1,Δφ2をφ1,φ2とそれぞれ置換してもよい。
図10は、図8のフェイズドアレイアンテナにおける第3移相器であるチューニング移相器133(1),133(2)の位相差(Δφ2−Δφ1)と指向性ビームの利得のプロファイルとの関係を計算したコンピュータ・シミュレーション結果の一例を示す説明図である。図10は、図8のアンテナ・回路モデルに対して3次元電磁界解析および高周波回路解析の連成解析を行った結果である。このコンピュータ・シミュレーションにおいて、アンテナ素子形状は円形パッチアンテナとし、リニア偏波を想定した。また、解析周波数は5.8GHzに設定し、アレイアンテナ間隔は0.6波長に設定した。フェイズドアレイアンテナ11の全体目標指向方向(指向性ビームBmの主方向)は、フェイズドアレイアンテナ11の素子配置面からZ軸の方向に10°傾いた方向(アジマス方向のビームステアリング角θa=10°)である。 FIG. 10 shows the relationship between the phase difference (Δφ2-Δφ1) of the tuning phase shifters 133 (1) and 133 (2), which are the third phase shifters in the phased array antenna of FIG. 8, and the gain profile of the directional beam. It is explanatory drawing which shows an example of the computer simulation result which calculated. FIG. 10 shows the results of coupled analysis of three-dimensional electromagnetic field analysis and high-frequency circuit analysis on the antenna circuit model of FIG. In this computer simulation, the antenna element shape is a circular patch antenna, and linearly polarized waves are assumed. The analysis frequency was set to 5.8 GHz, and the array antenna spacing was set to 0.6 wavelength. The overall target directivity direction of the phased array antenna 11 (main direction of the directional beam Bm) is a direction inclined by 10 ° in the Z-axis direction from the element arrangement surface of the phased array antenna 11 (beam steering angle θa in the azimuth direction θa = 10 °). ).
図10の実線は、アレイユニット10(1),10(2)の等位相面が同一面上に位置するようにチューニング移相器133(1),133(2)の位相差(Δφ2−Δφ1)を160°に設定したときのシミュレーション結果である。この結果により、指向性ビームBmの主方向は単一であり、目標のアジマス方向のビームステアリング角θa=10°の方向に位置することがわかる。一方、図10の破線は、チューニング移相器133(1),133(2)の位相差(Δφ2−Δφ1)を0°に設定したときのシミュレーション結果である。この結果により、指向性ビームBmの主方向は2つ存在し、目標のアジマス方向のビームステアリング角θa=10°の方向からずれていることがわかる。 The solid line in FIG. 10 shows the phase difference (Δφ2-Δφ1) of the phase shifters 133 (1) and 133 (2) tuned so that the equiphase planes of the array units 10 (1) and 10 (2) are located on the same plane. ) Is set to 160 °. From this result, it can be seen that the directional beam Bm has a single main direction and is located in the direction of the beam steering angle θa = 10 ° in the target azimuth direction. On the other hand, the broken line in FIG. 10 is a simulation result when the phase difference (Δφ2-Δφ1) of the tuning phase shifters 133 (1) and 133 (2) is set to 0 °. From this result, it can be seen that there are two main directions of the directional beam Bm, which are deviated from the direction of the beam steering angle θa = 10 ° in the target azimuth direction.
図11は、図8のフェイズドアレイアンテナのアレイユニット10(1),10(2)を備える送信装置1の概略構成の一例を示すブロック図である。図11において、送信装置1は、前述の構成を有する複数のアレイユニット10(1),10(2)と、フェイズドアレイアンテナのアレイユニット10(1),10(2)それぞれに供給する高周波信号RFを発生する高周波信号源20と、アレイユニット10(1),10(2)に供給する制御信号としての直流電圧Vdc1、Vdc2,Vdc3(1),Vdc3(2)を生成する直流電源30と、制御部40とを備える。
FIG. 11 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a
制御部40は、例えば、送信対象の位置情報と、フェイズドアレイアンテナのアレイユニット10(1),10(2)又は送信装置1自体の位置情報とに基づいて、指向性ビームBmのエレベーション方向のビームステアリング角θe及びアジマス方向のビームステアリング角θaの目標角度を決定し、そのビームステアリング角θe及びθaの目標角度に基づいて、フェイズドアレイアンテナ10に供給する制御信号としての直流電圧Vdc1、Vdc2の目標値を決定し、その直流電圧Vdc1、Vdc2を出力するように直流電源30を制御する。また、制御部40は、ビームステアリング角θe及びθaの目標角度に基づいて、フェイズドアレイアンテナのアレイユニット10(1),10(2)による指向性ビームBmの主方向の等位相面を調整するための直流電圧Vdc3(1)、Vdc3(2)の目標値を決定し、その直流電圧Vdc3(1)、Vdc3(2)を出力するように直流電源30を制御する。また、制御部40は、高周波信号源20から出力される高周波信号RFのON/OFF及び周波数を制御してもよい。
The
以上、図8〜図11に例示した実施形態では、32個(4個×8個)のアンテナ素子110を有する複数アレイユニット統合型のフェイズドアレイアンテナ11の指向性ビームBmの主方向を4つの位相制御系統(直流電圧Vdc1、Vdc2,Vdc3(1),Vdc3(2))で制御することができるので、装置構成が簡易になり低コスト化を図ることができる。しかも、その指向性ビームBmの主方向の可変角度範囲が制限されることもない。
As described above, in the embodiment illustrated in FIGS. 8 to 11, there are four main directions of the directional beam Bm of the multi-array unit integrated phased
図12は、更に他の実施形態に係る進行波型のアンテナ装置2の概略構成の一例を示す説明図である。特に、図12に例示する進行波型のアンテナ装置2は、簡易且つ安価な大開口のビームフォーミング可能なアンテナ装置を構成することができるため、長距離の無線電力伝送システム及び無線通信システムに適する。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of a schematic configuration of the traveling wave
図12において、アンテナ装置2は、所定方向(図示の例ではX方向)に配列した複数(M個)の複数アレイユニット統合型のフェイズドアレイアンテナ11(1)〜11(M)を備える。複数のフェイズドアレイアンテナ11(1)〜11(M)はそれぞれ、2次元的に配列された複数(N個)のアレイユニット10(1,1),10(1,2),・・・,10(2,1),10(2,2),・・・を備える。図12のフェイズドアレイアンテナ11(1)〜11(M)は、2行2列の合計4個のアレイユニット10を備えているが、アレイユニット10は図中のX方向及びY方向それぞれの方向に3個以上備えてもよい。
In FIG. 12, the
図13は、図12の進行波型のアンテナ装置2を備える送信装置1の一例を示す説明図である。図13の送信装置1では、目標の方向に高電力の電磁波を放射することができる。図13において、送信装置1は、前述の進行波型のアンテナ装置2と、アンテナ装置2の複数のフェイズドアレイアンテナ11(1)〜11(M)それぞれに高電力の高周波信号RF(1)〜RF(M)を供給する位相制御発信機24(1)〜24(M)及び分配器25(1)〜25(M)を備える。
FIG. 13 is an explanatory diagram showing an example of a
位相制御発信機24(1)〜24(M)は、例えば、高電力の高周波信号を出力可能な真空管を用いた位相制御真空管発信機であり、基準信号源21から出力され同期信号経路22を介して伝送される注入同期信号Sに基づいて、所定の周波数及び位相の高周波信号RF(1)〜RF(M)を出力する。図中左から第1番目の位相制御発信機24(1)は、注入同期信号Sに同期した位相θs1の高周波信号RF(1)を出力する。
The phase control transmitters 24 (1) to 24 (M) are, for example, phase control vacuum tube transmitters using a vacuum tube capable of outputting a high frequency signal of high power, and are output from the
また、同期信号経路22における互いに隣り合う複数の同期信号供給部22aの間で所定の第4位相差(Δθs)だけ注入同期信号Sを移相する複数の移相器23(1)〜23(M−1)を備える。複数の移相器23(1)〜23(M−1)はそれぞれ、例えば、印加電圧に応じて位相変化量が変化するハイブリッド結合型のアナログ移相器である。この移相器23(1)〜23(M−1)により、第2番目以降の位相制御発信機24(2),24(3),・・・,24(M)にはそれぞれ、注入同期信号Sに同期した位相θs1+Δθs,θs1+Δθs×2,・・・,θs1+Δθs×(M−1)の高周波信号RF(2),RF(3),・・・,RF(M)を出力する。
Further, the plurality of phase shifters 23 (1) to 23 (1) to 23 (1) to transfer the injection synchronization signal S by a predetermined fourth phase difference (Δθs) between the plurality of synchronization
分配器25(1)〜25(M)はそれぞれ、位相制御発信機24(1)〜24(M)から出力された高周波信号RF(1)〜RF(M)をN個に分配して、フェイズドアレイアンテナ11(1)〜11(M)に供給する。分配器25(1)〜25(M)は、例えば、高電力の高周波信号を分解可能な導波路型の分配器である。 The distributors 25 (1) to 25 (M) distribute the high frequency signals RF (1) to RF (M) output from the phase control transmitters 24 (1) to 24 (M) into N units, respectively. It is supplied to the phased array antennas 11 (1) to 11 (M). The distributors 25 (1) to 25 (M) are, for example, waveguide type distributors capable of decomposing high-frequency signals having high power.
制御部40は、例えば、送信対象の位置情報とアンテナ装置2の位置情報とに基づいて、指向性ビームBmのエレベーション方向のビームステアリング角θe及びアジマス方向のビームステアリング角θaの目標角度を決定する。更に、制御部40は、ビームステアリング角θe及びθaの目標角度に基づいて、移相器23(1)〜23(M−1)が移相する第4位相差(Δθs)に対応する直流電圧Vdc4を同期信号経路22の端部22bに印加するように直流電源30を制御する。また、制御部40は、基準信号源21から出力される注入同期信号SのON/OFF及び周波数を制御したり、位相制御発信機24(1)〜24(M)から出力される高周波信号RF(1)〜RF(M)のON/OFF及び周波数を制御したりしてもよい。
The
以上、本実施形態のフェイズドアレイアンテナ10によれば、従来のサブアレイ構成のフェイズドアレイアンテナに比して、指向性ビームBmの主方向の可変角度範囲を制限することなく、アンテナ素子110の位相制御の制御系統数を抑制することができ、簡易で安価な構成とすることができる。
As described above, according to the phased
また、本実施形態のフェイズドアレイアンテナ10は、無線電力電送システムにおける無線電力伝送の送信アンテナ及び受信アンテナの少なくとも一方に用いたり、無線通信システムにおける無線通信の送信アンテナ及び受信アンテナの少なくとも一方に用いたりすることができる。
Further, the phased
なお、本明細書で説明された処理工程並びにフェイズドアレイアンテナ、送信装置、無線電力伝送システム及び無線通信システムの構成要素は、様々な手段によって実装することができる。例えば、これらの工程及び構成要素は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又は、それらの組み合わせで実装されてもよい。 The processing steps described herein and the components of the phased array antenna, transmitter, wireless power transfer system and wireless communication system can be implemented by various means. For example, these processes and components may be implemented in hardware, firmware, software, or a combination thereof.
ハードウェア実装については、実体(例えば、各種無線通信装置、Node B、端末、ハードディスクドライブ装置、又は、光ディスクドライブ装置)において上記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、1つ又は複数の、特定用途向けIC(ASIC)、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)、デジタル信号処理装置(DSPD)、プログラマブル・ロジック・デバイス(PLD)、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、電子デバイス、本明細書で説明された機能を実行するようにデザインされた他の電子ユニット、コンピュータ、又は、それらの組み合わせの中に実装されてもよい。 Regarding hardware implementation, means such as a processing unit used to realize the above steps and components in an entity (for example, various wireless communication devices, Node Bs, terminals, hard disk drive devices, or optical disk drive devices) One or more application-specific ICs (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), field programmable gate arrays (FPGAs), processors , Controllers, microcontrollers, microprocessors, electronic devices, other electronic units designed to perform the functions described herein, computers, or combinations thereof.
また、ファームウェア及び/又はソフトウェア実装については、上記構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、本明細書で説明された機能を実行するプログラム(例えば、プロシージャ、関数、モジュール、インストラクション、などのコード)で実装されてもよい。一般に、ファームウェア及び/又はソフトウェアのコードを明確に具体化する任意のコンピュータ/プロセッサ読み取り可能な媒体が、本明細書で説明された上記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段の実装に利用されてもよい。例えば、ファームウェア及び/又はソフトウェアコードは、例えば制御装置において、メモリに記憶され、コンピュータやプロセッサにより実行されてもよい。そのメモリは、コンピュータやプロセッサの内部に実装されてもよいし、又は、プロセッサの外部に実装されてもよい。また、ファームウェア及び/又はソフトウェアコードは、例えば、ランダムアクセスメモリ(RAM)、リードオンリーメモリ(ROM)、不揮発性ランダムアクセスメモリ(NVRAM)、プログラマブルリードオンリーメモリ(PROM)、電気的消去可能PROM(EEPROM)、FLASHメモリ、フロッピー(登録商標)ディスク、コンパクトディスク(CD)、デジタルバーサタイルディスク(DVD)、磁気又は光データ記憶装置、などのような、コンピュータやプロセッサで読み取り可能な媒体に記憶されてもよい。そのコードは、1又は複数のコンピュータやプロセッサにより実行されてもよく、また、コンピュータやプロセッサに、本明細書で説明された機能性のある態様を実行させてもよい。 Further, for firmware and / or software implementation, means such as a processing unit used to realize the above components are programs (eg, procedures, functions, modules, instructions) that execute the functions described herein. , Etc.) may be implemented. In general, any computer / processor readable medium that clearly embodies the firmware and / or software code is a means such as a processing unit used to implement the steps and components described herein. May be used to implement. For example, the firmware and / or software code may be stored in memory and executed by a computer or processor, for example, in a control device. The memory may be mounted inside the computer or processor, or it may be mounted outside the processor. The firmware and / or software code may be, for example, a random access memory (RAM), a read-only memory (ROM), a non-volatile random access memory (NVRAM), a programmable read-only memory (PROM), or an electrically erasable PROM (EEPROM). ), FLASH memory, floppy (registered trademark) discs, compact discs (CDs), digital versatile discs (DVDs), magnetic or optical data storage devices, etc. good. The code may be executed by one or more computers or processors, or the computers or processors may be made to perform functional embodiments described herein.
また、前記媒体は非一時的な記録媒体であってもよい。また、前記プログラムのコードは、コンピュータ、プロセッサ、又は他のデバイス若しくは装置機械で読み込んで実行可能であれよく、その形式は特定の形式に限定されない。例えば、前記プログラムのコードは、ソースコード、オブジェクトコード及びバイナリコードのいずれでもよく、また、それらのコードの2以上が混在したものであってもよい。 Further, the medium may be a non-temporary recording medium. Further, the code of the program may be read and executed by a computer, a processor, or another device or device machine, and the format thereof is not limited to a specific format. For example, the code of the program may be any of source code, object code, and binary code, or may be a mixture of two or more of these codes.
また、本明細書で開示された実施形態の説明は、当業者が本開示を製造又は使用するのを可能にするために提供される。本開示に対するさまざまな修正は当業者には容易に明白になり、本明細書で定義される一般的原理は、本開示の趣旨又は範囲から逸脱することなく、他のバリエーションに適用可能である。それゆえ、本開示は、本明細書で説明される例及びデザインに限定されるものではなく、本明細書で開示された原理及び新規な特徴に合致する最も広い範囲に認められるべきである。 Also, the description of the embodiments disclosed herein is provided to allow one of ordinary skill in the art to manufacture or use the present disclosure. Various amendments to this disclosure will be readily apparent to those of skill in the art and the general principles defined herein are applicable to other variations without departing from the spirit or scope of this disclosure. Therefore, this disclosure is not limited to the examples and designs described herein, but should be recognized in the broadest range consistent with the principles and novel features disclosed herein.
1 :送信装置
2 :アンテナ装置
10,11: フェイズドアレイアンテナ
10(1),10(2): アレイユニット
10s :素子配置面
11 :フェイズドアレイアンテナ
20 :高周波信号源
21 :基準信号源
22 :同期信号経路
22a :同期信号供給部
22b :端部
23 :移相器
24 :位相制御発信機
25 :分配器
30 :直流電源
40 :制御部
100、100(1)〜100(4) :リニアアレイ部
101、102 :ビームステアリング用回路
110 :アンテナ素子
120 :第1伝送線路
121 :第1移相器
121d :バラクタダイオード
122 :第1結合部
130 :第2伝送線路
131 :第2移相器
131d :バラクタダイオード
132 :第2結合部
133 :第3移相器(チューニング移相器)
1: Transmitting device 2:
Claims (7)
第1方向に等間隔で配列した複数のアンテナ素子を有し、前記第1方向と交差する第2方向に等間隔で配列した複数のリニアアレイ部と、
前記複数のリニアアレイ部それぞれの長手方向に沿って延在し、該リニアアレイ部の複数のアンテナ素子に結合する複数の第1結合部を有する複数の第1伝送線路と、
前記複数の第1伝送線路それぞれにおける互いに隣り合う前記第1結合部の間に挿入され第1位相差(Δφe)だけ移相する一又は複数の第1移相器と、
前記複数のリニアアレイ部の配列方向に沿って延在し、前記複数の第1伝送線路の端部に結合する複数の第2結合部を有する第2伝送線路と、
前記第2伝送線路における互いに隣り合う前記第2結合部の間に挿入され第2位相差(Δφa)だけ移相する一又は複数の第2移相器と、を備え、
前記複数の第1移相器はそれぞれ、前記第1伝送線路に沿った方向における入力端と出力端との間の印加直流電圧に応じて前記第1位相差(Δφe)が変化するハイブリッド結合型のアナログ移相器であり、
前記複数の第1伝送線路の前記第2結合部から遠い複数の端部のそれぞれに直流電圧(Vdc2)が印加され、
前記複数の第1結合部は、前記アンテナ素子との間に空隙を有する結合器であり、
前記第1伝送線路における前記複数の第1結合部の空隙は、該第1伝送線路の前記第2伝送線路との第2結合部から遠ざかるほど狭く、
前記複数の第2移相器はそれぞれ、前記第2伝送線路に沿った方向における入力端と出力端との間の印加直流電圧に応じて前記第2位相差(Δφa)が変化するハイブリッド結合型のアナログ移相器であり、
前記第2伝送線路の一方の端部に直流電圧(Vdc1)が印加され他方の端部に直流成分を遮断するためのキャパシタを介して高周波信号源が接続され、
前記複数の第2結合部は、前記第1伝送線路の前記直流電圧(Vdc2)が印加される端部とは反対側の端部との間に空隙を有する結合器であり、
前記第2伝送線路における前記複数の第2結合部の空隙は、前記高周波信号源から遠ざかるほど狭い、ことを特徴とするフェイズドアレイアンテナ。 It ’s a phased array antenna.
A plurality of linear array units having a plurality of antenna elements arranged at equal intervals in the first direction and arranged at equal intervals in a second direction intersecting with the first direction.
A plurality of first transmission lines extending along the longitudinal direction of each of the plurality of linear array portions and having a plurality of first coupling portions coupled to a plurality of antenna elements of the linear array portion.
One or more first phase shifters inserted between the first coupling portions adjacent to each other in each of the plurality of first transmission lines and phase-shifting by the first phase difference (Δφe).
A second transmission line extending along the arrangement direction of the plurality of linear array portions and having a plurality of second coupling portions coupled to the ends of the plurality of first transmission lines.
It comprises one or more second phase shifters inserted between the second coupling portions adjacent to each other in the second transmission line and phase-shifted by a second phase difference (Δφa).
Each of the plurality of first phase shifters is a hybrid coupling type in which the first phase difference (Δφe) changes according to the applied DC voltage between the input end and the output end in the direction along the first transmission line. It is an analog phase shifter of
A DC voltage (Vdc2) is applied to each of the plurality of ends of the plurality of first transmission lines far from the second coupling portion.
The first coupling portion of the plurality is a coupler having a gap between the antenna elements,
The voids of the plurality of first coupling portions in the first transmission line are narrower as the distance from the second coupling portion of the first transmission line with the second transmission line increases.
Each of the plurality of second phase shifters is a hybrid coupling type in which the second phase difference (Δφa) changes according to the applied DC voltage between the input end and the output end in the direction along the second transmission line. It is an analog phase shifter of
A DC voltage (Vdc1) is applied to one end of the second transmission line, and a high-frequency signal source is connected to the other end via a capacitor for blocking the DC component.
The second coupling portion of said plurality, the the said end portion to which a DC voltage (Vdc2) is applied to the first transmission line is a coupler having a gap between the end portion on the opposite side,
Wherein the plurality of voids of the second coupling portion of the second transmission line is narrower as the distance from the high frequency signal source, phased array antenna, characterized in that.
前記複数のリニアアレイ部を有するアレイユニットを複数備え、
前記複数のアレイユニットはそれぞれ、前記アレイユニットごとに設定された第3位相差だけ送信信号又は受信信号を移相する複数の第3移相器を備えることを特徴とするフェイズドアレイアンテナ。 In the phased array antenna of claim 1,
A plurality of array units having the plurality of linear array units are provided.
Each of the plurality of array units is a phased array antenna, comprising a plurality of third phase shifters that shift a transmission signal or a reception signal by a third phase difference set for each of the array units.
前記複数の第3移相器で移相する前記第3位相差は、当該フェイズドアレイアンテナの全体目標指向方向における前記複数のアレイユニットそれぞれの等位相面が同一面上に位置するように設定したことを特徴とするフェイズドアレイアンテナ。 In the phased array antenna of claim 2,
The third phase difference phase-shifted by the plurality of third phase shifters is set so that the equiphase planes of the plurality of array units in the overall target directivity direction of the phased array antenna are located on the same plane. A phased array antenna that features that.
請求項2又は3に記載された前記複数のアレイユニットを含むフェイズドアレイアンテナを複数備え、
前記複数のフェイズドアレイアンテナはそれぞれ、前記複数のフェイズドアレイアンテナの空間的な配列位置関係に基づいて、当該アンテナ装置の全体目標指向方向における前記複数のフェイズドアレイアンテナそれぞれの等位相面が同一面上に位置するように移相された高周波信号が供給されることを特徴とするアンテナ装置。 It is a traveling wave type antenna device.
A plurality of phased array antennas including the plurality of array units according to claim 2 or 3 are provided.
Each of the plurality of phased array antennas has the same phase plane of each of the plurality of phased array antennas in the overall target directing direction of the antenna device based on the spatial arrangement positional relationship of the plurality of phased array antennas. An antenna device characterized in that a high-frequency signal phase-shifted so as to be located in is supplied.
請求項4の進行波型のアンテナ装置と、
前記複数のフェイズドアレイアンテナそれぞれに供給する所定の周波数及び位相の伝送信号を発生する複数の位相制御発信機と、
前記複数の位相制御発信機に前記周波数の同期信号を供給する同期信号経路と、
前記同期信号経路における互いに隣り合う複数の同期信号供給部の間で第4位相差だけ移相する複数の第4移相器と、を備えることを特徴とする送信装置。 It ’s a transmitter,
The traveling wave type antenna device of claim 4 and
A plurality of phase control transmitters that generate transmission signals having a predetermined frequency and phase to be supplied to each of the plurality of phased array antennas.
A synchronization signal path that supplies a synchronization signal of the frequency to the plurality of phase control transmitters,
A transmission device comprising a plurality of fourth phase shifters that shift the phase by a fourth phase difference between a plurality of synchronous signal supply units adjacent to each other in the synchronous signal path.
無線電力伝送の送信アンテナ及び受信アンテナの少なくとも一方は、請求項1乃至5のいずれかのフェイズドアレイアンテナである、ことを特徴とする無線電力伝送システム。 It ’s a wireless power transmission system.
A wireless power transmission system, characterized in that at least one of a transmitting antenna and a receiving antenna for wireless power transmission is a phased array antenna according to any one of claims 1 to 5.
無線通信の送信アンテナ及び受信アンテナの少なくとも一方は、請求項1乃至5のいずれかのフェイズドアレイアンテナである、ことを特徴とする無線通信システム。 It ’s a wireless communication system.
A wireless communication system, wherein at least one of a transmitting antenna and a receiving antenna for wireless communication is a phased array antenna according to any one of claims 1 to 5.
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