[发明专利]阵列天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种将多个施加微扰(perturbation)的平面天线元件线性 (linear)排列所得到的阵列天线。

背景技术

以往，在施加微扰的平面天线中具有代表性的天线具有如下特征：轴比 带宽狭窄，虽然在设计频率附近能够保持良好的轴比，但是在频率发生偏离 时轴比的特性变得极差。在图15中示出了这种情况，(a)为表示轴比特性 的曲线，(b)表示在各个频率下的偏振波状态。从这些图可以看出，虽然 在设计频率即中心频率f0的附近，轴比几乎为0dB，处于良好的状态，但是 在相对于该中心频率向-侧偏离的f-处以及向+侧偏离的f+处的轴比特性变得 极差。此外，就偏振波状态而言，虽然在中心频率f0处为圆偏振波，但是在 f-处以及f+处却分别变为向左右倾斜的椭圆偏振波，轴比变得极差。

此外，近年来，已开发出按顺次排列该施加微扰的平面天线所得到的顺 次阵列天线(sequential array antenna)(例如，参照专利文献1的第0027段)。 在该顺次阵列天线中，排列有多个天线元件，使各天线元件旋转180/n(n＝1， 2，3，…)度，使相位也变化180/n(n＝1，2，3，…)度来进行激励(excitation)。 例如，如图16所示，在将具有一个馈电点且具有相对置的切口(微扰)的3 个天线元件线性排列作为顺次阵列天线时，在将各天线元件按公式φ_n＝ (n-1)π/N(n：第n个天线元件；N：天线元件的数量，在天线元件为3个 时N＝3)机械地旋转之后再进行排列。

这样，在由N个元件构成的顺次阵列天线中，若使第n个天线元件发生 上述公式φ＝(n-1)π/N的旋转和相位偏移，则在垂射方向(broadside direction) (与天线元件的排列方向垂直的方向)上，与天线元件的偏振波状态无关地 放射完全的圆偏振波，所以能够在整个宽带上保持良好的圆偏振波状态和阻 抗特性。

然而，在使用自中心频率偏离的频率(通信信道：Communication channel) 时，顺次阵列天线的指向特性变为如图17所示，存在指向特性根据频率发 生变化的问题。特别是在与移相器组合作为相控阵列天线来控制指向方向的 情况下，波束方向会根据频率发生变化。这样的现象在如RFID那样通信对 象为直线偏振波的情况下尤其显著，信号接收区域会根据频率发生变化。图 17示出了顺次阵列天线的指向特性以及轴比特性，(a)、(b)表示使用频 率f+时的波束的状态，(c)、(d)表示使用频率f-时的波束的状态。E_θ表 示圆偏振波的水平分量，E_φ表示圆偏振波的垂直分量，在使用频率f+和频 率f-的情况下，就E_θ、E_φ而言，增益没有发生变化且轴比特性也没有发生 变化，但是它们的波束方向左右正相反，进而，在与移相器组合进行了波束 偏移时，如图17(b)、(d)所示，在E_θ、E_φ发生了变化。

另一方面，在使用如图18所示的将天线方向相同的施加微扰的天线元 件线性排列得到的一般的相控阵列天线的情况下，虽然指向特性不依存于频 率，但是增益的变动如图19所示那样变大。图19示出了相控阵列天线的指 向特性，(a)、(b)表示使用频率f+时的波束的状态，(c)、(d)表示 使用频率f-时的波束的状态。在使用频率f+和频率f-的情况下，就E_θ、E_φ而言，均都朝向正面方向，指向特性没有发生变化，但增益正相反。在与上 述同样地进行了波束偏移时，在E_θ、E_φ也发生了变化。

即，在使用各个天线轴比带宽小的平面天线元件来构成顺次阵列天线或 是相控阵列天线的情况下，就顺次阵列天线而言，虽然在垂射方向上不受频 率变化的影响在宽带内保持良好的轴比特性，但是指向方向却根据频率的变 化发生变动。另一方面，就相控阵列天线而言，虽然指向方向不会根据频率 的变化发生变动，但是轴比却根据频率的变化发生变动。由此，各个阵列天 线在指向特性以及轴比带宽上各有优缺点。