JP3981008B2 - パッチダイポールのアレイアンテナ及び関連の方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は通信分野に関し、詳細には整相列アンテナに関する。
【０００２】
既存の電磁波アンテナは、衛星受信、遠隔様々な適用における幅広い形態を含む。低コスト、軽量、ロープロファイル、大量生産の望ましい特質は、一般的に、印刷された回路アンテナによって提供され、平らな伝導性素子は、均一な厚さの誘電性素子によって、単一の本質的に連続する接地素子から間隔が置かれている。アンテナは、アレイ状に設計され、低コスト、軽量、ロープロファイル及びローサイドローブなどの特徴を必要とする、フレンド／フォウ（ｆｒｉｅｎｄ／ｆｏｅ）（ＩＥＦ）の認識システム、パーソナルコミュニケーションサービス（ＰＣＳ）システム、通信衛星システム、及び航空システムなどの通信システムにおいて使用されるかもしれない。
【０００３】
しかしながら、そのようなアンテナの帯域幅と指向性の能力は、確かに航空関連における適用などの適用を限定することができる。さらに、マイクロストリップ・パッチ・アンテナが、航空システムなどに適合した形状を要求する適用において有利である一方、アンテナを設置することは、正角性及び充分な放射範囲及び指向性が維持され、表面を囲むことに対する損失が減少されるように供給される方法に関する挑戦を表す。より詳細には、幅広い走査角度を備える整相列アンテナの帯域の増大は、周波数範囲を複数のバンドに分割することによって従来通りに達成される。このアプローチは無線周波数（ＲＦ）インターフェース問題を引き起こす一方、アンテナのサイズ及び質量の重要な増加に帰着する。さらに、ジンバルは必要な走査角度を得るために機械的に使用された。再度、このアプローチはアンテナのサイズと質量を増加し、遅い反応時間に帰着する。
【０００４】
したがって、幅広い周波数の帯域幅と幅広い走査角度を備える、軽量パッチダイポールの整相列アンテナが望ましく、表面に適合して設置できる。
【０００５】
本発明の目的は、幅広い周波数の帯域幅と幅広い走査角度を備え、表面に対して等角に設置できる、軽量パッチダイポールの整相列アンテナを提供することである。
【０００６】
本発明は、接地板及び該接地板に接する誘電層を有する基板と、該基板によって保持されており、該接地板に対して反対に位置する該誘電層上のアンテナユニットの中央の供給位置に関して互いに間隔を置いて配置された４つの隣接したアンテナ素子を有してなる少なくとも一つのアンテナユニットと、４つの共軸供給ラインを含むアンテナ供給構造と、を有する２重偏波アンテナを含む。２重偏波アンテナにおいて、４つの隣接したアンテナ素子の対角の対は、それぞれアンテナダイポールを画成し、それによって２重偏波を提供する。また、４つの共軸供給ラインの各々は、それぞれ、内部コンダクタと該内部コンダクタを取り巻く管状の外部コンダクタを有する。それら外部コンダクタは、それぞれ、軸に結合されて、接地板に接続された、互いに平行の隣接端を有する。それら外部コンダクタのそれぞれの端は、軸に接する外部コンダクタ部分が接地板を突き抜けて誘電層に延在し、さらにアンテナ素子に向かって延在するように先細状で配置される。それら内部コンダクタは、それぞれの外部コンダクタの端から突出し、外側方向に向かって延在し、誘電層を通過して、アンテナユニットの中央の供給位置で接しているそれぞれのアンテナ素子に接続される。
【０００７】
簡略すると、２重偏波アンテナは接地板及び該接地板に接する誘電層を有する基板と、該基板によって保持された少なくとも一つのアンテナユニットを含む。アンテナユニットは、接地板に対して反対に位置する誘電層上のアンテナユニットの中央の供給位置に関して互いに間隔を置いて配置された４つの隣接したアンテナ素子を有する。好ましくは、アンテナ素子の対角の対は、それぞれのアンテナダイポールを画成し、それによって２重偏波を提供する。アンテナユニットはまた、４つの共軸供給ラインを含むアンテナ供給構造を有し、各共軸供給ラインは内部コンダクタと内部コンダクタに関連して取り巻いている管状の外部コンダクタを含む。外部コンダクタは、それぞれ、軸に結合されて、接地板に接続された、互いに平行の隣接端を有している。複数の外部コンダクタのそれぞれの端は、軸に接する外部コンダクタ部分が接地板を突き抜けて、誘電層に延在し、さらにアンテナ素子に向かって延在するように先細状で配置される。好ましくは、内部コンダクタは、それぞれの外部コンダクタの端から突出し、外側方向に向かって延在し、誘電層を通過して、アンテナユニットの中央の供給位置で接しているそれぞれのアンテナ素子に接続されている。
【０００８】
好ましくは、外部コンダクタの端は対称的な傾斜を形成して、すべてのアンテナ素子は同一形状を有する。接地板はアンテナユニットの外周からはみ出して延在し、４つの共軸供給ラインは、それぞれアンテナユニットの中央の供給位置から上位置における４つの共軸供給ラインの接点から、基板の外側方向に向かって分岐してよい。アンテナはまた、基板によって保持され、アンテナ供給構造に結合された少なくとも一つのハイブリッド回路をさらに有する。各アンテナ素子は、一般的に長方形又は正方形である。さらに、少なくとも一つのアンテナユニットは、好ましくはアレイ状に配置された、複数のアンテナユニットを含む。
【０００９】
好ましくは、誘電層はアンテナの操作波長に対する約１／２の範囲の厚さを有し、少なくとも一つのインピーダンス整合誘電層はアンテナユニットに提供される。このインピーダンス整合誘電層は、アンテナユニットの外周からはみ出して延在する。好ましくは、基板はまた、フレキシブルである。
【００１０】
本発明はまた、接地板及び該接地板に接する誘電層を有する基板の形成と、該接地板に対して反対に位置する該誘電層上のアンテナユニットの中央の供給位置に関して互いに間隔を置いた４つの隣接したアンテナ素子を配置することによって、基板上への少なくとも一つのアンテナユニットの設置と、４つの共軸供給ラインを有するアンテナ供給構造の形成と、を有し、４つの共軸供給ラインの各々は、それぞれ、内部コンダクタと該内部コンダクタを取り巻く管状の外部コンダクタを有し、該外部コンダクタは互いに平行の隣接端を 有するアンテナの製造方法を含む。このアンテナの製造方法において、アンテナ供給構造の形成はさらに、軸に対する外部コンダクタのそれぞれの互いに平行の隣接端の共結合と、接地板に対する外部コンダクタのそれぞれの互いに平行の隣接端の結合と、軸に接する外部コンダクタ部分が接地板を突き抜けて誘電層に延在し、さらにアンテナ素子に向かって延在するように、外部コンダクタのそれぞれの互いに平行の隣接端を先細状にした配置と、内部コンダクタをそれぞれ、アンテナユニットの中央の供給位置に接している４つの隣接したアンテナ素子に対する結合と、を有しており、内部コンダクタは、それぞれの外部コンダクタの互いに平行の隣接端から突出し、外側方向に向かって延在する。
【００１１】
アンテナの製造方法は、接地板及び該接地板に接する誘電層を有する基板の形成と、基板上への少なくとも一つのアンテナユニットの設置と、を有する。アンテナユニットを提供することは、接地板に対して反対に位置する誘電層上のアンテナユニットの中央の供給位置に関して互いに間隔を置いた４つの隣接したアンテナ素子を配置することと、及び４つの共軸供給ラインを含むアンテナ供給構造の形成とを含み、各共軸供給ラインは内部コンダクタと内部コンダクタを取り巻く管状の外部コンダクタを含み、外部コンダクタは互いに平行の隣接端を有する。アンテナ供給構造の形成はさらに、軸に対する外部コンダクタのそれぞれの互いに平行の隣接端の共結合と、接地板に対する外部コンダクタのそれぞれの互いに平行の隣接端の結合と、軸に接する外部コンダクタ部分が接地板を突き抜けて誘電層に延在し、さらにアンテナ素子に向かって延在するように、外部コンダクタのそれぞれの互いに平行の隣接端を先細状にした配置と、内部コンダクタをそれぞれ、アンテナユニットの中央の供給位置に接している４つの隣接したアンテナ素子に対する結合と、を有しており、内部コンダクタは、それぞれの外部コンダクタの互いに平行の隣接端から突出し、外側方向に向かって延在する。
【００１２】
本発明は、添付図を参照し、実施例の手段によって記載されるだろう。
【００１３】
図１乃至４を参照するに、２重偏波アンテナ１０を示す。アンテナ１０は、接地板２６とそこに接する誘電層２４を有する基板１２と、基板によって保持される、少なくとも一つのアンテナユニット１３を含む。複数のアンテナユニット１３は、アレイ状に配置されている。図１に示されるように、アンテナ１０は９つのアンテナユニット１３を含む。各アンテナユニット１３は、接地板２６に対する誘電層２４上のアンテナユニットの中央の供給位置２２に関して互いに間隔を置いて配置された、４つの隣接したアンテナパッチ又は素子１４、１６、１８、２０を含む。好ましくは、アンテナ素子の対角の対、例えば１６／１８及び１４／２０は、それぞれのアンテナダイポールを画成し、それによって２重偏波を提供することは当業者によって認識されうる。当然のこととして、単に、アンテナダイポールを形成している、例えば１６／１８のアンテナ素子の単一の対は、単一偏波の実施態様において提供される。
【００１４】
各アンテナユニットはまた、４つの共軸供給ライン３２、３４、３６，３８（図４）を有している、アンテナ供給構造３０を含む。各共軸供給ラインは、内部コンダクタ４２と、そこを取り巻く管状の外部コンダクタ４４を有する。図２を参照するに、外部コンダクタ４４は、軸Ａ−Ａに関して共に結合されて、接地板に接続された、互いに平行の隣接端４６を有する。例えば、互いに平行の隣接端４６はハンダ４０を介して共に連結される。軸Ａ−Ａに接する外部コンダクタ部分４８が接地板２６を突き抜けて誘電層２４に延在し、さらにアンテナ素子１４、１６、１８、２０に向かって延在するように外部コンダクタ４４の端４６を先細状で配置される。好ましくは、内部コンダクタ４２は、それぞれの外部コンダクタ４４の端４６から突出し、外側方向に向かって延在し、誘電層２４を通過して、アンテナユニットの中央の供給位置２２で接している、それぞれのアンテナ素子１４、１６、１８、２０に接続される。
【００１５】
外部コンダクタの端４６は、対称的な傾斜を形成しており、すべてのアンテナ素子１４、１６、１８、２０は同一形状を有し、例えば、一般的には長方形又は正方形である。これは、上記のようなタイプのアレイに関する共通モードを減少する。接地板２６はアンテナユニット１３の外周からはみ出して延在し、共軸供給ライン３２、３４、３６、３８は、それぞれ、図２で認識できるように、アンテナユニットの中央の供給位置２２から上位置における４つの共軸供給ラインの接点から、基板の外側方向に向かって分岐する。
【００１６】
アンテナ１０はまた、基板１２によって保持され、アンテナ供給構造３０に結合された、少なくとも一つのハイブリッド回路５０を有する。ハイブリッド回路５０は、当業者によって認識されるように、アンテナユニット１３のそれぞれのアンテナ素子１４、１６、１８、２０に対する信号を制御し、受信し、及び生成する。
【００１７】
誘電層は、アンテナ１０の操作波長の約１／２の範囲の厚さを有し、少なくとも一つのインピーダンス整合誘電層２８はアンテナユニット１３上にわたって提供される。このインピーダンス整合誘電層２８はまた、図３に示されるように、アンテナユニット１３の外周からはみ出して延在する。はみ出した基板１２とはみ出したインピーダンス整合誘電層２８を用いることによって、２：１又はそれ以上のアンテナのバンド帯域に帰着する。基板１２はフレキシブルであり、航空機や宇宙船のノーズコーン（ nose-cone ）などの硬い表面に適合して設置できる。
【００１８】
アンテナ１０の製造方法は、接地板２６とそこに接する誘電層２４とを有する基板１２の形成と、少なくとも一つのアンテナユニット１３を基板に提供することを有する。図１に示されるように、アンテナ１０は、アレイ状に配置された９つのアンテナユニット１３を含む。アンテナユニット１３を提供することは、接地板２６に対して反対に位置する誘電層２４上のアンテナユニットの中央の供給位置２２に関して互いに間隔を置いて配置された４つの隣接したアンテナ素子１４、１６、１８、２０を配置することと、及び４つの共軸供給ライン３２、３４、３６、３８を含むアンテナ供給構造３０の形成とを有し、各共軸供給ラインは内部コンダクタ４２とそこに取り巻く管状の外部コンダクタ４４を含む。
外部コンダクタ４４は、互いに平行の隣接端４６を有する。
【００１９】
アンテナ供給構造３０の形成は、軸Ａ−Ａに関して外部コンダクタ４４のそれぞれの互いに平行の隣接端４６をともに結合すること、接地板２６に対する外部コンダクタのそれぞれの互いに平行の隣接端を結合すること、軸に接する外部コンダクタ部分４８は接地板を突き抜けて誘電層２４に延在し、さらにアンテナ素子１４、１６、１８、２０に向かって延在するように、外部コンダクタのそれぞれの互いに平行の隣接端を先細状にして配置すること、及び内部コンダクタ４２をそれぞれ、アンテナユニットの中央の供給位置２２に接している４つの隣接した、それぞれのアンテナ素子に接続することをさらに含む。内部コンダクタ４２は、それぞれの外部コンダクタ４４の互いに平行の隣接端４６から突出し、外側方向に向かって延在する。さらに、外部コンダクタ４４の互いに平行の隣接端４６は、好ましくは、ハンダ４０によって軸Ａ−Ａに関して共に結合される。
【００２０】
さらに、本方法は、アンテナ供給構造３０に結合され、基板１２に少なくとも一つのハイブリッド回路５０を提供することを含む。さらに、本方法は、アンテナユニット１３をカバーするために、図３に示されるように少なくとも一つのアンテナユニットの外周からはみ出して延在する、少なくとも一つのインピーダンス整合誘電層２８を提供することを有する。
【００２１】
アンテナ１０は、２乃至２８Ｇｈｚの周波数範囲で２乃至１の帯域幅を有し、±４５°の走査角度を達成し、約１０ｄｂ以下又は約１０ｄｂに等しい反射減衰量を有する。したがって、幅広い周波数の帯域幅と幅広い走査角度を備える、軽量パッチダイポールの整相列アンテナ１０が提供される。さらに、アンテナ１０はフレキシブルであり、表面に適合して設置できる。
【００２２】
２重偏波アンテナは、接地板及び該接地板に接する誘電層を有する基板と、該基板によって保持された少なくとも一つのアンテナユニットとを有する。アンテナユニットは、接地板に対して反対に位置する誘電層上のアンテナユニットの中央の供給位置に関して互いに間隔を置いて配置された４つの隣接したアンテナ素子を有する。好ましくは、アンテナ素子の対角の対は、それぞれのアンテナのダイポールを画成して、それによって２重偏波を提供する。アンテナユニットはまた、４つの共軸供給ラインを含むアンテナ供給構造を有し、各共軸供給ラインは、それぞれ、内部コンダクタと内部コンダクタを取り巻く管状の外部コンダクタとを含む。外部コンダクタは、それぞれ、軸に対して共に結合されて、接地板に接続された、互いに平行の隣接端を有する。外部コンダクタのそれぞれの端は、軸に接する外部コンダクタ部分が接地板を突き抜けて誘電層に延在し、さらにアンテナ素子に向かって延在するように先細状で配置される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明と一致する、２重偏波の整相列アンテナを概略する平面図である。
【図２】図１の線２−２に沿って得られた供給構造を含むアンテナの断面図である。
【図３】図１の線３−３に沿って得られた接地板、誘電層、アンテナユニット、及びインピーダンス整合誘電層の断面図である。
【図４】図２の線４−４に沿って得られたアンテナの共に連結された共軸供給ラインの断面図である。

Claims (10)

1. 接地板及び該接地板に接する誘電層を有する基板と、
   該基板によって保持されており、該接地板に対して反対に位置する該誘電層上の中央の供給位置に関して互いに間隔を置いて配置された４つの隣接したアンテナ素子を有する少なくとも一つのアンテナユニットと、
   ４つの共軸供給ラインを有するアンテナ供給構造と
   を有し、
   前記４つの隣接したアンテナ素子の対角の対は、それぞれダイポールアンテナを画成し、
   前記４つの共軸供給ラインの各々は、内部コンダクタと該内部コンダクタを取り巻く管状の外部コンダクタをそれぞれ有し、
   該外部コンダクタの各々は、軸のまわりで共に連結され接地板に接続され並列に並ぶ隣接端を有し、
   前記外部コンダクタそれぞれの前記隣接端は先細りに傾斜した端面を有し、前記軸に接する前記外部コンダクタの一部が前記接地板を貫通して前記誘電層に至り且つ前記アンテナ素子に向かって延在するように配置され、
   前記内部コンダクタは、それぞれの前記外部コンダクタの隣接端から突出し、外側方向に向かって延在し、前記誘電層を貫通して前記アンテナユニットの中央の供給位置で接している各アンテナ素子に接続されていることを特徴とする２重偏波アンテナ。
2. 前記外部コンダクタの隣接端は、対称的な傾斜面を形成していることを特徴とする請求項１に記載の２重偏波アンテナ。
3. 前記４つの隣接したアンテナ素子は、同一形状を有することを特徴とする請求項１に記載の２重偏波アンテナ。
4. 前記４つの共軸供給ラインは、それぞれ、前記アンテナユニットの中央の供給位置から上位置における該４つの共軸供給ラインの接点から、前記基板の外側方向に向って分岐することを特徴とする請求項１に記載の２重偏波アンテナ。
5. 前記基板によって保持され、前記アンテナ供給構造に結合された少なくとも一つのハイブリッド回路をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の２重偏波アンテナ。
6. 接地板及び該接地板に接する誘電層を有する基板を形成する工程と、
   該接地板に対して反対に位置する該誘電層上のアンテナユニットの中央の供給位置に関して互いに間隔を置いた４つの隣接したアンテナ素子を配置することによって、前記基板上への少なくとも一つのアンテナユニットを設置する工程と、
   ４つの共軸供給ラインを有するアンテナ供給構造を形成する工程と、
   を有し、
   前記４つの共軸供給ラインの各々は、内部コンダクタと該内部コンダクタを取り巻く管状の外部コンダクタをそれぞれ有し、該外部コンダクタは並列に並ぶ隣接端を有するアンテナの製造方法において、
   前記アンテナ供給構造を形成する工程はさらに、
   前記外部コンダクタそれぞれの前記隣接端を軸のまわりで共に連結する工程と、
   前記外部コンダクタそれぞれの前記隣接端を前記接地板に接続する工程と、
   前記軸に接する前記外部コンダクタの一部が前記接地板を貫通して前記誘電層に至り且つ前記アンテナ素子に向かって延在するように、前記外部コンダクタそれぞれの前記隣接端を先細状にして配置する工程と、
   前記内部コンダクタを前記アンテナユニットの中央の供給位置に接している４つの隣接したアンテナ素子にそれぞれ結合する工程と
   を有し、前記内部コンダクタは、それぞれの外部コンダクタの前記隣接端から突出し、外側方向に向かって延在することを特徴とするアンテナの製造方法。
7. 前記外部コンダクタの隣接端は、対称的な傾斜面を形成することを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記隣接したアンテナ素子を配置する工程は、同一形状を有するアンテナ素子を配置する工程を有することを特徴とする請求項６に記載の方法。
9. 前記アンテナ供給構造を形成する工程はさらに、前記４つの共軸供給ラインをそれぞれ、前記アンテナユニットの中央の供給位置から上位置における該４つの共軸供給ラインの接点から、前記基板の外側方向に向って分岐する配置を有することを特徴とする請求項６に記載の方法。
10. 前記アンテナ供給構造に結合され、前記基板上に少なくとも一つのハイブリッド回路をさらに設置することを特徴とする請求項６に記載の方法。

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