阵列天线的制作方法

本发明涉及具有多个元件，经由元件收发电波的阵列天线。

背景技术：

1、以往，在便携终端等的基站中，由波束宽度为90度左右、120度左右的扇形波束呈广角地进行了区域形成。另一方面，在5g中，为了改善区域质量，有时要求将波束宽度为20度以下等的较细的高增益波束转向成广角，同时满足高增益和广角区域形成。图21表示基站5、中继装置6的结构例。波束#6、波束#2从基站5指向便携终端701、702。另一方面，波束经由中继装置6指向位于建筑物等里面的便携终端703。

2、为了其实现，在移动通信中，正在进行基于多个设备的数字波束成形、基于波束成形ic的与模拟波束成形对应的高功能天线的开发。

3、作为使波束成形的性能最大化的阵列天线的排列，已知图23所记载那样的三角排列(专利文献1的段落0002以及图27等)。该排列通过以适当的元件间隔且自由地设定每个元件的供电条件，能够得到最佳的波束成形性能。

4、对于所配置的全部天线元件，在振幅、相位可变，即能够自由调整的情况下，若考虑旁瓣特性等，则对于增益、波束转向的角度范围而言，优选将天线的配置设为“三角排列”。例如，在专利文献2中记载了在正三角排列的平面阵列的情况下，无论组合哪个方向的2个元件天线，2元件部分阵列的元件天线的间隔d都相同(段落0064)。

5、以下，有时将相控阵天线、波束成形天线简称为阵列天线或天线。另外，有时将天线元件简称为元件。

6、现有技术文献

7、专利文献

8、专利文献1：日本特开2021-027465号公报

9、专利文献2：日本特开2020-198576号公报

技术实现思路

1、发明要解决的课题

2、首先，对三角排列和正方排列的不同进行说明。

3、图22表示正方排列的阵列天线的结构例，图23表示三角排列的阵列天线的结构例。

4、在图23所示的三角排列中，由于相邻的元件的行沿水平方向偏移d/2的量，因此水平方向元件间隔视为与d/2的元件间隔等价。由此，与正方排列相比，水平方向的波束成形的性能提高。

5、特别是，在转向成广角时，能够抑制旁瓣，即栅瓣的上升。

6、这样，在三角排列，特别是正三角形排列中，在各元件的振幅、相位可变的情况下，能够对每个元件设定自由的振幅、相位条件，理论上，能够得到最佳的波束成形性能。

7、但是，为了实现全部元件可变，需要对每个元件自由设定供电条件，因此，例如如图24所示，需要对每个元件100设置振幅相位调整部10等，准备与全部元件100对应的数量的无线设备、波束成形ic等振幅相位调整部10。

8、例如，在28ghz频带等的mmwave中被利用的模拟波束成形中bfic(beam formingic，波束成形ic)的数量最大，在sub6等中被利用的数字波束成形中收发器的数量分别为最大，成本的增大、消耗电力的增大、与此相伴的发热等成为问题。

9、因此，研究为了削减成本而进行子阵列化来减少ic、收发器的数量。

10、图25表示所考虑的结构例。在元件列110内，实线内的两个元件100以固定的振幅差、相位差来进行设计。此外，实线表示子阵列等元件的组合、分组。另外，以下的说明也包含在内，并非对全部元件标明实线。即，未标明实线的元件也同样由两个元件100等分组。

11、如图25所示，在由同一列的相邻元件100进行了子阵列化的情况下，对于水平方向的波束转向，可得到与各元件的振幅、相位可变的情况同等的性能。

12、但是，垂直方向、即子阵列内的元件100的间隔为2×d，在施加了垂直倾斜、即垂直方向的波束成形的情况下，将引起旁瓣上升等劣化。

13、图26表示考虑的其他结构例。在元件列110内，实线内的两个元件100以相同的振幅、相位被控制。

14、在本结构中，对于垂直方向，元件间隔返回到d，垂直倾斜得到改善。另一方面，对于水平方向，元件间隔为d，因此，对于水平转向，得不到d/2的相位、振幅的自由度。

15、在为了削减成本而减少ic、收发器的数量从而将元件子阵列化时，如上所述，波束成形性能劣化。

16、要求解决这样的问题，在移动通信基站波束成形天线中对性价比进行最优化。

17、另外，从发送eirp的增强、接收系统的低噪声化等收发的通信质量的提高的观点出发，优选天线增益高，但在想要确保波束成形时的性能的情况下，需要缩小天线元件间隔，天线开口变小，增益下降。

18、在以低成本化为目的进行子阵列化为前提的情况下，需要研究在将水平侧的波束转向角度范围保持为广角的同时提高阵列增益，即高效率化的配置。

19、特别是，要求一种具有子阵列前提的阵列配置的阵列天线，该阵列天线无论数字、模拟如何都会实现对移动通信用波束成形天线要求的、基于子阵列化的无线设备和bfic的数量减少、水平方向波束转向角度范围的广角化、高阵列增益化。

20、因此，本发明的目的在于，提供一种兼顾低成本、水平波束成形性能的最佳化的阵列天线。

21、另外，本发明的目的在于，提供一种同时对低成本、水平波束成形性能的最佳化、和天线高增益化这3个满足条件的阵列天线。

22、并且，本发明的目的在于，提供一种阵列天线，在满足上述目的的同时，无论频率如何，例如在考虑了当前的移动通信中的应用的情况下，在sub6、mmwave中都能够应用。

23、用于解决课题的手段

24、在移动通信中，水平方向的波束成形优先，因此，期望能够维持水平的波束成形性能的排列方法。在移动通信用基站天线中的波束成形中，与垂直侧波束倾斜相比，对于水平侧的波束转向角度范围，大多要求广角。

25、因此，在减少无线设备、波束成形ic的数量的情况下，将垂直侧的天线元件作为2元件以上的子阵列进行子阵列化，与全部元件可变的情况一样地维持水平方向的波束转向角度范围，由此，优先提高水平方向的波束成形性能并且实现低成本化。

26、本发明的一实施方式中的阵列天线具有多个元件，经由元件收发电波，该阵列天线具有：电波控制部，其在多个元件中发出振幅或相位互不相同的电波，由此至少在第一方向上使电波的收发方向倾斜，该阵列天线具有多个元件列，该元件列在与第一方向大致正交的第二方向上以规定间隔d1排列2个以上的n个元件，元件列构成为子阵列，在第一方向上以规定间隔d2排列元件而形成元件行，元件列被配置为与在第二方向上相邻的元件或元件列在第一方向上偏移大致d2/2。

27、本发明的一实施方式中的阵列天线，在上述阵列天线中，位于最外侧的元件行的元件列具有比位于最外侧的元件行以外的元件行的元件列多的元件。

28、本发明的一实施方式中的阵列天线，在上述阵列天线中，相对于规定的中心位置位于外侧的元件行的元件列所具有位于中心位置侧的元件行的元件列具有的元件以上的数量的元件。

29、本发明的一实施方式中的阵列天线，在上述阵列天线中，在第一方向上在最外侧具有阵列组，阵列组在第一方向上具有多列元件列。

30、本发明的一实施方式中的阵列天线，在上述阵列天线中，也可以是，在第一方向上在外侧具有多个阵列组，阵列组在第一方向上具有多列元件列，在第一方向上，外侧的阵列组具有内侧的阵列组所具有的列以上的数量的元件列。

31、本发明的一实施方式中的阵列天线，在上述阵列天线中，其特征在于，最少的元件列具有一个元件。

32、本发明的一实施方式中的阵列天线，在上述阵列天线中，相对于收发的电磁波的波长λ，d2为大致λ/2，d1为0.5λ以上。

33、本发明的一实施方式中的阵列天线，在上述阵列天线中，阵列天线是便携终端的基站天线或者中继天线，第一方向为大致水平方向。

34、发明效果

35、将垂直侧的天线元件作为2元件以上的子阵列进行子阵列化，与全部元件可变的情况一样地维持水平方向的波束转向角度范围，由此，在优先提高水平方向的波束成形性能的同时实现低成本化。