JPH04263502A - 分離した送信および受信ポートを有する誘電体フレアノッチ放射器 - Google Patents

分離した送信および受信ポートを有する誘電体フレアノッチ放射器

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JPH04263502A
JPH04263502A JP3278669A JP27866991A JPH04263502A JP H04263502 A JPH04263502 A JP H04263502A JP 3278669 A JP3278669 A JP 3278669A JP 27866991 A JP27866991 A JP 27866991A JP H04263502 A JPH04263502 A JP H04263502A
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JP
Japan
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conductor
strip
microstrip
port
conductive
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Application number
JP3278669A
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English (en)
Inventor
Clifton Quan
クリフトン・クアン
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Raytheon Co
Original Assignee
Hughes Aircraft Co
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Publication date
Application filed by Hughes Aircraft Co filed Critical Hughes Aircraft Co
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/08—Radiating ends of two-conductor microwave transmission lines, e.g. of coaxial lines, of microstrip lines
    • H01Q13/085—Slot-line radiating ends

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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、能動アレイおよび位相
レーダのようなレーダ装置において使用される型式の放
射素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】広帯域の能動アレイに従来使用されてい
る典型的な放射素子は、対称的で全て金属で被覆された
誘電体フレアノッチ放射器である。これらの放射器は文
献（例えば１９７５年５月の最終報告ＡＦＣＲＬ−ＴＲ
−７５−０１７８のエアー　　ホース　　ケンブリッジ
リサーチ研究室のＬ．Ｒ．Ｌｅｗｉｓ　およびＪ．Ｐｏ
ｚｇａｙによる“Ｂｒｏａｄｂａｎｄ　Ａｎｔｅｎｎａ
　Ｓｔｕｄｙ，”と、ＩＥＥＥ送信アンテナおよび伝達
の１９８７年９月Ｖｏｌ．ＡＰ−３５　Ｎｏ．９１０５
８乃至１０５９頁のＲ．Ｊａｎａｓｗａｍｙ　およびＤ
．Ｓｃｈａｕｂｅｒｔ　による“Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏ
ｆ　ｔｈｅ　Ｔａｐｅｒｅｄ　Ｓｌｏｔ　Ａｎｔｅｎｎ
ａ”と、１９７９年の第９回ヨーロッパマイクロウェー
ブ会議の議事録１０１乃至１０５　頁のＰ．Ｊ．Ｇｉｂ
ｓｏｎによる“Ｔｈｅ　Ｖｉｖａｌｄｉ　Ａｅｒｉａｌ
”）に開示されている。これらのスロットライン型は共
通平面構造であるために、これらの放射器はいずれも、
ストリップラインまたはマイクロストリップモードから
スロットラインモードへ高周波信号を伝達するために、
ストリップライン型式の伝送ラインからスロットライン
のフレアノッチへの平衡対不平衡回路網（ｂａｌｕｎ）
による移行を必要とする。平衡対不平衡回路網を必要と
することにより非常に広い帯域特性が制限される。平衡
対不平衡回路網の存在はまた装置をより複雑なそしてよ
り高価なものとする傾向がある。
【０００３】従来のサーキュレータまたは放射素子のよ
うな任意のその他の部品を構成する方法は、まずフレア
ノッチへ移行する平衡対不平衡回路網のストリップライ
ン部分に部品を接続する。この接続は、直接接続、また
は何等かの型式の同軸コネクタインターフェイスの付加
によって行われ、構造の組立てが困難であり、整合の低
下を伴う欠点がある。
【０００４】文献（１９８８年４月ＩＥＥ　Ｐｒｏｃ．
，Ｖｏｌ．１３５　Ｐｔ．Ｈ，　Ｎｏ．２の８９乃至９
２頁のＥ．Ｇａｚｉｔ　による“Ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｄ
ｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｖｉｖａｌｄｉ　ａｎｔｅ
ｎｎａ”）に開示されている対向フレアノッチ放射器は
、バンホーフェン（Ｖａｎ　Ｈｅｕｖｅｎ）マイクロス
トリップの概念をアンテナ素子への導波管の変化に拡張
している。バンホーフェン変化は文献（例えばマイクロ
ウェーブジャーナルの１９８８年５月の３３３　頁以降
のＧ．Ｅ．Ｐｏｎｃｈａｋ　およびＡｌａｎ　Ｎ．Ｄｏ
ｗｎｅｙ　による“Ａ　Ｎｅｗ　Ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　
Ｂｒｏａｄｂａｎｄ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ−ｔｏ−Ｍｉ
ｃｒｏｓｔｒｉｐＴｒａｎｓｉｔｉｏｎ　Ｄｅｓｉｇｎ
，”）に開示されている。図１は対向フレアノッチ放射
器の上面図を示す。図２の（Ａ）乃至（Ｆ）は、図１の
放射器装置の個々の断面図を示す。入力マイクロストリ
ップライン２２は、接地平面を順次狭くすることによっ
て結合ストリップ２４（必要とされる奇数モードのみ）
に移行される。結合ストリップ２４はその後対向スロッ
トライン２６に変えられる。最後に対向スロットライン
は典型的なノッチ放射器におけるようにフレアする。 マイクロストリップ２２の電界がどのように回転されス
ロットラインの電界に変えられるかに注意すべきである
（図２のＡ乃至Ｆ参照）。したがって、図２の（Ａ）は
入力マイクロストリップの電界の形態を示す。図２の（
Ｂ）は結合ストリップ（図２のＣ）へのマイクロストリ
ップラインの変化を示す。図２の（Ｄ）は対向スロット
ラインでの電界の形態を示す。図２の（Ｅ）は、放射チ
ップの近辺での対向スロットラインからフレア構造（図
２のＦ）への移行状態を示す。
【０００５】図３の（Ａ）乃至（Ｆ）は、個々のスロッ
トライン構造および対応するギャップＧを示す。図３の
（Ａ）は通常の平らなスロットライン構造を示している
。図３の（Ｂ）は、サンドイッチ状の平面スロットライ
ン、すなわち導体ストリップと接地平面が誘電体層の間
に挟まれているものを示す。図３の（Ｃ）は同一平面の
厚い金属スロットライン構造を示す。図３の（Ｄ）は対
称的な同一平面のスロットライン構造を示す。図３の（
Ｅ）は対向スロットライン構造を示す。図３の（Ｆ）は
サンドイッチ状の対向スロットライン構造を示す。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】対向スロットライン構
造は、低インピーダンス（６０オームより少ない特性イ
ンピーダンスＺ）がより簡単に得られることが可能なの
で、通常の同一平面または対称的なスロットライン構造
より応用範囲が広い。通常の同一平面および対称的なス
ロットラインにおける低インピーダンスは、製造許容差
のために実現することが難しい非常に狭い溝のギャップ
の寸法を必要とする。対向スロットラインにおける低イ
ンピーダンスは、２つの導体間の重複する量を簡単に制
御することによって調節できるので、比較的容易である
。
【０００７】図１において示されるように、対向フレア
ノッチ放射素子の帯域特性を制限するような急峻な変化
または不連続は存在しない。全伝送ラインは、フレア領
域内に入る前に５０オームになるように設計されること
ができる。平衡対不平衡回路網を必要としないために、
この素子の製造は単一の両面印刷回路基板のみを含むの
で非常に簡単で低価格である。通常の対向フレアノッチ
放射器の１つの制限はフレアノッチの開きが周波数帯の
低端部の周波数の波長の半分の長さであることである。 周波数帯の低端部の周波数が低くなるとフレアノッチの
物理的寸法が増加し、応用によっては許容される物理的
間隔を越える可能性がある。別の制限は、通常の放射器
が送信および受信動作の両方において使用される単一の
ポート（マイクロストリップ２２）のみを有するという
ことである。
【０００８】その非対称的なために、図１の対向フレア
ノッチ放射器はアレイにおいて分析的にモデル化するこ
とは困難であり、導波管シミュレータにおいて適当にソ
ウゾウスルことはできないであろう。
【０００９】技術的に良く知られているような導波管シ
ミュレータは、大きいまたは無限大のアレイの能動イン
ピーダンスを測定するのに使用される試験装置である。 放射素子の小さい一群は導波管内に配置され、無限大の
アレイの特性を模擬実験するミラーとして働く。適切に
作動するために、小さい一群は導波管の壁に関して対称
でなければならない。
【００１０】したがって本発明の目的は、分離した送信
および受信ポートを有するフレアノッチ放射素子を提供
することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の装置は、位相ア
レイおよび能動アレイアンテナ用の分離した送信および
受信ポートを有する誘電体フレアノッチ放射器である。 これは、ドロップ−インマイクロストリップまたはスト
リップラインサーキュレータを誘電体の対向フレアノッ
チ放射器の結合ストリップ伝送ラインに直接集積するこ
とによって達成される。この集積は誘電体の２つの付加
層の間でフレアノッチに直接接続することによるもので
あり、したがって装置は広帯域の能動アレイアンテナ用
の適切な構築ブロックに構成されることが可能である。
【００１２】装置は非常に広い周波数帯域で動作するこ
とが可能である。放射器とサーキュレータを集積するこ
とは、各素子のサーキュレータの後方の各種の不整合に
大して開口を分離することによって、アレイの“ルック
イン”能動インピーダンスを改良する。“ルックイン”
能動インピーダンスもまた通常は平衡対不平衡回路網に
関連する不連続が生じないので改善される。
【００１３】
【実施例】本発明は、位相アレイおよび能動アレイアン
テナのための分離した送信および受信ポートを有する修
正された対向するフレアノッチ放射器である。装置は、
通常の平衡対不平衡回路網を使用することなしにフレア
ノッチ放射器内に直接マイクロストリップサーキュレー
タを接続するための新しい方法を使用する。本発明の好
ましい実施例の分解斜視図が図４に示されている。放射
器５０は誘電体材料の２つの層５４と５６の間にフレア
ノッチ領域５２を挟むことによって（図３のＦに断面が
示されている）アレイ環境に適応できるように構成され
ている。
【００１４】放射器５０は、第１および第２の平らな表
面６０，６２を具備する中央の誘電体基板５８を含む。 導電パターンは、放射素子５０の対向するフレアノッチ
配置を限定するように各表面上に形成される。すなわち
、導電パターン６６は上面６０上に形成され、導電パタ
ーン６４は下面６２上に形成される。パターン６６は、
同軸コネクタ７２で終端されこの実施例においては送信
動作に使用されるマイクロストリップライン導体７０を
含む。パターン６６はさらに、同軸コネクタ７６で終端
しこの実施例においては受信動作に使用されるマイクロ
ストリップライン導体７４を含む。パターン６４は、パ
ターン６６のマイクロストリップライン導体の下に位置
する導電性接地平面領域５５を含む。 この接地平面領域５５は、パターン６６のストリップ領
域７８の下にあるストリップ導体領域に移行する。
【００１５】図５に関して以下でさらに十分に説明され
るように、マイクロストリップライン導体７０および７
４はサーキュレータ８０が接続される領域でそれぞれ近
接させられる。その後、上部および下部のパターン６６
および６４のそれぞれの導体ストリップは、図４におい
てストリップ７８とだけ表されている広い部分と結合す
るための結合ストリップを限定する。結合ストリップは
それから放射器５０の対向スロットラインを限定する導
電性領域８４，８６にそれぞれ変化する。
【００１６】層５４，５６は、例えば織られたファイバ
ガラスＴＴＦＥのような放射器５０の中央の誘電体基板
５８と同じ誘電体材料から製造されることが好ましく、
放射素子に電界を集中することによって同一平面構造の
スロットライン型式と同様にに動作させることができる
。本発明の実施において基板５４，５６を使用すること
は必ずしも必要ではないが、それらの使用は幾つかの応
用のための素子を設計し大きいアレイ内の構造を分析的
にモデル化することを容易にさせる。
【００１７】技術的において良く知られているように、
アレイは整然とした格子状に並べられた素子群であり、
格子の間隔は隣接する素子間の距離である。２つの導電
パターン６４と６６の間の中央の誘電体基板５８がアレ
イの格子の間隔と比較して十分に薄い状態によって、埋
設された対向スロットラインは、アレイ環境内で数学的
にモデル化されることが可能な構造である埋設された同
一平面スロットラインに非常に近いものとすることがで
きる。 例えば、０．５　インチの所定の格子間隔において“十
分に薄い”とは、０．５　インチの２０％以下であろう
。中央の基板の厚さは例えば５０ミル（０．０５インチ
）以下であろう。 同様にこの埋設されたフレアノッチを有する導波管シミ
ュレータは、所定の帯域に渡って個々のＨ平面の走査角
度に対するアレイ環境を厳密にシミュレートするために
組立てることができる。
【００１８】この対向するフレアノッチ放射器の構造は
、ノッチ印刷回路基板５８の外側に全ての部品が取付け
られるように配置されている。これはマイクロストリッ
プサーキュレータまたは任意のパッケージされた“ドロ
ップ−イン”部品の簡単な装置を与えるであろう。サー
キュレータ８０はフレアノッチの結合されたストリップ
領域に接続され、または必要ならば対向スロットライン
に密接する。サーキュレータ８０の目的に相応しい小型
のドロップ−インサーキュレータは市販されている。例
えば、Ｔｅｌｅｄｙｎｅ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ，１２９
０　Ｔｅｒｒａ　Ｂｅｌｌａ　Ａｖｅｎｕｅ　，Ｍｏｕ
ｎｔａｉｎ　Ｖｉｅｗ　，ＣＡ９４０４３，は、型番Ｃ
−＊Ｍ１３Ｕ−ＸＸ，Ｃ−＊＊Ｍ１３Ｕ−ＸＸおよびＣ
−８Ｍ４３Ｕ−１０のような典型的な装置が市販されて
いる。
【００１９】その他のマイクロ波装置もサーキュレータ
８０に代って使用することができる。例えばＰＩＮダイ
オードスイッチは、送信または受信ポートのいずれか一
方を放射素子に接続するために使用することができる。 もちろん、装置は送信および受信動作が同時にできず、
能動回路はＰＩＮダイオードを動作するために必要とさ
れるであろう。
【００２０】図５は放射素子５０の簡単な説明図を示す
。 サーキュレータ８０は、３つのポート８０ａ　，８０ｂ
　，８０ｃ　を有する。ポート８０ａ　はマイクロスト
リップ導体７４に接続され、ポート８０ｂ　はマイクロ
ストリップ導体７０に接続され、ポート８０ｃ　はマイ
クロストリップ導体７８に接続される。素子５０は、導
電パターン６６，６４のフレア部分によって限定される
間に挟まれた対向スロットライン９０に移行する結合ス
トリップ領域８８を有する。サーキュレータ８０の動作
によって、送信ポート７２からポート８０ｂ　に入力さ
れるエネルギは、素子５０から放射されるように結合ス
トリップ領域８８に結合されることは明らかであろう。 素子５０によって受信されたエネルギは、スロットライ
ン領域および結合ストリップ領域８８を経てサーキュレ
ータ８０のポート８０ｃ　に伝達され、ポート８０ａ　
に結合されマイクロストリップライン７４を経て受信ポ
ート７６に結合されるであろう。サーキュレータ８０は
受信および送信ポートの間に分離を与える。
【００２１】分離素子として、原型の放射素子は帯域が
　７乃至２６．５ＧＨｚ　の範囲の１．９　：１　の定
在波比ＶＳＷＲを有する。特性はサーキュレータの特性
によってのみ限定される。サーキュレータの動作帯域に
わたって放射器とサーキュレータの結合は、送信および
受信ポートにおける負荷とコネクタの不整合のようなサ
ーキュレータに続く不整合からフレアノッチを分離する
ことによってＶＳＷＲを改良する。最後に能動インピー
ダンスは、送信／受信モジュール、位相シフタ、および
供給装置のようなその送信および受信ポートにおけるサ
ーキュレータに後続する部品からの負荷の変化に対する
感受性が少なくなる。
【００２２】上記の説明された実施例は、本発明の原理
を説明し得る実行できる特定の実施例を単に説明するも
のであることを理解すべきである。その他の配置は、本
発明の技術的範囲から逸脱することなしに当業者によっ
てこれらの原理にしたがって容易に案出されることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】対向フレアノッチ放射素子の説明図。
【図２】図１に示された対向フレアノッチ放射素子の断
面図。
【図３】複数のスロットラインの伝送ライン構造の断面
図。
【図４】本発明の実施例の放射素子の分解斜視図。
【図５】図４の装置の概略平面図。
【符号の説明】
５０…放射素子、５５…接地平面、５８…誘電体基板、
６４，６６…導電パターン、７０，７４…ストリップラ
イン導体、７８…結合ストリップ、８０…サーキュレー
タ。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　第１および第２の両側表面を有する中
    央の誘電体基板と、この誘電体基板の第１の表面上に形
    成された第１の導電パターンと、誘電体基板の第２の表
    面上に形成された第２の導電パターンとを具備し、第１
    および第２の導電パターンは共同してそのフレア端部付
    近の対向スロットラインを形成し、また誘電体基板の両
    側の第１および第２の導電パターンにより構成された導
    体ストリップによって形成されて前記対向スロットライ
    ンに移行する結合ストリップ領域を形成し、前記第１の
    導電パターンはさらに、前記素子の受信／送信ポート端
    部に隣接する第１および第２のマイクロストリップライ
    ン導体パターンを有し、前記第２の導電パターンはさら
    に、前記マイクロストリップライン導体に隣接し前記素
    子の前記ポート端部に隣接して配置され、前記結合スト
    リップ領域を構成する導体ストリップに移行する接地平
    面領域を具備し、さらに、前記結合ストリップ領域を前
    記第１のマイクロストリップライン導体に結合し、前記
    結合ストリップ領域を前記第２のマイクロストリップラ
    イン導体に結合する手段を具備し、この結合する手段は
    さらに前記第１のマイクロストリップライン導体を前記
    第２のマイクロストリップライン導体から分離する手段
    を具備していることを特徴とするフレアノッチ放射素子
    。
  2. 【請求項２】　　前記結合する手段は、前記第１のマイ
    クロストリップライン導体に結合された第１のポートと
    、前記結合ストリップ領域を含む導体ストリップに結合
    された第２のポートと、前記第２のマイクロストリップ
    ライン導体に結合された第３のポートとを具備するサー
    キュレータ装置を備えている請求項１記載の放射素子。
  3. 【請求項３】　　第１および第２の誘電体シートが、前
    記素子のフレアノッチ領域を間に挟むように配置されて
    いる請求項１記載の放射素子。
  4. 【請求項４】　　前記素子が放射素子の大きいアレイに
    おいて使用され、隣接する素子が格子の間隔によって分
    離され、前記中央の誘電体シートの厚さが前記格子の間
    隔より小さく選択されている請求項１記載の放射素子。
  5. 【請求項５】　　対向するストリップ伝送ラインを限定
    するように誘電体シートの両側の第１および第２の表面
    上で限定されたフレア導電パターンを具備し、各フレア
    導電パターンがストリップ導体に移行し、ストリップ導
    体は前記誘電体シートの両側の表面上において互いに実
    質上重なり、前記誘電体シートの前記第１の表面のスト
    リップ導体は導電性接地平面領域に移行する対向フレア
    ノッチ放射素子において、前記シートの前記第２の表面
    で限定される第１および第２のマイクロストリップ導体
    ラインと、前記第１および第２のマイクロストリップ導
    体ラインと前記ストリップ導体とに接続される３ポート
    サーキュレータとを具備し、前記第１のマイクロストリ
    ップ導体ラインは前記素子の送信ポートを含み、前記第
    １のマイクロストリップ導体から前記サーキュレータ上
    に入力されるエネルギは前記サーキュレータによって前
    記導体ストリップに、したがって前記対向する伝送ライ
    ンに結合され、前記第２のマイクロストリップ導体ライ
    ンは前記放射素子の受信ポートを含み、前記フレアノッ
    チ放射素子に入射されたエネルギは前記ストリップ導体
    を構成する前記対向するストリップ伝送ラインおよび前
    記サーキュレータを経てこの第２のマイクロストリップ
    導体ラインに結合されることを特徴とする対向するフレ
    アノッチ放射素子。
  6. 【請求項６】　　前記サーキュレータ、前記導体ストリ
    ップ、および前記対向するストリップ伝送ラインを間に
    挟む第１および第２の誘電体シートを含む請求項５記載
    の放射素子。
  7. 【請求項７】　　前記素子が放射素子の大きいアレイに
    おいて使用され、隣接する素子は格子の間隔だけ分離さ
    れ、前記中央の誘電体シートの厚さは前記格子の間隔よ
    り小さく選択されている請求項５記載の放射素子。
  8. 【請求項８】　　前記第１および第２のマイクロストリ
    ップ導体ラインにそれぞれ結合されている第１および第
    ２の同軸のコネクタを含む請求項５記載の放射素子。
  9. 【請求項９】　　中央の誘電体基板と、この誘電体基板
    の第１の表面上に形成された第１の導電パターンと、誘
    電体基板の第２の表面上に形成された第２の導電パター
    ンとを具備し、第１および第２の導体パターンは共同し
    てそのフレア端部付近の対向スロットラインと、このス
    ロットラインに移行する結合ストリップ領域とを形成し
    、結合ストリップ領域は誘電体シートの両側面上にそれ
    ぞれ位置する前記第１および第２の導電パターンを構成
    する導電性ストリップによって形成され、前記第１の導
    電パターンは、前記素子の受信／送信ポート端部に隣接
    する第１および第２のマイクロストリップライン導体を
    含み、前記第２の導電パターンは、前記マイクロストリ
    ップライン導体に隣接する前記素子の前記ポート端部に
    隣接する接地平面領域を備え、前記接地平面領域は前記
    結合ストリップ領域を含む導体ストリップに移行し、さ
    らに、前記第１のマイクロストリップライン導体に結合
    される第１のポートと、前記結合ストリップ領域を含む
    導体ストリップに結合される第２のポートと、前記第２
    のマイクロストリップライン導体に結合される第３のポ
    ートとを有するサーキュレータ装置と、前記素子のフレ
    アノッチ領域を間に挟むように配置されている第１およ
    び第２の誘電体シートとを具備していることを特徴とす
    る大きい能動アレイに適する対向するフレアノッチ放射
    素子。
  10. 【請求項１０】　　前記中央の誘電体シートの厚さが前
    記能動アレイの素子の格子の間隔より小さく選択されて
    いる請求項９記載の放射素子。
JP3278669A 1990-09-28 1991-09-30 分離した送信および受信ポートを有する誘電体フレアノッチ放射器 Pending JPH04263502A (ja)

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