JP3121820B2 - マイクロストリップアレーアンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は例えばマイクロストリップアンテナを複数並
べたアレーアンテナであって、航空機等の機体外部に装
着するのに適したマイクロストリップアンテナに関す
る。

（従来の技術） 一般にアンテナは高い耐環境性能を要求されるため、
アンテナ素子をレドームにて覆い収納した構造を有する
場合が多い。斯かる構造を有したアンテナの製造過程に
おいては、放射素子とレドームを別個に製造し、最後に
両者を組立てることが行われている。ところが、放射素
子の特性調整は、レドームによって覆われていない状
態、即ち放射素子単独の状態で行われることが多いた
め、レドームを組み付けた段階で再び特性調整が必要と
なるが、一旦レドーム内に収納した後に放射素子の取付
位置を種々変更して、放射素子〜レドーム間距離を変更
することは極めて困難であるため、予めレドームの影響
を加味してアンテナ単体の調整を行なっておくのが一般
的であった。

ところで航空機等において使用されるアンテナとして
は薄型、軽量、低姿勢等の要求からマイクロストリップ
アンテナ（Micro Strip Antenna）が有利であるが、こ
の場合には航空機の機体表面に取付けられ、外部気圧の
変化或は広範囲の温度変化等々の環境条件の厳しい場所
で使用されることが多い。

第４図はこのようなマイクロストリップアンテナの従
来例の構成説明図であり、このマイクロストリップアン
テナは機体表面等に設置される金属ベース１と、金属ベ
ース１上に順次積層されたアース板２と、誘電体基板３
と、放射導体４と、金属ベース１及びアース板２を貫通
した状態で固定されるとともに中心導体10aから放射導
体４に給電する同軸ケーブル10とを有する。

レドーム６は金属スペーサ７により放射導体４との間
に所定のギャップ５を保持した状態で配設されており、
金属ベース１とレドーム６周縁部とはリベット８によっ
て固定される。

しかしながら、従来のマイクロストリップアンテナ
は、図示の如く金属ベース、レドーム等の外装を構成す
る構成部品は勿論、内部の構成部品も含めて、全て平面
形状（非曲面形状）を有しているため、これを航空機の
機体のように曲面状の部分に固定するためには、第５図
に示すようにアンテナ底面と機体17との間にスペーサ15
を介在させる必要があった。

しかしながら、曲面状の機体表面に平面形状のアンテ
ナを設置する場合には、その両端部の突出高さｈが大き
くなり、突出高さが大きくなると、風圧による影響を受
け易くなり、レドームが振動、伸縮等の変形を起し易く
なる。

レドーム６は樹脂等の誘電体物質から構成されるた
め、ビームの放射経路に位置するレドームの変形は放射
導体上方における総合的誘電率の変化を招来し、ビーム
特性に影響を及ぼすこととなる。また、レドームに繰り
返し変形が生じることはレドーム自体の機械的強度にも
多大の影響を及ぼし、このことは特に航空機搭載用の装
置としては装備安全面で無視し難い欠点となっている。

（発明の目的） 本発明は上述したごとき従来の問題を解決すべくなさ
れたものであって、航空機機体表面等の曲面部分に装着
されるのに適したマイクロストリップアレーアンテナを
提供することを目的としている。

（発明の概要） 上述の目的を達成するため、請求項１の本発明に係る
マイクロストリップアンテナから成るアレーアンテナ
は、共通のベース上に複数のマイクロストリップアンテ
ナ素子を並べて成るアレーアンテナにおいて、該アレー
アンテナは曲面形状を呈する移動体の筐体上に設置する
ものであって、前記ベースと、前記複数のマイクロスト
リップアンテナ素子と、これらを覆うレドームの全体形
状とを、前記アレーアンテナを取り付けるべき移動体の
取付部位の曲面形状に合わせて湾曲させたことを特徴と
している。

また、請求項２の本発明に係るマイクロストリップア
ンテナから成るアレーアンテナは、請求項１に記載のマ
イクロストリップアレーアンテナにおいて、前記レドー
ムの内底面に凹所を設けるとともに、前記マイクロスト
リップアンテナ素子を構成する放射導体を当該凹所に埋
設したことを特徴としている。

また、請求項３の本発明に係るマイクロストリップア
ンテナから成るアレーアンテナは、請求項１または２に
記載のマイクロストリップアレーアンテナにおいて、前
記ベースと前記マイクロストリップアンテナ素子との中
間層における所定位置にインピーダンス整合回路を配置
したことを特徴としている。

（実施例） 以下、添付図面に示した実施例に基づいて本発明を詳
細に説明する。

第１図（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施例の構成を
示す断面図及び平面図であり、この実施例ではマイクロ
ストリップアンテナを複数並べたアレーアンテナ或は各
々の位相を制御したシーケンシャル・アレー・アンテナ
を例示してある。

このマイクロストリップアンテナは機体表面等に設置
されるベース１と、ベース１上に順次積層されたアース
板２及び誘電体基板３と、誘電体基板３上に所定の配置
間隔で配置された複数の放射導体４と、ベース１及びア
ース板２を貫通した状態で固定されるとともに各中心導
体10aから各放射導体４に給電する同軸ケーブル10と、
誘電体基板とレドーム６との間の空間に充填されたペー
パーハニカム材15とを有する。

ベース１、ベース１上に積層されるアース板２及び誘
電体基板３、更にはレドーム６は、機体17の表面の曲面
形状に整合する形状に湾曲して構成されている。このた
め、第１図に示すようにアンテナ底面（ベース）と機体
17表面とが密着するとともに、レドーム外表面の湾曲率
が機体表面の湾曲率と同等となる。

なお、各放射導体４は、機体の曲率に合せて湾曲させ
てもよいし、平面形状にしてもよい。

この実施例では放射導体４の数と同数の同軸ケーブル
10を機体内部から導出したが、アンテナ内部に分配合成
器を設け、この分配合成器により各放射導体４に対する
給電を行うようにすれば、給電線路としては一本の同軸
ケーブルだけで充分である。この分配合成器を用いた変
形は、以下に説明する他の実施例においても共通に適用
可能である。

ペーパーハニカム材15を充填することによって、レド
ーム６と放射導体４との間に所定の間隔を確保してい
る。

レドーム６の組付けは、誘電体基板３上にペーパーハ
ニカム材15を載置した状態でペーパーハニカム材15上に
レドームを被せ、ベース１とレドーム６の周縁部をリベ
ット８によって固定することによって実施される。

ペーパーハニカム材15はレドーム内壁面と面接触して
これを支持する構造であるため、支持強度を大幅に向上
し、耐振動性を向上させることができるとともに、風圧
や、気圧差による影響を大幅に低減させることができ
る。

ペーパーハニカム材は紙材から成るため、誘電率はほ
ぼ１（空気と同じ）に近く、放射導体に密着させても放
射導体から放射されるビームの励振モードを乱すことが
なく、従ってマイクロストリップアンテナの特性を変化
させることがない。また、紙材であることから大幅な軽
量化が可能であり、従来の航空機搭載用のアンテナに要
求される重量制限のクリアが容易であり、従来の金属ス
ペーサを用いたものに比して構造設計の自由度を拡大す
ることができる。

次に、第２図は本発明の第２の実施例の構成を示す断
面図であり、このマイクロストリップアレーアンテナは
機体表面等の曲面形状に密着整合する曲面形状を有しア
ンテナ底板となるベース21と、ベース21上に積層した導
電材より成る第１アース層22と、第１の誘電体基板40
と、ストリップラインから成るインピーダンス整合用の
LC整合回路41と、第３の誘電体基板44と、第２のアース
層46と、第３のアース層48と、第３の誘電体基板50が順
次積層されるとともに、これらの部材を覆うようにレド
ーム26がリベット25によってベース21に止着されてい
る。レドーム26の内底面には複数の凹所26aが所定の配
置で形成されるとともに、各凹所26a内には放射導体24
が夫々埋め込まれている。

ベース21を機体表面の曲面形状に合せて曲面状に構成
することは勿論、ベース上方に順次積層した各部材も同
様の曲率で湾曲させるのが好ましい。

各同軸ケーブル30は夫々ベース21と第１のアース層22
を貫通した状態で固定されるとともに各中心導体30aは
各LC整合回路41に延びて接続されている。各LC整合回路
41と各放射導体24との間は夫々各給電ピン55により接続
されている。

第１及び第２のアース層22、46は、各LC整合回路を上
下から包囲するアース層であり、第３のアース層48は各
放射導体24に対向して配置したものである。なお、アー
ス層46と48は、１枚のアース層で兼用しても良い。

各放射導体24は、その下面で誘電体基板50の上面と接
触するとともに、各給電ピン55から給電を受ける。

レドームと放射導体とを密着させると、放射導体上方
の励振モードが変化し、アンテナの特性、特にインピー
ダンス特性がレドームを使用しない場合に比して変動す
る。そこで本発明では整合回路を入力端子部分に設ける
ことによって、入力インピーダンスを希望値に整合させ
るように構成した。このことによって、レドームと放射
導体とを密着させた場合における入力インピーダンス特
性の変化を補償することができる。

以上のように本発明の第２の実施例によれば、レドー
ムを含むアレーアンテナの全体形状を機体等の表面形状
に適合させて湾曲させたことによって、アンテナ全体の
突出高さを最小限に抑えることができる。

従って、航空機に搭載した場合に従来生じ易かった種
々の問題を解決できる。即ち、これを航空機に搭載した
場合には空気抵抗を大幅に低減できるため、風圧に起因
したレドームの振動、伸縮等の変形を防止できる。この
結果、ビームの放射経路に位置するレドームの変形に起
因したビーム特性への影響や、機械的強度への影響、更
には運行燃費の悪化を防止できる。

第３図は本発明の第３の実施例の構成を示す断面図で
あり、このマイクロストリップアンテナは機体表面等に
設置されるアース板を兼ねたベース１と、ベース１上面
との間に所定の空隙５を介して配設されたレドーム６
と、レドーム底面に下面が露出する状態で埋設した複数
の放射導体４と、ベース１を貫通した状態で固定される
とともに各中心導体10aから対応する放射導体４に給電
する同軸ケーブル10とを有する。

ベース１は、機体17の表面の曲面形状と同等の曲率を
有した形状とし、レドーム６の上面も機体表面に沿った
形状とする。

ベース１と放射導体４との間に形成されるギャップ５
内には空気が存し、この空気が誘電体として機能する。

以上のように構成すれば、前記各実施例の場合と同様
に風圧によるレドームの変形を防止できる。また、部品
点数を減少して構造を簡単化し、レドームの高さを充分
に小さく設定できる上、軽量化を図る上で有利である。

なお、上記各実施例ではいずれも航空機の機体面に本
発明のアンテナを適用する場合を想定したが、航空機以
外の移動物体、建築物等であって壁面等が曲面状に形成
されているものにも本発明は適用可能である。従って、
請求の範囲においてはこれらの被装着対象を包括して筐
体と表現した。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、航空機機体表面等の曲
面部分に装着されるのに適したマイクロストリップアレ
ーアンテナを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び（ｂ）は本発明を適用したマイクロス
トリップアンテナの第１の実施例の正面断面図及び平面
図、第２図は本発明の第２の実施例の断面図、第３図は
本発明の第３の実施例の断面図、第４図は従来のマイク
ロストリップアンテナの断面図、第５図は従来のマイク
ロストリップアンテナを航空機の機体に固定した状態の
説明図である。 １……ベース、２……アース板、３……誘電体基板、４
……放射導体、６……レドーム、８……リベット、10…
…同軸ケーブル、10a……中心導体、15……ペーパーハ
ニカム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 智之 神奈川県高座郡寒川町小谷２丁目１番１ 号 東洋通信機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−281704（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−111503（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−240543（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−15042（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−11307（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−121011（ＪＰ，Ｕ) 特表 昭64−500475（ＪＰ，Ａ) 電子通信情報学会創立70周年記念総合 全国大会講演論文集［分冊３：ＰＡＲＴ ３］講演番号614，「マイクロストリッ プアンテナを用いたＳバンドオムニディ レクショナルリングアレーアンテナの開 発」、石井尚登 他２名，Ｐ３−56，Ｓ 63−３−15

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】共通のベース上に複数のマイクロストリッ
   プアンテナ素子を並べて成るアレーアンテナにおいて、 該アレーアンテナは曲面形状を呈する移動体の筐体上に
   設置するものであって、 前記ベースと、前記複数のマイクロストリップアンテナ
   素子と、これらを覆うレドームの全体形状とを、前記ア
   レーアンテナを取り付けるべき移動体の取付部位の曲面
   形状に合わせて湾曲させたことを特徴とするマイクロス
   トリップアレーアンテナ。
2. 【請求項２】前記レドームの内底面に凹所を設けるとと
   もに、前記マイクロストリップアンテナ素子を構成する
   放射導体を当該凹所に埋設したことを特徴とする請求項
   １に記載のマイクロストリップアレーアンテナ。
3. 【請求項３】前記ベースと前記マイクロストリップアン
   テナ素子との中間層における所定位置にインピーダンス
   整合回路を配置したことを特徴とする請求項１または２
   に記載のマイクロストリップアレーアンテナ。