JPH04145705A

JPH04145705A - モノリシックマイクロ波ミリ波アンテナ

Info

Publication number: JPH04145705A
Application number: JP26981790A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Honjo; 和彦本城
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1990-10-08
Filing date: 1990-10-08
Publication date: 1992-05-19

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、化合物半導体を用いたモノリシックマイクロ
波ミリ波アンテナに関する。

（従来の技術）近年、化合物半導体集積回路の発展は目覚ましくマイク
ロ波ミリ波レーダ装置等の送受信モジュールのみならず
アンテナ素子をも含めてモノリシック集積化するための
研究開発が活発に行われている。このようなモノリシッ
ク化を行うと大口径ＧａＡｓウェハー上に数百程度の送
受信モジュール付きアンテナ素子をアレイ状に配置でき
フェイズドアレイレーダ用モノリシックマイクロ波アレ
イアンテナモジュールが実現される。

従来例のモノリシックマイクロ波ミリ波アンテナはマイ
クロウェーブジャーナル（ＭｉｃｒｏｗａｖｅＪｏｕｒ
ｎａｌ）誌１９８６年７月号１１９ページにまとめられ
ている。

第４図、第５図は・従来例のモノリシックマイクロ波ミ
リ波アンテナを示す図である。第４図は従来例マイクロ
ストリップダイポールアンテナの例で半絶縁性ＧａＡｓ
基板４１上にマイクロストリップダイポーアンテナ導体
４３ならびに受信回路、送信回路、送受切換スイッチか
らなる能動素子回路４２が形成され、基板の裏面には接
地電極必が設けられている。アンテナ長Ｌｄとすると、
λ、＝２Ｌｄなる波長λ、に対してアンテナは共振し効
率よく電磁波を空間に放射する。ここでλ、は周波数を
ｆ、　ＧａＡｓの比誘電率をεい真空中の光の速さをＣ
とするととなる。ｆ＝５０ＧＨｚ、ｔ、＝１２．７とするとλｇ
＝　１．６８ｍｍである。したがって、ＬＡ＝０．８４
ｍｍのとき５０ＧＨｚ用アンテナとなる。

第５図は従来例のマイクロストリップパッチアンテナで
、半絶縁性ＧａＡｓ基板４１上にマイクロストリップバ
ッチアンテナ導体５３ならびに能動素子回路４２が形成
され、基板の裏面には接地電極必殺けられている。バッ
チアンテナ導体長をしとするとλ、：２Ｌｐなる波長に
対しアンテナは共振し、効率よく電磁波を空間に放射す
る。λ、はマイクロストリップダイポールアンテナの場
合と同様に（１）式で表されＬｐ　＝０．８４ｍ！ｌＩ
ｌのとき５０ＧＨｚ用アンテナとなる。

（発明が解決しようとする課題）第４図、第５図モノリシックマイクロ波ミリ波アンテナ
においてはその動作周波数はＬｄあるいはり。

の値によって決まってしまい、動作帯域は比帯域で高々
１０％程度と狭いという欠点があった。この欠点は特に
製作後調整のできないモノリシックアンテナにおいて顕
著になる。

本発明の目的はこの欠点を除去した広帯域のモノリシッ
クマイクロ波ミリ波アンテナを提供することにある。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために本発明のモノリシックマイク
ロ波ミリ波アンテナは、半絶縁性半導体基板に設けられ
たマイクロストリップダイポールアンテナ導体又はマイ
クロストリップパッチアンテナ導体の先端と接地導体と
の間に、ショットキー接合あるいはｐ−ｎ接合からなる
バラクタダイオードが設けられていることを特徴として
いる。

さらにこのバラクタダイオードの静電容量を可変とする
ためのバラクタ電圧制御端子を設けたことを特徴として
いる。

（作用）このような本発明においては、バラクタダイオードから
構成される静電容量をモノリシックアンテナの導体の先
端に付加するためアンテナの共振波長を前述の２Ｌｄ、
２Ｉ、で決まる値より短くすることができる。さらにこ
の静電容量をバラクタの直流端子電圧を変えることによ
り、変化させることができるためアンテナの共振波長を
電気的に制御することができ広帯域アンテナを実現でき
る。

このことは第６図のスミスチャートを使っても説明でき
る。アンテナ導体の先端にキャパシタを付加し、そのリ
アクタンスを−ｊＸ１とする。特性インピーダンスＺｏ
ｎ系のスミスチャートではこのキャパシタのリアクタン
スはＺ　＝＝−ｊＸ１／ＺＱの位置（図中Ａ）に表示さ
れる。このリアクタンスを特性インピーダンスがｚｏで
４分の１波長の伝送線路（ｚｏはアンテナ導体回路の特
性インピーダンスに相当）の反対側から見込んだインピ
ーダンスは第６図中Ａ′の位置で表される。伝送線路上
をＡからＡ′に至る軌跡は矢印のついた破線で表される
が、インピーダンスが零（共振）となるのは図中Ｏの点
を通過するときであり等測的にアンテナ長が短くなって
いることが分かる。さらにキャパシタのりアクタンスを
Ｂの位置まで変化させると等測的アンテナ長はさらに短
くなり、バラクタによってリアクタンス−を可変とする
ことによりモノリシックアンテナを広帯域化できる。

（実施例）第１図は本発明の第１の実施例のモノリシックマイクロ
波ミリ波アンテナを示す図である。裏面に接地金属４を
設けた半絶縁性ＧａＡｓ基板１上にマイクロストリップ
ダイポールアンテナ導体３、能動素子回路２が構成され
、該アンテナ導体３の先端にはＭあるいはＴｉなどから
形成されるショットキー電極５、ＡｕＧｅ−Ｎｉなどか
ら形成されるオーミック電極６、ｎ型ＧａＡｓ層７から
構成されるバラクタダイオードが設けられている。オー
ミック金属６はバイアホール接地回路８を介して裏面の
接地金属４に接続されている。

第２図本発明の第２の実施例のモノリシックマイクロ波
ミリ波アンテナを示す図である。半絶縁性ＧａＡｓ基板
１上に能動素子回路２、パッチアンテナ導体１１が設け
られ、パッチアンテナ導体の先端にはショットキー電極
５、オーミック電極６、ｎ型ＧａＡｓ層７から構成され
るバラクタダイオードが設けられている。ショットキー
電極５はチョークインダクタ９を介してバラクタ電圧制
御端子１０に接続されている。パッチアンテナ導体１１
と能動素子回路２の間にはＤＣブロックキャパシタ１２
が設けられている。

第３図は本発明の第３の実施例のモノリシックマイクロ
波ミリ波アンテナを示す図である。半絶縁性ＧａＡｓ基
板１上にマイクロストリップパッチアンテナ導体１１、
低誘電率材料であるポリイミド１５、バイアホール回路
８により裏面の接地金属４と接続された接地電極１６か
らモノリシックアンテナが構成されている。更にショッ
トキー電極５、オーミック電極６をもつバラクタダイオ
ードと、能動素子回路２が形成されている。

（発明の効果）このような本発明の実施例においてはＧａＡｓ基板上に
モノリシックに構成されマイクロ波ミリ波アンテナ導体
の先端部にバラクタダイオードを付加して静電容量を変
化させることによりアンテナの動作周波数を広帯域化す
ることができ、マイクロ波ミリ波工学上の意義が大きい
。

本発明の実施例においては、半絶縁性基板はＧａＡｓ基
板を用いたが基板はＧａＡｓに限らすＩｎＰ、ＧａＰ等
半絶縁化できる半導体基板であればいずれでもよい。ま
た、実施例においてパッチアンテナは方形パッチアンテ
ナを用いたが、方形に限らず円形その他の形状でもよい
ことはいうまでもない。

バラクタはｐ−ｎ接合を用いてもよい。またアンテナ素
子をアレイ状に集積化したモノリシックアンテナであっ
てもよいこともいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図はそれぞれ本発明の実施例のモ
ノリシックマイクロ波ミリ波アンテナを示す斜視図であ
る。第４図、第５図はそれぞれ従来例のモノリシックア
ンテナを示す図、第６図はスミスチャート図である。これらの図において１，４１・・・半絶縁性ＧａＡｓ基
板、２．４２・・・能動素子回路、３，４３・・・マイ
クロストリップダイポールアンテナ導体、１１．５３・
・・マイクロストリップパッチアンテナ導体、５・・・
ショットキー電極、６・・・オーミック電極、７・・・
ｎ型ＧａＡｓ層、４，１６・・・接地電極、９・・・チ
ョークインダクタ、１５・・・ポリイミドである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半絶縁性半導体基板上に設けられたマイクロスト
リップダイポールアンテナ導体又はマイクロストリップ
パッチアンテナ導体の先端部と接地導体との間に、ショ
ットキー接合あるいはｐ−ｎ接合からなるバラクタダイ
オードが設けられていることを特徴とするモノリシック
マイクロ波ミリ波アンテナ。
（２）静電容量を可変とするためのバラクタ電圧制御端
子を設けたことを特徴とする請求項１記載のモノリシッ
クマイクロ波ミリ波アンテナ。