專利名稱：陣列天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將多個(gè)施加微擾(perturbation)的平面天線元件線性(linear)排列所得到的陣列天線。
背景技術(shù)：
以往，在施加微擾的平面天線中具有代表性的天線具有如下特征軸比帶寬狹窄，雖然在設(shè)計(jì)頻率附近能夠保持良好的軸比，但是在頻率發(fā)生偏離
時(shí)軸比的特性變得極差。在圖15中示出了這種情況，(a)為表示軸比特性的曲線，(b)表示在各個(gè)頻率下的偏振波狀態(tài)。從這些圖可以看出，雖然在設(shè)計(jì)頻率即中心頻率fO的附近，軸比幾乎為0dB，處于良好的狀態(tài)，但是在相對(duì)于該中心頻率向-側(cè)偏離的f-處以及向+側(cè)偏離的f+處的軸比特性變得極差。此外，就偏振波狀態(tài)而言，雖然在中心頻率fD處為圓偏振波，但是在f-處以及f+處卻分別變?yōu)橄蜃笥覂A斜的橢圓偏振波，軸比變得極差。
此外，近年來(lái)，己開(kāi)發(fā)出按順次排列該施加微擾的平面天線所得到的順次陣列天線(sequential array antenna)(例如，參照專利文獻(xiàn)1的第0027段)。在該順次陣列天線中，排列有多個(gè)天線元件，使各天線元件旋轉(zhuǎn)180/11(11=1，2， 3，…)度，使相位也變化180/n(n^K》3，…)度來(lái)進(jìn)行激勵(lì)(excitation)。例如，如圖16所示，在將具有一個(gè)饋^且具有相對(duì)置的切口 (微擾)的3個(gè)天線元件線性排列作為順次陣列天線時(shí)，在將各天線元件按公式(K =
(n-l)兀/N (n:第n個(gè)天線元件；N:天線元件的數(shù)量，在天線元件為3個(gè)時(shí)N:3)機(jī)械地旋轉(zhuǎn)之后再進(jìn)行排列。
這樣，在由N個(gè)元件構(gòu)成的順次陣列天線中，若使第n個(gè)天線元件發(fā)生上述公式0 =(n-l )兀/N的旋轉(zhuǎn)和相位偏移，則在垂射方向(broadside direction)
(與天線元件的排列方向垂直的方向)上，與天線元件的偏振波狀態(tài)無(wú)關(guān)地放射完全的圓偏振波，所以能夠在整個(gè)寬帶上保持良好的圓偏振波狀態(tài)和阻抗特性。
然而，在使用自中心頻率偏離的頻率(通信信道Communication channel)時(shí)，順次陣列天線的指向特性變?yōu)槿鐖D17所示，存在指向特性根據(jù)頻率發(fā)生變化的問(wèn)題。特別是在與移相器組合作為相控陣列天線來(lái)控制指向方向的
情況下，波束方向會(huì)根據(jù)頻率發(fā)生變化。這樣的現(xiàn)象在如RFID那樣通信對(duì)象為直線偏振波的情況下尤其顯著，信號(hào)接收區(qū)域會(huì)根據(jù)頻率發(fā)生變化。圖17示出了順次陣列天線的指向特性以及軸比特性，(a) 、 (b)表示使用頻率f+時(shí)的波束的狀態(tài)，(c) 、 (d)表示使用頻率f-時(shí)的波束的狀態(tài)。Ee表示圓偏振波的水平分量，E,表示圓偏振波的垂直分量，在使用頻率f+和頻率f-的情況下，就Ee、 E,而言，增益沒(méi)有發(fā)生變化且軸比特性也沒(méi)有發(fā)生變化，但是它們的波束方向左右正相反，進(jìn)而，在與移相器組合進(jìn)行了波束偏移時(shí)，如圖17 (b) 、 (d)所示，在Ee、 E》發(fā)生了變化。
另一方面，在使用如圖18所示的將天線方向相同的施加微擾的天線元件線性排列得到的一般的相控陣列天線的情況下，雖然指向特性不依存于頻率，但是增益的變動(dòng)如圖19所示那樣變大。圖19示出了相控陣列天線的指向特性，(a) 、 (b)表示使用頻率f+時(shí)的波束的狀態(tài)，(c) 、 (d)表示使用頻率f-時(shí)的波束的狀態(tài)。在使用頻率f+和頻率f-的情況下，就Ee、 E,而言，均都朝向正面方向，指向特性沒(méi)有發(fā)生變化，但增益正相反。在與上述同樣地進(jìn)行了波束偏移時(shí)，在Ee、 E力也發(fā)生了變化。
艮P，在使用各個(gè)天線軸比帶寬小的平面天線元件來(lái)構(gòu)成順次陣列天線或是相控陣列天線的情況下，就順次陣列天線而言，雖然在垂射方向上不受頻率變化的影響在寬帶內(nèi)保持良好的軸比特性，但是指向方向卻根據(jù)頻率的變化發(fā)生變動(dòng)。另一方面，就相控陣列天線而言，雖然指向方向不會(huì)根據(jù)頻率的變化發(fā)生變動(dòng)，但是軸比卻根據(jù)頻率的變化發(fā)生變動(dòng)。由此，各個(gè)陣列天線在指向特性以及軸比帶寬上各有優(yōu)缺點(diǎn)。
作為解決這樣的以往的問(wèn)題的方法，有以下的方法。作為改善軸比帶寬的一種方式，可以提高用于構(gòu)成陣列天線的基板的厚度，或者降低基板介電常數(shù)。然而，若使用這樣的方式，則會(huì)發(fā)生如天線的尺寸變大無(wú)法實(shí)現(xiàn)小型化、制造成本升高等另外的問(wèn)題。此外，作為改善軸比帶寬的其它方式可以設(shè)置2處饋電點(diǎn)，但是該方式也存在使饋電電路變得復(fù)雜的其他問(wèn)題。除此之外，就順次陣列天線而言，也有不僅在橫列上增加天線元件，而且在縱列上也增加天線元件，從而構(gòu)成所謂順次子陣列結(jié)構(gòu)的方法，但是即使采用該方法，也仍會(huì)出現(xiàn)使天線尺寸變大的另外的問(wèn)題。如此，在通過(guò)現(xiàn)有的方法 來(lái)解決上述問(wèn)題時(shí)，其中任意方式都會(huì)發(fā)生天線尺寸的大型化或復(fù)雜化的問(wèn) 題，還沒(méi)有提出令人滿意的解決方案。
專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)平09-98016號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題
本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題而做出的，其目的在于提供一種陣列天線， 在將多個(gè)施加微擾的平面天線元件線性排列得到的該陣列天線中，即使不改 變基板或大小等而使頻率發(fā)生變化，也能夠使指向特性以及軸比特性均良 好。
用于解決課題的手段
本發(fā)明是一種陣列天線，線性即直線狀排列有多個(gè)施加微擾的平面天線 元件，其特征在于，由從左端部起向中央部按順次進(jìn)行排列的第一順次排列 部和從右端部起向中央部按順次進(jìn)行排列的第二順次排列部構(gòu)成，上述第一 順次排列部和上述第二順次排列部彼此左右對(duì)稱。
作為向平面天線元件施加微擾的方法，例如，向直線偏振波用貼片天線
加載利用切口 (Slit)等的簡(jiǎn)并分離元件(Degeneracy-Removing Element)的
方式。通過(guò)加載該簡(jiǎn)并分離元件來(lái)使平面天線產(chǎn)生圓偏振波。所謂"按順次 排列"，是指將天線元件按照滿足0n= (n-l) 7u/N (n:第n個(gè)天線元件； N:天線元件的數(shù)量)的方式進(jìn)行排列。在此，上述所謂"左右對(duì)稱"，是 指將第一順次排列部旋轉(zhuǎn)180度以使其與第二順次排列部重疊時(shí)相吻合的狀 態(tài)。
上述多個(gè)施加微擾的平面天線元件的數(shù)量可以是偶數(shù)個(gè)或奇數(shù)個(gè)。在由 奇數(shù)個(gè)天線元件構(gòu)成的情況下，第一順次排列部和第二順次排列部共享位于 中央部的平面天線元件。
上述施加微擾的平面天線元件可以是圓形貼片天線或方形貼片天線。 用于構(gòu)成上述第一順次排列部以及上述第二順次排列部的施加微擾的 平面天線元件的各自的間隔可以為等間隔或不等間隔。各天線元件的間隔可以是等間隔或不等間隔，但是需要滿足將第一順次排列部旋轉(zhuǎn)180度以使其 與第二順次排列部重疊時(shí)相吻合的左右對(duì)稱的關(guān)系。
發(fā)明效果
如上所說(shuō)明那樣，本發(fā)明是一種陣列天線，線性排列有多個(gè)施加微擾的 平面天線元件，該陣列天線由從左端部起向中央部按順次排列的第一順次排 列部和從右端部起向中央部按順次排列的第二順次排列部構(gòu)成，而且上述第 一順次排列部和上述第二順次排列部彼此左右對(duì)稱。這樣，即使不變更基板 或大小等，也能夠在頻率發(fā)生變化的情況下使指向特性以及軸比特性均都良 好。


圖1是用于說(shuō)明本發(fā)明的陣列天線的指向方向是左右對(duì)稱的圖，(a)
為表示右側(cè)的指向性的圖，(b)為表示左側(cè)的指向性的圖。
圖2是用于說(shuō)明本發(fā)明的陣列天線的指向方向是左右對(duì)稱的圖，示意性
地示出了其條件。
圖3是用于說(shuō)明本發(fā)明的陣列天線的指向方向是左右對(duì)稱的圖。 圖4是用于說(shuō)明本發(fā)明的陣列天線的軸比的劣化得以改善的圖。 圖5是用于說(shuō)明本發(fā)明的陣列天線的軸比的劣化得以改善的圖。 圖6是示出了本發(fā)明的陣列天線的排列結(jié)構(gòu)的模式圖，(a)為排列有
奇數(shù)個(gè)的情形，(b)為排列有偶數(shù)個(gè)的情形。
圖7是示出了本發(fā)明的陣列天線的排列結(jié)構(gòu)的模式圖。
圖8是示出了圖7所示的本發(fā)明的陣列天線的指向特性的曲線圖。
圖9是示出了將由3個(gè)天線元件構(gòu)成本發(fā)明的陣列天線時(shí)的軸比特性與
現(xiàn)有的順次陣列天線的軸比特性進(jìn)行比較的曲線圖。
圖10是示出了將由4個(gè)天線元件構(gòu)成本發(fā)明的陣列天線時(shí)的軸比特性
與現(xiàn)有的順次陣列天線的軸比特性進(jìn)行比較的曲線圖。
圖11是示出了將由5個(gè)天線元件構(gòu)成本發(fā)明的陣列天線時(shí)的軸比特性
與現(xiàn)有的順次陣列天線的軸比特性進(jìn)行比較的曲線圖。
圖12是示出了將由6個(gè)天線元件構(gòu)成本發(fā)明的陣列天線時(shí)的軸比特性與現(xiàn)有的順次陣列天線的軸比特性進(jìn)行比較的曲線圖。
圖13是示意性地示出了用于構(gòu)成本發(fā)明的陣列天線的天線元件的排列
的圖，(a)表示等間隔排列的情況，(b)表示不等間隔排列的情況。 圖14是比較圖13 (a)以及(b)的情況下的軸比特性的曲線圖。 圖15是示出了在現(xiàn)有的施加微擾的平面天線中頻率發(fā)生變化時(shí)的軸比
特性以及偏振波狀態(tài)的圖，(a)是表示軸比特性的曲線圖，(b)是表示在
各頻率下的偏振波狀態(tài)的圖。
圖16是示出了現(xiàn)有的順次陣列天線的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。
圖17是示出了圖16所示的順次陣列天線的指向特性以及增益的變動(dòng)的
曲線圖。
圖18是示出了現(xiàn)有的相控陣列天線的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。 圖19是示出了如圖18所示的相控陣列天線的指向特性以及增益的變動(dòng) 的曲線圖。
附圖標(biāo)記的說(shuō)明
51、 SIO、 Sll、 S12第一順次排列部
52、 S20、 S21、 S22第二順次排列部
10 (1) 、 10 (2)、…、10 (n) 、 20 (1) 、 20 (2)、…、20 (n) 天
線元件
11、 21饋電點(diǎn)
12、 22切口 (微擾)
具體實(shí)施例方式
下面，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式參照附圖進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
直截了當(dāng)?shù)卣f(shuō)，本發(fā)明的陣列天線是如下的天線，即，基于下述理論， 對(duì)現(xiàn)有的順次陣列天線的天線元件的排列進(jìn)行了改良，即使使用信道發(fā)生了
變化，也會(huì)使其指向特性和軸比特性兩者均良好。
本發(fā)明的發(fā)明者們?cè)谙率鐾茰y(cè)的基礎(chǔ)上發(fā)明出了本發(fā)明的陣列天線。下
面詳細(xì)進(jìn)行說(shuō)明。
首先，在圖1中示出了，在將多個(gè)(N個(gè))天線元件( 線1、天線2、…、天線N)線性排列得到的陣列天線中，在下述條件下使波束朝向垂射方向時(shí)
的e+方向以及e-方向的電場(chǎng)強(qiáng)度。
圖1 (a)表示e+方向的電場(chǎng)，其條件如下。BP，將各天線元件的e(Theta) 方向的激勵(lì)振幅設(shè)為Ee。(第一個(gè)天線元件為Ew)，將e+方向的合成電場(chǎng)設(shè) 為Ee+，將各天線元件的指向性增益設(shè)為D (e)，將波數(shù)設(shè)為k=27c/X，將天 線元件的間隔設(shè)為d。假設(shè)各天線元件的激勵(lì)相位(0)相同。在這樣的情 況下，合成電場(chǎng)Ee+可以由下述公式l給出。
公式1:
Ee+=D (e) Kj
若將S項(xiàng)展開(kāi)，則
Eei{j|>+kd . sine (N-l) ]}+Ee2{j|>+kd . sin0 (N-2) ]}+…十EeN (j0)…[2]
另一方面，圖i (b)為使波束朝向e-方向的情況，其條件如下。g卩，將
各天線元件的e (Theta)方向的激勵(lì)振幅設(shè)為E9n (第一個(gè)天線元件為Eei)， 將e-方向的合成電場(chǎng)設(shè)為Ee.，將各天線元件的指向性增益設(shè)為D (e)，將 波數(shù)設(shè)為1^2WX，將天線元件的間隔設(shè)為d。假設(shè)各天線元件的激勵(lì)相位(0 ) 相同。在這樣的情況下，合成電場(chǎng)￡9.可以由下述公式2給出。 公式2:
Ee—=D (e)SEen{j|>+kd sin9 . (n-l)]} ... [3] 若將S項(xiàng)展開(kāi)，則
EeN{j|>+kd'sine (N-l)〗}+Ee (n-" +kd sin0 (N-2) ]}+...+Eei (j、)…[4]
另外，在上述式[4]中，為了便于理解從第N項(xiàng)開(kāi)始進(jìn)行了展開(kāi)。 在此，所謂左右對(duì)稱的波束圖案，必須滿足條件￡6+= Ee.。在這樣的情
況下，因?yàn)楦鱾€(gè)天線元件的指向特性d (e)滿足d (e+) =d (e-)，所以
上述式[2]、 [4]必須相等。g卩，必須滿足下述式[5]。
Eei (j[ 0 +kd . sine (N-l) ]}+ Ee2{j[ 0 +kd sine . (N-2) ]}+…十EeN (j0) =E9N{j
》+Ee(n-" {j
}+ +Eei (j0) …[5]
基于上述式[5]可知，必須滿足Eei= E附且Ee2= Ee (n-i)且… … [6] 換言之，必須滿足 <formula>formula see original document page 9</formula>圖2就是示意性地示出了該條件式[7]的圖。在這樣的情況下，從左端部 起向中央部的激勵(lì)振幅與從右端部起向中央部的激勵(lì)振幅依次相對(duì)應(yīng)。
在此，若構(gòu)成陣列天線的各天線元件的軸比如圖3 (a)所示那樣a:b， 則X方向的振幅由a"in (Q)t)得以激勵(lì)。此外，在因天線元件的排列而如 圖3 (b)所示那樣僅傾斜了Y，則X方向的振幅c可以由下式給出。<formula>formula see original document page 9</formula>
另一方面，在將各天線元件按順次進(jìn)行排列情況下，各天線元件的排列 滿足下面的條件式。 條件式
0 = (n-l)兀/N (n:第n個(gè)天線元件；N:天線元件的數(shù)量) 在此，假設(shè)第二個(gè)天線元件相對(duì)于第一個(gè)天線元件的排列(傾斜角)為 r，那么，<formula>formula see original document page 9</formula>
第n個(gè)天線元件相對(duì)于第一個(gè)天線元件的排列(傾斜角)可以表示 為(n-l) ■ r。
根據(jù)上述式[8]，第n個(gè)天線元件的X方向(E9)的振幅可以表示為<formula>formula see original document page 9</formula> 因此，根據(jù)式[7]，必須成立Een-Ee(N.n+n。在式[10]中，要使第一個(gè)天 線元件與第n個(gè)天線元件的振幅一致，則必須滿足 (N-l)r=0， 7t， 2兀，......
艮P，必須滿足通式(N-l) 'r-m'兀(m表示整數(shù)倍)。而且，若對(duì)該 式進(jìn)行變形，則變?yōu)閞-m'Ti/ (N-l)，但該式不與上述式[9]一致。因此， 在這樣的現(xiàn)有順次排列中，指向方向產(chǎn)生了偏離，所以指向方向不是左右對(duì) 稱。
另一方面，在通過(guò)如下所述的特殊的順次排列來(lái)對(duì)各天線元件進(jìn)行排列 的情況下，如下所說(shuō)明那樣指向方向變成左右對(duì)稱。
艮P，在使用了該特殊的順次排列的陣列天線中，如圖2所示那樣將天線元件線性排列，而且從左端部起向中央部將天線元件按順次進(jìn)行排列，艮P，
在按照上述式0n= (n-l) tu/N (n:第n個(gè)天線元件；N:天線元件的數(shù)量)
來(lái)機(jī)械地旋轉(zhuǎn)過(guò)后再進(jìn)行排列，同樣地，從右端部起向中央部將天線元件也按順次進(jìn)行排列，使天線元件的方向在左側(cè)和右側(cè)之間左右對(duì)稱。在本發(fā)明中，將天線元件的這樣的排列稱為"特殊的順次排列"。作為特殊的順次排列的條件，必須滿足下式
yl"N， y2" (N畫n) ， y3" (N陽(yáng)2)，...艮P，必須滿足
yn = Y (N-n+ 1) … [11]
在此，基于該式[11]及式[10]，可推導(dǎo)出
E6產(chǎn)E9n， E02= (n-i) ， E03= (n-2)， …
若將該式變形為通式，則變成E0,Ee(n-n+d，該式與式[7]—致。
該式[7]是在陣列天線中波束圖案為左右對(duì)稱的條件式，所以可得到如下
結(jié)論通過(guò)將天線元件為滿足上述式[ll]的特殊的順次排列，能夠使指向方
向變?yōu)樽笥覍?duì)稱。這是在E0方向上也同樣適用的理論，即使軸比特性根據(jù)頻率發(fā)生了變化，也必定滿足式[7]的條件。
以上證明了如下結(jié)論在陣列天線中，通過(guò)將天線元件排列成上述特殊
的順次排列，能夠使指向方向變?yōu)樽笥覍?duì)稱且指向特性良好。接下來(lái)，證明能夠通過(guò)這樣的特殊的順次排列來(lái)使軸比得以改善。
首先，假設(shè)如圖4所示那樣1個(gè)天線元件的軸比特性為a : b，而且在該
圖4中的c為某一角度e的振幅，那么
c的=. cos(州2 + (6. sin(州2}... [12]
假設(shè)由該天線元件構(gòu)成陣列天線時(shí)的最大電場(chǎng)方向?yàn)镋 (0MAX)，最小電場(chǎng)方向?yàn)镋( 0MIN)，那么，車由比可表示為E(0MAX):E(0MIN)。另外，1個(gè)天線元件的軸比為a : b (在此所謂的0 ，是在天線坐標(biāo)系中e =Odeg的旋轉(zhuǎn)角度)。
在各天線元件的偏振波處于如圖5 (a)的狀態(tài)的情況下，將天線1的角度0的電場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)為E1(0)，天線n的角度0的電場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)為En(0)。假設(shè)N個(gè)天線元件排列在同一方向上(普通(normal)陣列)，那么，合成電場(chǎng)E (0 )可表示為E ( 0 ) =SEn ( 0 ) (S的補(bǔ)充說(shuō)明從n=l到N的合計(jì))在此，因?yàn)镋l (0) =E2 (0) = '"=EN (0)，所以
=TV - V(("' cos⑨)2 + ( 6 sin(州2}
因此，根據(jù)E( 0MAX) = a 'N ( 0=0°) ， E( 0MIN) = b'N( 0=90°)，普通陣列的軸比為a: b。
另一方面，在某個(gè)天線元件僅傾斜i的情況下，各天線元件的偏振波處于如圖5 (b)所示的狀態(tài)。在這樣的情況下，可表示為
五 的=■ C0SW - ")2 + (6. si一 - ^》2}… [13]。
另外，在排列成特殊的順次排列的情況下，Yn=Y (N-n+l)。
因此，0方向的合成電場(chǎng)是，
E((/>) =E1 ( 0 ) +E2 ( 0 ) +…+EN ( 0 ) ... [14]
在此，基于式[13]可知，0=Y1或y2或…yN的情況下變?yōu)镋( 0MAX)。
然而，假設(shè)中心的天線元件的傾斜角定為Yt，那么在排列成特殊的順次排列的情況下，yn， (N-n+l)，且E >E (yt)。因此，在上式中，除了 ^之外，El (y1) =E2 (y2)'EN (yN)，故假設(shè)d)，l，那么變?yōu)?br> 五(^An)=五l +五2 +五3 +.. + ￡7V(0 = yl)
=a + ^/{( a cos(" - ;k2))2 + (6. sin(/1 - y2))2} ++ "(因?yàn)榈谝粋€(gè)天線元件與第n個(gè)天線元件具有相同方向的傾斜角，所以最初以及最后的項(xiàng)變?yōu)閍。)
此外，因?yàn)閅l-y2〈0或者Yl-y2〉0且a〉b，所以
^/{(". cos(yi - y2))2 + ( 6 sin(yi - y2))2} < a
因此，E ( 0max) <a N。
同樣地，在0，1±90?；騳2 ± 90?；颉瓂N土90。的情況下，變?yōu)閑(0MIN)。然而，假設(shè)中心的天線元件的傾斜角為W，那么在排列成特殊的順次排列的情況下，因?yàn)閥n" (N隱n+1)，且E (Yl±90) <E (Yt±90)，
所以在上式中，除了 yt之夕卜，El(Yl土90^E2(Y2 ±90)----EN(rN士90)，
故假設(shè)0，1±90° ，那么變?yōu)?br> 五(^kf/A0 =五l +五2 +五3 + ■ +五7V(^ = yl)
=6 + ^/{"-00304±90 —y2))2 + (6.sin(;Kl±90 —,2))2}十…+ 6
11(因?yàn)榈谝粋€(gè)元件和第n個(gè)元件具有相同方向的傾斜角，所以最初以及最后的項(xiàng)變?yōu)閎。)
Jt匕夕卜，因?yàn)閥1 - y2<0或是id - 丫2>0且a>b，戶萬(wàn)以^(a-cos01土卯—/2))2 +(6-sin(>l±90 —;k2))2} <6因此，E ( 0MIN) >b N。
根據(jù)如上所述，可得出E ( 0MAX) : E ( 0MIN) <a : b，而且根據(jù)該結(jié)果，可以證明能夠通過(guò)特殊的順次排列來(lái)減輕軸比的劣化。通過(guò)這樣排列成特殊的順次排列，特別是在如RFID那樣一部分的使用信道的使用頻率從中心頻率發(fā)生偏離的情況下，也能夠使指向方向之差以及軸比的劣化得以改善。通過(guò)該特殊的順次排列所構(gòu)成的陣列天線就是本發(fā)明的陣列天線。
接下來(lái)，對(duì)于本發(fā)明的陣列天線的具體的結(jié)構(gòu)，參照?qǐng)D6進(jìn)行說(shuō)明。圖6是示意性地示出了本發(fā)明的陣列天線的排列結(jié)構(gòu)的圖，(a)是天線元件的個(gè)數(shù)為奇數(shù)個(gè)的情況，(b)是偶數(shù)個(gè)的情況。
本發(fā)明的第一實(shí)施方式的陣列天線具有如圖6 (a)所示的結(jié)構(gòu)。艮口，該陣列天線是將多個(gè)天線元件10(1) 、 10(2)、…、20(1) 、 20 (2)、...線性排列而成的，各天線元件由1個(gè)饋電點(diǎn)11或21、將相對(duì)置的切口12或22作為微擾的圓形的貼片天線(patch antenna)構(gòu)成。另外，各天線元件的結(jié)構(gòu)全都相同，而只是天線方向不同。此外，關(guān)于饋電點(diǎn)ll或21、切口12或22，僅對(duì)有代表性的部分標(biāo)注了附圖標(biāo)記。
該陣列天線由從左端部起向中央部按順次排列多個(gè)天線元件10(1)、10 (2)…的第一順次排列部Sl、從右端部起向中央部按順次排列多個(gè)天線元件20 (1) 、 20 (2)…的第二順次排列部S2構(gòu)成，而且所有天線元件的個(gè)數(shù)是奇數(shù)。在這樣的情況下，第一順次排列部S1和第二順次排列部S2共享位于圖示中央部的天線元件10 (n)或20 (n)。此外，第一順次排列部Sl和第二順次排列部S2具有左右對(duì)稱的關(guān)系。即，該左右對(duì)稱的關(guān)系，是指在將第一順次排列部Sl旋轉(zhuǎn)180度以使其與第二順次排列部S2重疊時(shí)相吻合的關(guān)系。另夕卜，將各天線元件排列成順次排列，是指將各天線機(jī)械地旋轉(zhuǎn)后進(jìn)行排列，以使各天線滿足下式0 =(n-l)兀/N (n:第n個(gè)天線元件N:天線元件的數(shù)量)。此外，作為其他實(shí)施方式，如圖6 (b)所示那樣，本發(fā)明的陣列天
線由偶數(shù)個(gè)天線元件構(gòu)成，而且各天線元件的結(jié)構(gòu)與如圖6 (a)所示的 天線元件的結(jié)構(gòu)相同。在這樣的情況下，在如下方面也與上述陣列天線 相同由從左端部起向中央部按順次排列多個(gè)天線元件10(1)、 10(2)… 的第一順次排列部SIO、從右端部起向中央部按順次排列多個(gè)天線元件 20 (1) 、 20 (2)…的第二順次排列部S20構(gòu)成；第一順次排列部S10 和第二順次排列部S20具有左右對(duì)稱的關(guān)系。
如上所述，在陣列天線中，若將天線元件排列成特殊的順次排列來(lái) 構(gòu)成陣列天線，則指向方向不因頻率而變動(dòng)，而且軸比帶寬也得以改善。 例如，在如圖7所示那樣將3個(gè)天線元件排列成特殊的順次排列來(lái)構(gòu)成 本發(fā)明的陣列天線的情況下對(duì)指向特性以及軸比帶寬進(jìn)行了測(cè)試，其結(jié) 果如圖8所示。該圖8是與圖17對(duì)應(yīng)的圖，示出了圖7所示的本發(fā)明的 陣列天線的指向特性。與圖17不同，不論是在頻率f+處還是頻率f-處， 波束方向均都如圖8 (a) 、 (c)所示那樣朝向大致正面方向，指向特性 沒(méi)有隨頻率的變化發(fā)生變動(dòng)。此外，在頻率f+處以及f-處，增益也處于 幾乎沒(méi)有變化的狀態(tài)，軸比帶寬也得到了改善。這在組合移相器來(lái)進(jìn)行 波束偏移時(shí)，也如圖8 (b) 、 (d)所示，指向特性沒(méi)有隨頻率的變化而 發(fā)生變動(dòng)，軸比帶寬也得到了改善。
更而，本發(fā)明的發(fā)明者們對(duì)如下兩種情況進(jìn)行了比較實(shí)驗(yàn)改變天 線元件的數(shù)量為3個(gè) 6個(gè)，將這些天線元件排列成現(xiàn)有的順次排列的情 況；如本發(fā)明那樣，將這些天線元件排列成特殊的順次排列的情況。其 結(jié)果如圖9 圖12所示。在這些所有圖中，左側(cè)是頻率f-時(shí)的情況，右 側(cè)是頻率f+時(shí)的情況，而且縱軸為增益，橫軸為角度。特殊Etheta以及 特殊Ephi是本發(fā)明的陣列天線，順次Etheta以及順次Ephi是現(xiàn)有的順 次陣列天線。參照這些圖可知，在使用順次陣列天線時(shí)，左右非對(duì)稱， 并且在+fMHz處和-fMHz處，Etheta、 Ephi的特性反演(inversion)，而 在使用本發(fā)明的陣列天線時(shí)，即，在將天線元件排列成特殊的順次排列 時(shí)，左右對(duì)稱，而且與上述順次陣列天線相比，軸比特性得到了改善。
此外，在具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的陣列天線中，各天線元件的間隔 都設(shè)定為等間隔。但是，該天線元件的間隔并不一定要設(shè)定為等間隔。本發(fā)明的發(fā)明者們?yōu)榱俗C明此結(jié)論，在改變各天線元件的間隔的基礎(chǔ)上
進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)。在進(jìn)行該模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，將天線元件排列成如圖13 (a)、 (b)所示。(a)是將5個(gè)天線元件每隔150mm以等間隔排列的情況。 另一方面，在(b)中，從整體上看，將5個(gè)天線元件以如下的方式不等 間隔地進(jìn)行了排列將左端部的天線元件10 (1)和天線元件10 (2)之 間以及右端部的天線元件20 (1)和天線元件20 (2)之間，分別排列為 180mm;然后，將天線元件10 (2)和中央部的天線元件10 (3)之間以 及天線元件20(2)和中央部的天線元件20(3)之間，分別排列為160mm。 另外，在圖13 (a) 、 (b)所示的任一情況下，均都需要滿足左右 對(duì)稱的關(guān)系，即，在將第一順次排列部Sll或12旋轉(zhuǎn)180度以使其與第 二順次排列部21或22重疊時(shí)相吻合的關(guān)系。
在圖14中示出了如該圖13 (a) 、 (b)所示那樣構(gòu)成的本發(fā)明的陣 列天線的模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。特殊Etheta以及特殊Ephi是圖13 (a)的模 擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，特殊Etheta不等以及特殊Ephi不等是圖13 (b)的模擬 實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。參照該模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，即使天線元件間隔為不等間隔， 軸比特性也得到了改善。
權(quán)利要求
1.一種陣列天線，線性排列有多個(gè)施加微擾的平面天線元件，其特征在于，具有第一順次排列部，其從左端部起向中央部按順次進(jìn)行排列，第二順次排列部，其從右端部起向中央部按順次進(jìn)行排列；上述第一順次排列部和上述第二順次排列部彼此左右對(duì)稱。
2. 如權(quán)利要求1所述的陣列天線，其特征在于，上述多個(gè)施加微擾的平面天線元件的數(shù)量為偶數(shù)個(gè)或奇數(shù)個(gè)。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的陣列天線，其特征在于，上述施加微擾的平面天線元件是圓形貼片天線或方形貼片天線。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的陣列天線，其特征在于，用于構(gòu)成上述第一順次排列部及上述第二順次排列部的施加微擾的平面天線元件的各自的間隔是等間隔或不等間隔。
5. 如權(quán)利要求3所述的陣列天線，其特征在于，用于構(gòu)成上述第一順次排列部及上述第二順次排列部的施加微擾的平面天線元件的各自的間隔是等間隔或不等間隔。
全文摘要
提供一種不變更基板或大小等就能夠在頻率發(fā)生變化時(shí)使指向特性以及軸比特性均良好的陣列天線。在該陣列天線中，將從左端部起向中央部按順次排列得到的第一順次排列部(S1)和從右端部起向中央部按順次排列得到的第二順次排列部(S2)排列成彼此左右對(duì)稱。
文檔編號(hào)H01Q21/24GK101682125SQ200880015789
公開(kāi)日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月17日
發(fā)明者野上英克 申請(qǐng)人:歐姆龍株式會(huì)社