JPH04282902A

JPH04282902A - アンテナ装置

Info

Publication number: JPH04282902A
Application number: JP4676591A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Sawada; 沢田　寿; Hisao Iwasaki; 久雄岩崎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-03-12
Filing date: 1991-03-12
Publication date: 1992-10-08

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】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば移動体通信やレ
ーダ等の分野で利用されるアンテナ装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】従来から、車や航空機に搭載され、これ
ら移動体の表面の曲率に一致した構造を有するコンフォ
ーマルアンテナ装置が知られている。

【０００４】図１３はこのようなコンフォーマルアンテ
ナ装置の概略的構成を示す図である。同図において、１
は放射素子を示しており、誘電体層２を介し放射素子１
と対向するように地導体３が配置されている。放射素子
１への給電は、同軸線路４の中心ピン５が放射素子１の
背面より誘電体層２を貫通し、その先端が放射素子１と
半田づけ等で直接接合されることにより行われている。そして、実際に使用されるときには、全体が曲率を持つ
ことになる。なお、詳細については、例えば「Ｅ．Ｖ．
Ｓｏｈｔｅｌｌ，“Ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ　Ｐａｔｃｈ
　Ｐｈａｓｅｄ　Ａｒｒａｙ　ｏｎ　ａ　Ｃｒｌｉｎｄ
ｅｒ　”，ＩＥＥＥ　１９８８　ＡＰ−Ｓ　Ｄｉｇｅｓ
ｔ，１１５２−１１５５」に記載されている。

【０００５】しかし、このような従来のコンフォールア
ンテナ装置においては、以下のような問題点があった。

【０００６】まず第１に、同軸線路４の中心ピン５と放
射素子１を接合するために半田付け等の接合作業が必ず
必要であるため、製造コストが高くなることである。

【０００７】第２に、中心ピン５と放射素子１を半田付
け等で接合しているため、車や航空機の振動や歪み等の
機械的ストレスにより、接合部に亀裂が生じやすく、信
頼性を高めることが困難であることである。特に、コン
フォーマルアンテナ装置においては、アンテナ自体が曲
率を有していること、またアンテナ自体が薄型であるこ
と、さらには上記構造においては中心ピン５がアンテナ
面とは直角に方向に挿入されているため、機械的ストレ
スが接合部に非常にかかりやすい構造となっている。こ
れらのストレスを低減するためには、アンテナの支持構
造を頑強なものにすれば良いが、重量の増加を招き、車
や航空機への搭載が困難となる。

【０００８】第３の問題点としては、曲率によりインピ
ーダンスが種々変化するため、インピーダンス整合を取
るためには、中心ピン５の位置をずらしたアンテナ素子
を数多く試作しなければならない。そのため、穴明けの
ための機械工作が必須となり、開発コストの増加を招く
と同時に、容易に整合が取れないことである。また、ア
ンテナの外部にも整合回路を設ける必要があり、アンテ
ナの小型化が困難となる。

【０００９】第４の問題点としては、マイクロストリッ
プアンテナを用いたコンフォーマルアンテナ装置は新し
いアンテナ技術であり、アンテナが配置されている曲面
の曲率及びアンテナの偏波の方向に対してどのようにイ
ンピーダンス整合を実現すれば良いか明らかではなかっ
た。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来のピン給電型のアンテナから構成されるコンフォーマ
ルアンテナ装置においては、半田付け等の接合作業によ
り製造コストが増加し、また機械的なストレスに弱く信
頼性に欠けるという問題点があった。また、アンテナの
インピーダンス整合が容易ではなく、整合調整をするた
めに数多く試作を繰り返す必要があり開発コストがかさ
むという欠点があった。さらに、アンテナ外部に整合回
路を設ける必要がありアンテナの小型化が困難であった
。

【００１１】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、製造及び開発コストの低減を図り、信頼性を向上
させ、さらにはインピーダンス整合を容易に実現するこ
とができるコンフォーマルアンテナ装置を提供すること
を目的としている。

【００１２】［発明の構成］

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
、本発明のアンテナ装置は、複数の放射素子と、これら
放射素子と対向し第１の誘電体層を介し配置された地導
体と、この地導体上に前記各放射素子に対応して形成さ
れたスロットと、前記地導体を挟むように前記各放射素
子と対向し第２の誘電体層を介し配置され、前記スロッ
トを介し前記各放射素子に給電する、終端にオープンス
タブを有するマイクロストリップ線路またはトリプレー
ト線路とを具備する。

【００１４】

【作用】本発明では、給電線路と放射素子は、ピン等の
直接的な接続を用いず、電磁界的に結合しているため、
従来例で示した半田付け等の接合部が不要となり、機械
的ストレスに対する信頼性が格段に向上する。また、半
田付け等の接合作業が不要となるため、製造コストが低
減される。さらに、アンテナが配置された場所の曲率半
径の最小方向とアンテナの偏波方向との角度差とインピ
ーダンスの関係から、インピーダンス整合を実現するた
めの統一的な設計概念を構築することができ、その結果
、オープンスタブ長や放射素子の大きさ等を上記角度差
に従って調整すれば良く、容易に設計開発を行うことが
できる。また、このインピーダンス整合は、誘電体基板
上に構成された線路及び放射素子の長さや大きさにより
調整できる。即ち、エッチング技術により線路及び放射
素子の長さや大きさが決定されるため、機械工作に比し
て製作精度が格段に向上し、良好なインピーダンス整合
を達成することができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例の詳細を図面に基づき
説明する。

【００１６】図２に本発明の基礎となる平板状態での電
磁結合型マイクロストリップアンテナの構成を示す。同
図においては、給電線路をマイクロストリップ線路とし
た場合を示している。

【００１７】同図において、６は放射素子を示しており
、この放射素子６と対向し第１の誘電体層７を介し地導
体８が配置されている。なお、誘電体層とは、空気層等
も含む広義の意である。

【００１８】また、地導体８上には、放射素子６に対応
してスロット９が形成されている。そして、地導体８を
挟むように放射素子６と対向し第２の誘電体層１０を介
しマイクロストリップ線路１１が配置されている。この
マイクロストリップ線路１１は、スロット９を介し放射
素子６に給電するもので、終端にはオープンスタブ１２
が設けられている。このオープンスタブ１２は、アンテ
ナインピーダンスのリアクタンス成分の整合に用いるこ
とができる。

【００１９】ここで、実際に、曲面上に配置した場合を
図３に示す。

【００２０】同図から明らかなように、放射素子６とマ
イクロストリップ線路１１は、電磁界的に結合している
ため、曲面状に配置した場合でも、従来例で示したよう
な機械的ストレスに対しても何等影響を受けないことが
分かる。

【００２１】次に、曲面上に上記アンテナを構成した場
合のインピーダンス特性、アンテナの偏波方向、曲率半
径に関する実験結果について述べる。

【００２２】まず、曲率半径をｒ＝０．４８λｏとした
場合の結果に関して述べる。

【００２３】アンテナから放射される電界の方向（偏波
方向）に対して同方向、つまりＹ軸方向に曲率を持たせ
た際のアンテナ（図３参照）の入力インピーダンスを図
４に示す。

【００２４】また、電界の方向に対して４５度傾けた方
向、つまりＸ軸とＹ軸の中間の軸方向に曲率を持たせた
際のアンテナを図５に、そのときの入力インピーダンス
を図６に示す。

【００２５】さらに、電界の方向に対して直交した方向
、つまりＸ軸方向に曲率を持たせた際のアンテナを図７
に、そのときの入力インピーダンスを図８に示す。

【００２６】これらの実験結果から、以下のことが分か
る。

【００２７】図４、図６及び図８により、アンテナ入力
インピーダンスの周波数ｆ０　におけるリアクタンス成
分が、電界の方向（偏波方向）と曲率半径の最小の方向
とが一致するに従って、大きくなってくることが分かる
。このことから、インピーダンス整合を取るためには、上
記偏波の方向と曲率半径最小の方向の関係から、リアク
タンス成分を補償する必要がある。リアクタンス成分の
補償は、アンテナの大きさ、スロットの長さ及びスタブ
の長さを変えることにより実現できる。

【００２８】例えば、スタブで整合を取る場合には、以
下のようにすればよい。

【００２９】一般に、オープンスタブを含んだアンテナ
の入力インピーダンスは、Ｚｉｎ＝Ｚａｎｔ　−ｊＺｏＣＯＴ（β・ｌｓ　）で表
される。ここで、Ｚｏ　　　　：線路の特性インピーダンスＺａｎｔ：線
路とスロットの結合点からアンテナ側を見たインピーダ
ンスｌｓ　　　　　：オープンスタブの長さβ　　　　　　
：線路の伝搬定数である。

【００３０】Ｚｉｎのリアクタンス成分は、Ｚａｎｔ　
のリアクタンス成分とオープンスタブのリアクタンス成
分の和であるから、ｌｓ　を短くすることによりオープ
ンスタブのリアクタンス成分を増加させ、Ｚｉｎのリア
クタンス成分を打ち消してたＺｉｎを純抵抗とさせるこ
とができる。即ち、電界の方向（偏波方向）と曲率半径の最小の方向
とが一致するに従って、スタブの長さを短くすればよい
。

【００３１】上述した同様の実験を、曲率半径がｒ＝０
．７１λｏの場合にも行った。

【００３２】ここでは、アンテナから放射される電界の
方向と同方向に曲率を持たせた際の入力インピーダンス
を図９に、電界の方向に対して４５度傾けた方向に曲率
を持たせた際の入力インピーダンスを図１０に、電界の
方向に対して直交した方向に曲率を持たせた際の入力イ
ンピーダンスを図１１に各々示す。

【００３３】これらの図から、上記の曲率半径ｒ＝０．
４８λｏと同様のインピーダンス、曲率方向及び偏波の
方向の関係を示していることが分かる。

【００３４】このように曲率半径の最小方向と偏波の方
向から、ｌｓ　を決定することができる。

【００３５】なお、上記実施例では、オープンスタブの
長さを調節してリアクタンス成分を打ち消したが、アン
テナ長を長くすることにより共振周波数を変えて所望周
波数にてリアクタンス成分を零とすることもでき、同様
の効果を得ることができる。また、スロットの長さまた
は線路の幅を変えても同様の効果を得ることができる。これらインピーダンス整合の手段はすべて、エッチング
技術を用いて実現できるため、十分な寸法精度を得るこ
とができる。よって、良好なインピーダンス整合を達成
することができ、その結果、反射損の低減が容易に可能
となる。

【００３６】次に、上述した電磁結合マイクロストリッ
プアンテナを素子アンテナとして複数個用い、曲面上に
変形して配列した本発明の一実施例に係るコンフォーマ
ルアンテナ装置について説明する。

【００３７】図１は素子アンテナを複数個円筒面上に配
列した場合の概念構成図を示している。

【００３８】同図においては、直線偏波の素子アンテナ
１３を直線状に４素子配列している。このような直線偏
波の素子配列をした場合、各素子の偏波の向きは一様で
あるので、オープンスタブの長さを各素子とも同じとす
れば、不整合無く給電できる。

【００３９】次に、本発明の他の実施例を図１２に示す
。

【００４０】同図は、素子の向きを９０度づつ及び位相
差を９０度づつ変えて給電されている円偏波一次元４素
子アレーを示している。

【００４１】すなわち、本発明では、このように直線偏
波の素子各々について素子の偏波の向き及び位相を変え
て給電することにより円偏波アレーアンテナとする場合
には、各素子に対する曲率の方向によりｌｓ　を決定で
きるので、各素子各々についてｌｓ　を与えることによ
り不整合なく給電でき、良好な円偏波特性を得ることが
できる。

【００４２】なお、以上の実施例では、放射素子として
短形のマイクロストリップアンテナを用いて説明したが
、短形だけでなく円形、三角等のマイクロストリップア
ンテナを用いても同様の効果を得ることができる。

【００４３】また、スロットにおいても、十字、リング
等のスロットを用いても、同様の効果を得ることができ
る。

【００４４】さらに、給電線路としてマイクロストリッ
プ線路を用いたが、トリプレート線路を用いても同様の
効果を得ることができる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明よれば、半
田付けがまったく不要であり、製造コストを大幅に低減
できる。さらに、電磁結合的手段により、給電線路と放
射素子を結合させているため、アンテナが搭載される車
や航空機の振動や歪み等の機械的ストレスに対しても何
等影響を被ることがなく、信頼性を向上させることがで
きる。特に、多数個のアンテナを用いた場合には、格段
の信頼性向上を達成することができる。また、インピー
ダンス整合に関しては、アンテナの偏波方向と曲率の方
向の関係から、補償すべきリアクタンス成分を容易にス
タブの長さ等により実現できる。このため、設計開発コ
ストの低減と同時に、良好なインピーダンス整合を達成
することができ、反射損の低減にも貢献する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るアレーアンテナを示す
斜視図である。

【図２】本発明の基礎となる平板状態での電磁結合型マ
イクロストリップアンテナの構成を示す図である。

【図３】図２に示す電磁結合型マイクロストリップアン
テナを曲面上に配置した状態を示す図である。

【図４】本発明の実施例におけるインピーダンス特性図
である。

【図５】本発明の実施例を示す斜視図である。

【図６】本発明の実施例におけるインピーダンス特性図
である。

【図７】本発明の実施例を示す斜視図である。

【図８】本発明の実施例におけるインピーダンス特性図
である。

【図９】本発明の実施例におけるインピーダンス特性図
である。

【図１０】本発明の実施例におけるインピーダンス特性
図である。

【図１１】本発明の実施例におけるインピーダンス特性
図である。

【図１２】本発明の他の実施例に係るアレーアンテナを
示す斜視図である。

【図１３】従来の同軸線路で給電されたマイクロストリ
ップアンテナを示す図である。

【符号の説明】

６………放射素子７………第１の誘電体層８………地導体９………スロット１０………第２の誘電体層１１………マイクロストリップ線路１２………オープンスタブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　曲面形状のアンテナ基板上に複数の放
射素子を配置させたアンテナ装置において、前記アンテ
ナ基板は、前記複数の放射素子を一方の面に形成した第
１の誘電体層と、前記複数の放射素子と電磁気的に結合
するように切り込み部を形成した地導体層と、前記切り
込み部と電磁気的に結合するように給電路線を形成した
第２の誘電体層とから成り、前記第１の誘電体層と地導
体層と第２の誘電体層とを積み重ねたことを特徴とする
アンテナ装置。
【請求項２】　　給電路線は、マイクロストリップ路線
またはトリプレート路線であることを特徴とする請求項
１記載のアンテナ装置。