JP2000505978A - 広帯域のプリント化アレイアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、実質的に軸対称の主ローブを供給する広帯域のアレイアンテナに関する。このアンテナは、プレーンの一方に周期的に断続して配置され、励磁の中心位置（Ａ）からの木構造給電線（４０）によってコーナ給電されたパッチ（１０、１１）を含む。反対に、各パッチは、帯域を広くする無給電素子である。本発明は、特に測定レーダに適用される。

Description

【発明の詳細な説明】 広帯域のプリント化アレイアンテナ 本発明は、その中心を通る軸に対して実質的に軸対称な主ローブを発射しよう とする広帯域のプリント化アレイアンテナに関する。 小型アンテナを製造するために、特に有利な解決策がプリント化アレイアンテ ナの使用であるということは、現在のところ公知である。種々のあり得るタイプ の中で、プリント化回路を組み立てる公知の技術を利用する製品の平易さの結果 、パッチアンテナはそれら有利な点があるにも関わらず未だほとんど用いられて いない。 特定の用途において、例えば密閉空間測定レーダのように、広帯域のマイクロ 波アンテナを有することが特に重要であり、該アンテナの放射パターンは実質的 に軸対称である。 これを、ホーン等のような従来のタイプの放射素子で達成できるけれども、出 くわす問題は小型化にできないことである。 それゆえ、本発明の課題は、パッチの使用によってそれ自身を非常に小型であ り、かなり広い帯域に渡って実質的に軸対称なパターンを表すプリント化アレイ アンテナにすることである。 本発明によれば、アンテナの中心を通る軸に対して実質的 に軸対称な主ローブを発射する広帯域のプリント化アレイアンテナであって、該 アンテナは、マイクロストリップ線によって給電された複数の実質的に四角形の 放射パッチを含んでいるアレイアンテナにおいて、該アンテナの中心（Ａ）から 前記線による給電は木構造タイプであり、各パッチは、コーナに部分的に重なる 線の１つによってコーナを通して給電されることを特徴とするものである。 できるだけ完全な放射パターンを得るために、本発明の別の様相によれば、ア ンテナ（Ｅ、Ｈ、Ｄ）のプレーンの少なくとも一方向で、パッチの分散は、アン テナの放射パターンの副ローブを限定し、アレイローブをわきに動くように周期 的でなく、この方向の該アンテナの周囲のパッチは、該アンテナの中心に向かう パッチよりも大きい空間を表す。 以下の説明及び添付図面によって、本発明がより理解できるであろうし、他の 特徴及び効果が想到できるであろう。 図１は、本発明によるアンテナの平面図である。 図２は、部分的な断面図である。 図３は、パッチ及びその給電線を表している。 図４及び図５は、パッチの非周期性のおかげで効率の改善を説明するグラフで ある。 図６は、アンテナの従来の中心交さ給電を説明する。 図７は、本発明による中心給電を説明する。 図８及び図９は、図６及び図７のそれぞれの場合の、最高周波数のプレーンＨ の放射パターンを表している。 図１０及び図１１は、本発明によるアンテナに対する最高 周波数のプレーンＥ及びＤのパターンである。 図１２から図１４は、最低周波数に対するプレーンＨ、Ｅ及びＤの、本発明に よるアンテナの放射パターンを表している。 図１は、本発明によるアンテナの平面図である。このアンテナ１は、八角形に 境界付けられた表面に渡って分散されたパッチ１０のアレイを用いているが、こ れは決して限定するものではない。これらパッチは、例えば同軸を通って信号が 与えられた中心点Ａから給電線４０のアレイによって給電される。 アンテナの構造は、図２及び図３によってより理解されるであろう。図２は、 アンテナ１を通る部分的断面図である。アンテナは、プリント化回路の技術によ って作られており、例えばポリプロピレンから作られた第１の誘電体層１２を含 む。その一方の面は、アースプレーンとして提供するメタライゼーション１３を もたらし、その他方の面は、パッチ１０を含む（それらの一方が表されている） 。パッチを与える面に、例えばエポキシガラスからなる第２の誘電体層２を次々 にもたらす非常に薄い誘電体フォーム層３に与える。該第２の誘電体層２は、フ ォームと接触する面が各パッチ１０と反対に無給電素子２０をもたらす。これら 無給電素子は、好ましくはパッチと同一形状を有しているが、小さい大きさであ り、アンテナの通過帯域を広くすることが可能となる。 誘電体フォーム層３の厚みｈ２は、好ましくは第１の誘電体層１２の厚みｈ３ の３倍から４倍の厚みである。この構造 のおかげで、無給電素子をもたらす第２の誘電体層２もまた、アンテナに対して ラドームとして提供する。 無給電素子は、図１に明らかには表されていない。 図３は、パッチ１０及びその給電を平面図で表している。このパッチは、辺ａ を有する正方形状であり、辺ａよりも小さい辺ｂを有して対応する無給電素子２ ０である。パッチの対角に対して９０°の線４０に接続されたそのコーナ１００ を通して、パッチがコーナ給電される。線とパッチとの間の重なりの大きさは、 特に組立体のインピーダンスに適合させることが可能となる。図１で提供された ような木構造給電を有するコーナ給電の利点は、この方法で線のエルボが各パッ チに対して除かれる。他方で、線４０がコーナで終端するパッチの対角線の方向 のコーナ１００からはずれたならば必要となるであろう。従って、エルボによる 損失の明らかな理由が、全体のアレイから除かれる。 図１に戻って、アンテナを覆うパッチの分散を、従来のアレイアンテナと同様 に周期的にできる。しかしながら、プレーンＨの図４の放射パターンでわかるよ うに（例としてここで検討された帯域の最高周波数に対して）、副ローブの上向 き(upturn)は、±９０゜周囲で観測され、これはかなり障害となる。 アンテナの全体に渡る放射パターンにおいて、電界（Ｅプレーン）を含むプレ ーンを通して、磁界（Ｈプレーン）を含むプレーンを通して、並びにＥ及びＨプ レーン（Ｄプレーン）に４５゜の対角プレーンを通して、部分を規定することが 可能となることがリコールされる。 本発明の特徴によれば、副ローブのこの上向きを妨げ、且つアレイローブをわ きに動くように、アンテナのプレーンの少なくとも一方向にパッチ１０及び１１ の非周期的分散からなる。図１によって記載された例において、Ｅプレーンの周 期性は壊される。従って、アンテナの中心のパッチ１０は、０．８λの周期性で 周期的に分散され、λはアンテナの通過帯域の中心波長であり、Ｅ電界の方向の 周囲のパッチ１１は、例えば０．９λの大きい空間を有する。もちろん、パッチ の間の間隔の段階的な増加もまた、予見することができる。 この非周期性の導入のおかげで、図５のパターンは、障害となる上向きが除去 されていることが得られる。 放射パターンの障害の他の源は、アンテナの中心給電に存在する。線４０によ る木構造給電を有する点Ａに信号を伝える同軸線（図示なし）からくる直接的な 解決策は、アンテナの中心Ａ’と交差する２つの主線４１、４２及び４３、４４ を有する図６のグラフを使用することである。各ストレッチ４１、４４、４２、 ４３は、中心Ａ’に対してアンテナの連続するセクタを給電する。しかし、図８ のＨプレーンの最高周波数でのパターンで理解されるように（約−１３ｄＢに上 向きに上げる）、性能低下が±４０°の副ローブで注目される。これは、十字の 無給電放射のために非常に適当である。 ここで、この改善のために、図７の幾何学が採用されている。２つの連続する セクタの主給電線は、２つの連続するセ クタの２つのグループを形成するために、線４１に対する中心線４５、並びに線 ４２及び４３に対する中心線４６によって一緒にリンクされている。分散線４７ は、線４５及び４６に中心点Ａをリンクする。給電線のこの幾何学は、図７の構 成に対応する図９のパターンでわかるように、副ローブをかなり減少する。 前述のように、特定の用途について、軸対称パターンを得ることが重要となる 。即ち、種々のプレーンＨ、Ｅ及びＤの主ローブと実質的に同一となる３ｄＢの 開口面を有するものである。 本発明によるアンテナにおいて、これは、給電線４０を通して種々のパッチに 与えられた適当な重みを有するパッチの非周期性を組み合わせることによって得 られる。 これのおかげで、実質的に軸対称なパターンは、アンテナの通過帯域の至る所 で得られる。これは、例えばプレーンＨ、Ｅ及びＤそれぞれの図９、図１０及び 図１１のパターンの最高周波数に対して表される。同一特性は、プレーンＨ、Ｅ 及びＤそれぞれの図１２、図１３及び図１４のパターンの最低周波数（ここでは ９．２ＧＨｚ）に対して注目すべきである。 表された全ての実例において、副ローブのレベルは常に−１６ｄＢより低くな る。 従って、本発明による特徴のおかげで、小型で且つ軽いアレイアンテナが、ラ ドーム保護、非常に広い通過帯域（ＳＷＲ＜１．５の１０％よりも大きい）、軸 対称な放射パターン 及び副ローブの低レベルと共に得られる。更に、本発明によるアンテナは、通過 帯域を広げた無給電素子の位置付けに決して感応しない。最後に、コーナを通る パッチの木構造給電は、損失を減少する。 もちろん、説明された実例は、本発明を何ら限定するものではない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 イムディー モハメッド フランス国，94117 アルクイユ セデク ス，アベニュ デュ プレジダン サルバ ドル アレンド，13番地，トムソン―セー エスエフ エスセーペイ内 (72)発明者 ゴーダン ダニエル フランス国，94117 アルクイユ セデク ス，アベニュ デュ プレジダン サルバ ドル アレンド，13番地，トムソン―セー エスエフ エスセーペイ内 (72)発明者 ダヴィド ジャン―ピエール フランス国，94117 アルクイユ セデク ス，アベニュ デュ プレジダン サルバ ドル アレンド，13番地，トムソン―セー エスエフ エスセーペイ内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．アンテナの中心（Ａ）を通る軸に対して実質的に軸対称な主ローブを発射す る広帯域のプリント化アレイアンテナであって、マイクロストリップ線（４０） によって給電された複数の実質的に四角形の放射パッチ（１０、１１）を含んで おり、該アンテナの中心（Ａ）から前記線（４０）による給電は木構造タイプで あり、各パッチ（１０、１１）は、前記線（４０）の一方によってコーナを通し て給電されているアレイアンテナにおいて、 コーナでパッチを給電する前記線は、該コーナ（１００）と部分的に重なって おり、 前記アンテナ（Ｅ、Ｈ、Ｄ）のプレーンの少なくとも一方向で、前記パッチの 分散は、前記アンテナの放射パターンの副ローブを限定し、アレイローブをわき に動くように周期的でなく、この方向の該アンテナの周囲の前記パッチ（１１） は、該アンテナの中心に向かう前記パッチ（１０）よりも大きい空間を表すこと を特徴とするアレイアンテナ。 ２．前記方向は、前記アンテナのＥプレーンの方向であることを特徴とする請求 項１に記載のアレイアンテナ。 ３．前記給電線は、前記広帯域の実質的に軸対称な主ビームを発射するように、 各パッチ（１０、１１）によって放射さ れたエネルギに重みをかけるように提供されることを特徴とする請求項１又は２ に記載のアレイアンテナ。 ４．前記アンテナは、２つの連続するセクタの２つのグループに分割されており 、各セクタは、主線（４１から４４）から木構造に給電されており、グループ（ ４１、４４；４２、４３）のセクタの主線が中心線（４５；４６）によってリン クされており、 前記アンテナの中心（Ａ）からの給電は、前記２つのグループの前記中心線に 前記中心（Ａ）をリンクする分散線（４７）によってなされていることを特徴と する請求項１から３のいずれか１項に記載のアレイアンテナ。 ５．それは第１の誘電体層（１２）を含んでおり、その一方の面がアースプレー ン（１３）によって覆われており、その他方の面が前記パッチ（１０、１１）及 び前記給電線（４０）を含んでおり、前記他方の面上の誘電体フォーム層（３） と、該面が該フォーム層に向かって回転されるその第２の誘電体層（２）とが、 前記アンテナの通過帯域を増加するように、前記パッチのように且つ前記パッチ と反対に、同一形状の無給電素子（２０）をもたらすことを特徴とする請求項１ から４のいずれか１項に記載のアレイアンテナ。 ６．前記無給電素子（２０）は、前記対応するパッチ（１０、１１）よりも小さ い大きさであることを特徴とする請求項 ５に記載のアレイアンテナ。 ７．前記第２の層（２）は、前記アンテナに対するラドームとして役立つように エポキシガラスからなることを特徴とする請求項５又は６に記載のアレイアンテ ナ。 ８．前記第１の層（１２）は、ポリプロピレンから作られ、 前記第１の層（１２）の厚み（ｈ１）は、前記誘電体フォーム層（３）の厚み よりも１／３から１／４の厚みであることを特徴とする請求項７に記載のアレイ アンテナ。