特許 7086797 アレーアンテナ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-10

(45)【発行日】2022-06-20

(54)【発明の名称】アレーアンテナ装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 21/08 20060101AFI20220613BHJP

   H01Q 7/00 20060101ALI20220613BHJP

   H01Q 9/34 20060101ALI20220613BHJP

   H01Q 1/52 20060101ALI20220613BHJP

   G01S 3/28 20060101ALI20220613BHJP

【ＦＩ】

H01Q21/08

H01Q7/00

H01Q9/34

H01Q1/52

G01S3/28

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018166709

(22)【出願日】2018-09-06

(65)【公開番号】P2020043378

(43)【公開日】2020-03-19

【審査請求日】2021-06-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100189913

【氏名又は名称】鵜飼 健

(72)【発明者】

【氏名】大舘 紀章

(72)【発明者】

【氏名】高崎 慎平

(72)【発明者】

【氏名】児島 誠

(72)【発明者】

【氏名】西谷 嘉彦

(72)【発明者】

【氏名】山崎 幹宏

【審査官】佐藤 当秀

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３１８６１２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０５４５９４５１（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｑ ２１／０８

Ｈ０１Ｑ ７／００

Ｈ０１Ｑ ９／３４

Ｈ０１Ｑ １／５２

Ｇ０１Ｓ ３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１軸上で互いに交差する第１および第２のループアンテナを備える第１ループアンテナ対と、
前記第１軸上で互いに交差する第３および第４のループアンテナを備え、前記第１ループアンテナ対と前記第１軸上で離間して配置される第２ループアンテナ対とを具備し、
前記第１乃至第４のループアンテナを、前記第１軸方向からの視線に対して、前記第１軸を中心として回転対称に配置した、アレーアンテナ装置。

【請求項2】

前記第１軸に沿って延伸されるモノポールアンテナをさらに具備する、請求項１に記載のアレーアンテナ装置。

【請求項3】

前記モノポールアンテナは、前記第１軸を中心として回転対称に配置され、前記第２ループアンテナ対を迂回する複数の延長部分を有する、請求項２に記載のアレーアンテナ装置。

【請求項4】

前記第１のループアンテナの給電線と、前記第２のループアンテナの給電線とを、前記第１軸に直交する第２軸と前記第１軸とを含む面上で、前記第１軸を中心として対称的に配置し、
前記第３のループアンテナの給電線と、前記第４のループアンテナの給電線とを、前記第１軸および前記第２軸に直交する第３軸と前記第１軸とを含む面上で、前記第１軸を中心として対称的に配置した、請求項１に記載のアレーアンテナ装置。

【請求項5】

前記第１乃至第４のループアンテナの給電線を配設可能な筒状部を有し、前記第１軸に沿って延伸されるモノポールアンテナをさらに具備する、請求項４に記載のアレーアンテナ装置。

【請求項6】

垂線周りに回転対称な建屋の屋上に、前記垂線と前記第１軸とを合わせて設置される、請求項１に記載のアレーアンテナ装置。

【請求項7】

前記第１および第２のループアンテナは、互いに非接触で交差する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、アレーアンテナ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ループアンテナを直交させて組み合わせたループアンテナ対を、さらに垂直方向に複数配置してなるアレーアンテナ装置が知られている。この種のアレーアンテナ装置は、例えば電波の到来方向を推定するために利用される。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【文献】G. Le Bouter and D. Lemur,” HF direction finding with a vertical array of collocated loop antennas,” VXIIth General Assembly of the International Union of Radio Science, Aug 2004, Maastricht, Netherlands.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来、複数のループアンテナ対を備えるアレーアンテナ装置では、例えば受信感度の向上について検討されてはいたが、電波到来方向の推定にかかる精度の向上については検討されていなかった。

【0005】

そこで、目的は、方向推定精度を向上させたアレーアンテナ装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態によれば、アレーアンテナ装置は、第１ループアンテナ対と、第２ループアンテナ対とを具備する。第１ループアンテナ対は、第１軸上で互いに交差する第１および第２のループアンテナを備える。第２ループアンテナ対は、第１軸上で互いに交差する第３および第４のループアンテナを備える。第１乃至第４のループアンテナは、第１軸方向からの視線に対して、第１軸を中心として回転対称に配置される。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、第１の実施形態におけるアレーアンテナ装置の一例を示す図である。

【図2】図２は、直交ループアンテナ対１０１におけるループアンテナ１０３，１０４の交点の態様の一例を拡大して示す図である。

【図3】図２は、直交ループアンテナ対１０１におけるループアンテナ１０３，１０４の交点の態様の他の例を拡大して示す図である。

【図4A】図４Ａは、ループアンテナ１０３と給電線２０１との関係を示す図である。

【図4B】図４Ｂは、ループアンテナ１０４と給電線２０２との関係を示す図である。

【図4C】図４Ｃは、ループアンテナ１０５と給電線２０３との関係を示す図である。

【図4D】図４Ｄは、ループアンテナ１０６と給電線２０４との関係を示す図である。

【図5】図５は、第３の実施形態におけるアレーアンテナ装置の一例を示す図である。

【図6】図６は、第４の実施形態におけるアレーアンテナ装置の一例を示す図である。

【図7】図７は、第５の実施形態におけるアレーアンテナ装置の一例を示す図である。

【図8】図８は、第６の実施形態におけるアレーアンテナ装置の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
直交するループアンテナを２つ組み合わせた直交ループアンテナ対を上下に２組配置することで、設置面積を縮小したまま、配置アンテナ数を増加させることができる。アンテナ数が増加するので、このアレーアンテナで受信した電波の方向推定精度を改善することができる。以下の実施形態では、このような構成のアレーアンテナ装置を利用する場合の方向推定精度を高くするための技術について開示する。

【0009】

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態におけるアレーアンテナ装置の一例を示す図である。図１に示されるアレーアンテナ装置は、直交ループアンテナ対１０１と、直交ループアンテナ対１０２とを具備する。

【0010】

直交ループアンテナ対１０１は、ループアンテナ１０３とループアンテナ１０４とを備える。ループアンテナ１０３はＹ－Ｚ面上に配置され、ループアンテナ１０４はＸ－Ｚ面上に配置される。そして、ループアンテナ１０３とループアンテナとの１０４の交点を結ぶ軸が、Ｚ軸上に配置される。すなわち、ループアンテナ１０３とループアンテナ１０４は、Ｚ軸上で互いに交差する。その角度は直角であり、つまりループアンテナ１０３とループアンテナ１０４は、Ｚ軸上で互いに直交する。

【0011】

以下の記述において、２つの直交するループアンテナ同士の交点を結ぶ軸を、直交ループアンテナ対の中心線と称する。

【0012】

直交ループアンテナ対１０２は、ループアンテナ１０５とループアンテナ１０６とを備える。ループアンテナ１０５とループアンテナとの１０６の交点を結ぶ軸が、Ｚ軸上に配置される。すなわち、ループアンテナ１０５とループアンテナ１０６は、Ｚ軸上で互いに直交する。

【0013】

ここで、直交ループアンテナ対１０１の中心線と直交ループアンテナ対１０２の中心線とは、いずれもＺ軸上にある。ただし、双方の直交ループアンテナ対は、Ｚ軸で離間して配置される。図１においては、直交ループアンテナ対１０１は上側（原点から遠い位置）、直交ループアンテナ対１０２は下側（原点に近い位置）にそれぞれ配置される。

【0014】

また、直交ループアンテナ対１０１と直交ループアンテナ対１０２の中心軸は両者ともにＺ軸である。ただし、直交ループアンテナ対１０１と直交ループアンテナ対１０２とは、角度を異ならせて配置される。

【0015】

すなわちループアンテナ１０５は、Ｘ－Ｚ面から４５度回転した面に配置される。また、ループアンテナ１０６はＹ－Ｚ面から４５度回転した面に配置される。このようにすることで、ループアンテナ１０３，１０４，１０５，１０６は、Ｚ軸方向からの視線に対して、Ｚ軸を中心として回転対称の配置になる。

【0016】

図２および図３は、直交ループアンテナ対１０１におけるループアンテナ１０３，１０４の交点の態様の一例を拡大して示す図である。直交ループアンテナ対１０２においても同様の構成を採ることができる。すなわちループアンテナ１０３，１０４は、交点において互いに非接触で交差する。ループアンテナ１０３と１０４との間に、誘電体あるいは絶縁体の部材を挟み込んでもよい。このようにすることで互いのループアンテナの電気的特性が干渉しないようにできる。

【0017】

以上説明したように第１の実施形態では、上下に並べて配置された２つの直交ループアンテナ対を、互いに４５度回転させて配置した。このようにすることで、４つのループアンテナのビーム方向はそれぞれ異なる方向を向くようになる。その結果、各アンテナの最大ビーム方向が異なるようになり、全ての角度の方向推定精度が改善する。

【0018】

既存の技術では、上下に並べる２つの直交ループアンテナ対の設置向きを変えることが記述されていない。仮にループアンテナの向きが同じならば、上下のループアンテナ対のアンテナ受信指向性は同じになるので、単に受信感度が高くなる効果しか得られない。

【0019】

これに対し、第１の実施形態によれば、電波到来方向の推定精度を高めたアレーアンテナ装置を提供することが可能になる。

【0020】

［第２の実施形態］
図４Ａは、第２の実施形態におけるアレーアンテナ装置の一例を示す図である。図４Ａに示されるように、Ｚ－Ｙ面に配置されたループアンテナ１０３の給電点はＺ軸上にある。この給電点から給電線２０１がＸ軸に平行に、Ｘ－Ｚ面内でプラスＸ軸方向へ配置され、さらに、その位置からＸ－Ｙ面までＺ軸に平行に、下に向かって配置される。

【0021】

また、図４Ｂに示されるように、ループアンテナ１０４の給電点はＺ軸上にある。この給電点から給電線２０２がＸ軸に平行に、Ｘ－Ｚ面内でマイナスＸ軸方向へ配置され、さらに、その位置からＸ－Ｙ面までＺ軸に平行に、下に向かって配置される。

【0022】

また、図４Ｃに示されるように、ループアンテナ１０５の給電点はＺ軸上にある。この給電点から給電線２０３がＹ軸に平行に、Ｙ－Ｚ面内でプラスＹ軸方向へ配置され、さらに、その位置からＸ－Ｙ面までＺ軸に平行に、下に向かって配置される。

【0023】

また、図４Ｄに示されるように、ループアンテナ１０６の給電点はＺ軸上にある。この給電点から給電線２０４がＹ軸に平行に、Ｙ－Ｚ面内でマイナスＹ軸方向へ配置され、さらに、その位置からＸ－Ｙ面までＺ軸に平行に、下に向かって配置される。

【0024】

第２の実施形態では、各ループアンテナ１０３～１０６の給電線を、直交ループアンテナ対１０１，１０２を結ぶ中心線に対して回転対称となるように配置する。その結果、給電線とアンテナとの結合により生じる影響が、全てのループアンテナで同等となる。これにより、方向推定精度への影響が低減される。各給電線からの４つの受信信号は、例えば方位推定処理機材に与えられ、方位推定結果が出力される。例えば、この方位推定の精度を改善することができる。

【0025】

各ループアンテナの給電線の這わせ方に偏りがあると、各ループアンテナと給電線の結合がばらつき、方向推定精度が劣化する。

【0026】

これに対し第２の実施形態によれば、給電線とループアンテナとの対称構造により、給電線とアンテナとの結合が相殺され、方向推定精度への影響を低減することができる。

【0027】

［第３の実施形態］
図５は、第３の実施形態におけるアレーアンテナ装置の一例を示す図である。図５に示されるアレーアンテナ装置は、直交ループアンテナ対１０１、直交ループアンテナ対１０２に加えて、モノポールアンテナ３０１を有する。モノポールアンテナ３０１はＺ軸上に配置される。つまり、モノポールアンテナ３０１は、直交ループアンテナ対１０１と、直交ループアンテナ対１０２の中心軸上に配置される。

【0028】

第３の実施形態では、中心線に沿って、モノポールアンテナ３０１を追加する。この結果、複数のループアンテナのみでは判別できない方向推定結果の虚像を除去することができる。従って第３の実施形態によっても電波到来方向の推定精度を高めることができる。

【0029】

［第４の実施形態］
図６は、第４の実施形態におけるアレーアンテナ装置の一例を示す図である。図６において、モノポールアンテナは、モノポールアンテナ１０８に加え、延長部分３０３、及び、接続部分３０４を有する。

【0030】

延長部分３０３はＺ軸上に配置される。また、接続部分３０４は、モノポールアンテナ１０８の先端と、延長部分３０３の下端を接続する。ただし、接続エレメントは、ループアンテナ１０５，１０６と接触せず、Ｚ軸に対して回転対称となるように配置される。図６では、１８０度回転対称である。図６に代えて、９０度回転対称となるように接続部分を構成してもよい。

【0031】

モノポールアンテナを延長することでモノポールアンテナの利得を改善することができる。その際、ループアンテナとモノポールアンテナとが交差する場合がある。モノポールアンテナを、単純にループを避けて迂回する形状とすると、ループアンテナとモノポールアンテナの相互結合量にアンバランスが生じる。
そこで第４の実施形態は、モノポールアンテナの迂回部分が中心線に対して回転対称となるように、複数の迂回経路を持つように構成した。これにより、全てのループアンテナとモノポールアンテナの相互結合量が同等となり、方向推定精度への影響が低減される。
従って第４の実施形態によっても、電波到来方向の推定精度を高めたアレーアンテナ装置を提供することが可能になる。

【0032】

［第５の実施形態］
図７は、第５の実施形態におけるアレーアンテナ装置の一例を示す図である。図７に示されるアレーアンテナ装置は、中空ないし筒状構造のモノポールアンテナ５０１を備える。そして、ループアンテナ１０３，１０４，１０５，１０６の給電線が、モノポールアンテナ５０１の内部を通るように配置される。煩雑を避けるため、図７においてはループアンテナ１０３と給電線２０１だけを図示するが、ループアンテナ１０４，１０５，１０６の給電線２０２，２０３，２０４も同様に、モノポールアンテナ５０１の内部を通るように配置される。

【0033】

第５の実施形態においては、モノポールアンテナを、筒状部を有する中空構造とし、ループアンテナの給電線を筒状部の中を通すように構成する。この結果、給電線とループアンテナ間の結合が低減され、方向推定精度への影響が低減される。従って第５の実施形態によっても、電波到来方向の推定精度を高めたアレーアンテナ装置を提供することが可能になる。

【0034】

［第６の実施形態］
図８は、第６の実施形態におけるアレーアンテナ装置の一例を示す図である。第６の実施形態おけるアレーアンテナ装置１０７は、垂線周りに回転対称な形状を持つ建屋６０１の屋上に配置される。このとき、建物の垂線と、アレーアンテナ装置１０７の中心線とを一致させる。建屋の形状は、四角柱、６角柱、あるいは円柱状でもよく、垂線周りに回転対称であればよい。

【0035】

第６の実施形態では、アレーアンテナ装置を建屋屋上に設置する際に、建屋の形状を回転対称とし、この回転軸と中心線とを合わせてアレーアンテナ装置を設置する。この結果、建屋の影響を全てのループアンテナが等しく受けることとなり、方向推定精度への影響が低減される。従って第６の実施形態によっても、電波到来方向の推定精度を高めたアレーアンテナ装置を提供することが可能になる。

【0036】

なお、この発明は上記各実施形態に限定されるものではない。例えば直交ループアンテナ対の数は２に限られるものではなく、３以上であってもよい。

【0037】

また、第１乃至第６の各実施形態における構造を選択的に組み合わせて実施すれば、各実施形態で述べた効果をそれぞれ得ることができる。

【0038】

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示するものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0039】

１０１…直交ループアンテナ対、１０２…直交ループアンテナ対、１０３～１０６…ループアンテナ、１０７…アレーアンテナ装置、１０８…モノポールアンテナ、２０１…給電線、２０２…給電線、２０３…給電線、２０４…給電線、３０１…モノポールアンテナ、３０３…延長部分、３０４…接続部分、５０１…モノポールアンテナ、６０１…建屋。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】