JPH06505130A - プレーナースロットアンテナグリッド - Google Patents

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】 プレーナースロットアンテナグリッド 本発明の分野 本発明は、アンテナ給電装置に関し、より詳細には、プレーナースロットアンテ ナグリッドに関する。

従来の技術 最新の無線電子装置に適合し、自由空間において１５〜３０波長内にある開口面 および１０％以上の作動周波数レンジ内で、効率を０．７以上に保証するマイク ロウェーブ用のアンテナを開発する作業が現在行われている。上記特性とは別に 、これらアンテナは構造が簡単であり、軽量でかつ薄くなければならない。また 、製造性がよく、寸法またはパラメータの再現性がよくなければならない。

上記特性を有するアンテナを製作する試みはプリント基板状のスロットアンテナ グリッドの考案で具体的になった（１９８９年刊行物７（３９）海外無線電子工 学、要約モスクワのスリアー（ＳＲＩＥＲ）によるｒＴＶ直接放送システム用プ レーナーアンテナ」３．４ページ、第１図）。

このスリットアンテナグリッドは、ストリップラインにより形成された導波管− フィーダーネットワークと信号のやり取りをするワイドスロットウィンドーを備 える誘電体の基板を含んでいる。

このスロットアンテナは、プリント回路状に得られるので、流れ作業による製造 に適し、構造が簡単で、軽量であるとともに薄く、寸法およびパラメータの再現 性もよい。

しかし、このアンテナグリッドは、導波管−フィーダーネットワーク内での損失 が比較的大きく、自由空間内の１５〜３０波長内の開口面の大きさ、および１０ ％以上の作動周波数レンジ内での効率は、０６を超えない。このことは、０゜０ ５〜０．１ｄ、ｂ、７０ｍのレンジ内の損失を示すストリップライン上に、この アンテナグリッドの導波管フィーダーネットワークを製造するということが条件 となる。

また従来技術として、中空またはコア状導波管上に設けられた導波管−スロット アンテナグリッドも知られている（ディー、アイ、ヴオスクレゼンスキー（Ｄ。

１、Ｖｏｓｋｒｅｓｅｎｓｋｉ）他著、［アンテナおよびマイクロウェーブ装置 、位相アンテナグリッドの設計Ｊ　１９８１年、無線および通信、モスクワ、１ ２６〜１２８ページ）。

このアンテナグリッドでは、導波管−スロット放射器および導波管−フィーダー ネットワークは、中空金属導波管上に設けられる。

上記を条件とすれば、この種のスロットアンテナグリッドは、導波管−スロット 放射器および導波管−フィーダーネットワークの導波管における損失は最小であ り、０．００１ｄ、ｂ、７０ｍを超えないので、高い効率を示す。

しかし、このような構造のアンテナグリッドは容易に製造できない。その理由は 、製造するには多くの進歩的でない機械的な組み立てが必要であり、この組み立 てによっては、アンテナグリッドの寸法およびパラメータの必要な再現性が得ら れないからである。これを別にしても、中空の金属製導波管を使用しているため 、このアンテナグリッドは大重量で、かつ厚くなり金属消費量も多くなる。

更に従来技術として、スロットアンテナグリッドも知られている（１９８９年刊 行物２（３４）、海外無線−電子工学要約スリアーによる［プレーナー導波管− スロットアンテナグリッド」２４〜２６頁第２図）。このスロットアンテナグリ ッドは、広い裏側の面と表側の面を有する多数の導波管−スロットアンテナ放射 器を含み、裏側の面および表側の面には、それぞれカップリングの励振スロット および放射スロットが設けられている。これら面は、２つの平行な平面にあり、 スロットアンテナグリッドは、更に導波管電力分配器および給電導波管から成る 導波管−フィーダーネットワークを備え、これら分配器および導波管のチャンネ ルは、カップリングの励振スロットと信号のやり取りをするようになっている。

いずれの導波管−スロット放射器も板金を組み立てて得られ、放射スロットはこ の放射器内に設けられ、前記プレートは、ベースを有するこの放射器の広い表側 の面を形成している。各導波管−スロット放射器の導波管の下では、この導波管 −スロット放射器のひとつの広い裏側の面と２つの狭い側面を形成することによ って、矩形の溝が設けられ、導波管−フィーダーネットワークは、中空の金属製 導波管上に作成される。

上記を条件として、このようなプレーナースロットアンテナグリッドは、導波管 −スロット放射器のうちの導波管部分、および導波管−フィーダーネットワーク のうちの導波管部分における損失が最小となるので、高い効率を示す。

しかし実際にはこのようなプレーナースロットアンテナグリッドを製造するには 、その構造は複雑であり、このアンテナグリッドの製造には労力を必要とし、こ のアンテナグリッドの寸法およびパラメータの再現性を高くできない進歩的でな い多数の機械的な組み立てが必要であるので、容易に適合できない。

これを別にしても、導波管−スロット放射器の製作のプロセスでは、ベースで得 られる導波管の狭い側面のリブと、放射スロットを備えた金属シートとの内部継 ぎ目、すなわちジヨイントのテストすなわちチェックを実行することは困難であ る。これらジヨイントをハンダ付けすることにより、コーキングされない細いセ グメントもあるので、隣接する導波管−スロット放射器間がスプリアスまたは浮 遊性と結合し、その結果、アンテナグリッドの利得が低下する。

換言すれば、現在のプレーナースロットアンテナグリッドの構造は信頼性が低い 。これを別にしても、このようなアンテナグリッドは、プリント回路状に製造さ れたアンテナグリッドよりも重量が重く厚さが厚い。

このことは、現在のグリッド構造体は、導波管−スロット放射器のうちの導波管 の下に、重量か重くて、厚い金属ベースを使用しているということが条件となる 。中空金属導波管上で導波管−フィーダーネットワークを使用していることが、 このアンテナグリッドの重量が更に増し、厚みも増す原因となっている。

本発明の要約 本発明は広い周波数レンジ内で高い効率を維持し、構造が簡単で信頼性があるだ けでなく、このアンテナグリッドが、より薄くかつ軽量で、より製造しやすく、 また、導波管−スロット放射器の構造上の設計を変更することにより生じるプレ ーナースロットアンテナグリッドの問題を解消することを目的とする。

この課題は、広い裏面および表面を有する多数の導波管スロット放射器を備え、 裏面にはカップリングの励振スロットが設けられ、表面には放射スロットが設け られ、これら面は、２つの平行な平面にあり、更に導波管の電力分配器と給電導 波管とにより形成された導波管−フィーダーネットワークを備え、分配器および 給電導波管のチャンネルは、カップリングの励振スロットと連通しているプレー ナースロフトアンテナグリッドにおいて、導波管スロット放射器が共通誘電体基 板を備えたストリップラインの導波管を構成し、誘電体基板の裏面は、導波管− スロット放射器の共通な広い裏面として作動する金属化コーティングにより被覆 され、基板の各広い表面は誘電体基板の表面上に交互に形成された細いセグメン トと、太いセグメントから成るストリップラインを構成することにより解決され る。

導波管−スロット放射器の構造は、本質的には、プリント回路の誘電体基板とし て設計され、基板の一方の面には、太いセグメントと細いセグメントとが交互に 並んだストリップライン状のプリント回路のストリップライン導波管−スロット 放射器の多数の広い表面が設けられ、他方の面には、金属化コーティング状のこ れらストリップラインの導波管−スロット放射器の共通な広い裏面が設けられる 。

このアンテナグリッドの構造により、導波管−スロット放射器をプリント回路状 に製造できるようになった。換言すれば、この構造により、多数の機械的な組み 立てが不要となり、特にフォトリソグラフィーにより、進歩的なプリント回路技 術を導入することが可能となった。更にこの構造により、省力した流れ作業によ る製造に、このアンテナグリッドを適合させることができるようになった。

これを別にしても、アンテナグリッドを製造する際のプリント回路技術の使用に より、アンテナグリッドの寸法およびパラメータの高レベルの再現性を得ること が可能となった。

本プレーナースロットアンテナグリッドの構造により導波管−スロット放射器を 、単一ユニットの部材として構成することが可能となった。すなわち、一方の面 に、プリント回路の導波管−スロット放射器の表側の面を有し、他方の面に、薄 い金属化コーティングを有する誘電体プレートとして構成することが可能となっ た。このような部材の厚さは薄く、重量は軽く、その構造は簡単で、がっ信頼性 がある。アンテナグリッドも、相当に重量が軽く、厚みが薄く、その構造が簡単 で、かつ信頼性がある。

本発明のプレーナースロットアンテナグリッドは、自由空間において、１５〜３ ０波長内の開口面および１０％以下の作動周波数レンジで０．７を超える高い効 率を示す。このような特性は、このアンテナグリッドの導波管−スロット放射器 が基板を構成する誘電体材料が充填された矩形断面の導波管を基本的に構成する ストリップラインの導波管上に製造されることが条件となる。

このストリップラインの導波管における損失は、０．０２〜０．０３ｄ、ｂ、／ Ｃｍ内であり、この値は、アンテナグリッドの効率を実質的に低下させるもので はない。

導波管−フィーダーネットワークは、給電導波管と導波管電力分配器の共通な広 い面を構成する金属化コーティング上に設けることが望ましい。

従って、ストリップラインの導波管−スロット放射器の広い裏面、力り導波管− フィーダーネットワークの導波管の広い面のうちの一つに基板の金属化コーティ ングを同時に使用することが可能となる。

またこのことにより、アンテナグリッドの厚さおよび重量を低減することが可能 となる。

同様にして、金属化コーティングの表面と共に導波管−フィーダーネットワーク のチャンネルを形成する表面を有する矩形の溝が設けたベースを、導波管−フィ ーダーネットワークが有することが推奨される。

この構造により、放射器基板と導波管−フィーダーネットワークのベースを組み 立てた後、例えばＨ−Ｔ字状の給電導波管および導波管電力分配器を、容易に具 現化した矩形断面の導波管を得ることが可能となる。このＨ−Ｔ字状の配置によ り、導波管−フィーダーネットワークのすべての導波管を一つの平面に設置する ことが可能となり、アンテナグリッドの厚さを相当に薄くできる。

ストリップラインの導波管の長手方向軸は、互いに平行とし、隣接するストリッ プラインの導波管の長手方向軸間の距離は、ストリップラインの太いセグメント の横方向の幅と共に、高周波において自由空間内の波長よりも短く、かつこの波 長の２０分の１の値よりも長いことが好ましい。

これにより、このアンテナグリッドの利得を最大にすることが可能となる。スト リップラインの太いセグメントの横方向の幅と共に、隣接するストリップライン の導波管の長手方向の間の距離、を高周波において自由空間における波長の２０ 分の１より短くなるよう選択した結果、隣接するストリップラインの導波管がス プリアス結合し、アンテナグリッドの利得が低下する。

他方、前記距離を高周波において自由空間の波長よりも大きくすれば、アンテナ グリッドの利得を減少させる回折ローブが生じる。

カップリングの各励振スロットの長さは、ストリップラインの細いセグメントの 横方向の幅の約０．８〜１．０の範囲内にあることが好ましい。

これにより最大効率が保証され、従ってアンテナグリッドの利得が保証される。

各スロットの長さのストリップラインの細いセグメントの横方向幅の０．８倍よ りも短くすると、ストリップライン導波管上の導波管−スロット放射器と、導波 管−フィーダーネットワークの給電導波管との十分な結合が得られない。他方、 各スロットの横方向幅の１．０倍よりも大きくすると、ストリップラインの導波 管からのスプリアス放射が生じ、これにより、このアンテナグリッドの損失が生 じ効率が低下する。

図面の簡単な説明 以下、添付図面に示したプレーナースロットアンテナグリッドの実施例の説明を 読めば本発明がよりよく理解しうると思う。

図１は、プレーナースロットアンテナグリッドを示す等角印。

図２は、図１のうちの矢印Ａに沿って見た図。

本発明の最適実施例 以下、衛星直接放送システム用アンテナとして用いられるプレーナースロットア ンテナグリッドについて述べる。

このアンテナグリッドは、多数の導波管−スロット放射器１（図１）を含み、各 放射器は、誘電体の基板２を備えたストリップライン状の導波管１ａを構成し、 この基板の裏面には、導波管−スロット放射器１の共通な広い裏面３ａとして作 動する金属化コーティング３（図２）が被覆されている。

誘電体基板２の表面４（図１）には、多数のストリップライン５が形成されてお り、各ストリップラインは、導波管−スロットの放射器１の広い表面５ａを構成 すると共に、細いセグメント６と太いセグメント７を交互に備えている。

導波管−スロット放射器１の広い表面５ａには、放射スロット８が設けられてい るが、共通な裏面３ａには、カップリング用の励振スロット９（図２）が設けら れている。導波管−スロット放射器１の共通な裏面３ａと広い表面５ａは、平行 な平面上にある。

金属化コーティング３の上には、導波管−フィーダーネットワーク１０が設けら れており、このネットワークは、矩形の溝１２を備えるベース１１を含み、溝１ ２は、Ｈ−Ｔ字状に製造された導波管電力分配器１４と、給電用導波管１３のチ ャンネル１２ａを金属化コーテイング面と共に形成する表面を有している。

金属化コーティング３は、給電用導波管１３および導波管電力分配器１４の広い 側面３ｂとなっている。カップリングの各励振用スロット９の長さく１）は、ス トリップライン５の細いセグメント６の横方向の幅Ｗｌ　（図１）の約０．　８ 〜１．０の範囲となっている。ストリップラインの導波管１ａの長手方向軸０− Ｏは、互いに平行であり、隣接するストリップラインの導波管１ａの長手方向軸 ０１−０１の間の距離ｄは、高周波における自由空間内の波長よりも短く、かつ ス、トリップライン５の太いセグメント７の横方向幅Ｗ２の波長の２０分の１よ りも大きい。

導波管−スロット放射器１、放射スロット８、給電導波管および導波管電力分配 器１４の数は、アンテナグリッドの必要な開口面の大きさＤおよび作動周波数レ ンジに応じて選択される。

このアンテナグリッドは、次のように作動する。

放射スロット８を通してアンテナグリッドにより受信された信号は、各導波管ス ロット放射器１に伝わり、Ｈタイプに近い波として、ストリップライン導波管１ ａの長手方向軸０１−０１に沿って進む。

ストリップライン５の交互に配置された細いセグメント６と太いセグメント７は 、ストリップライン導波管１ａの広い表面５ａを形成しており、ストリップライ ン導波管１ａでは、構造体の機素としての狭い表面は、存在していない。しかし ストリップライン導波管１ａの長手方向軸０１−０１に対するストリップライン ５の細いセグメント６の幅Ｗ１の２分の１にほぼ等しい距離にある平面上の電界 Ｅｙに対するゼロ境界条件を実行すると、このようなラインにおいて導波管形の 波を進行させる条件が得られる。

ストリップライン導波管上の導波管−スロット放射器１は、放射スロット８の位 相と、この位相に近い電気特性と、ストリップライン５の狭いセグメン１−の幅 Ｗ１にほぼ等しい広い面の寸法および誘電体基板２の厚さＨとほぼ等しい狭い面 の大きさを有し、基板２を構成している誘電体材料が充填された中空の金属製導 波管上の導波管−スロット放射器の電気特性を有する。

ストリップライン導波管１ａ上の各導波管−スロット放射器１（この放射器は、 誘電体材料が充填された矩形導波管上の共振または、非共振形導波管−スロット アンテナグリッドを構成する）からの信号は、カップリングの励振スロット９を 通り、給電導波管１３に進み、これら導波管を通って、導波管電力分配器１０内 を進み、この分配器内で位相の合った（同−角の）信号が干渉しあい、出力信号 が形成される。

アンテナグリッド内の給電導波管１３と、導波管電力分配器１４の下図は、開口 面の大きさＤおよび必要な送信レンジによって決まる。

利用分野 開口面の大きさが３７５ｘ３７５ｍｍであり、厚みが８ｍｍである衛星直接放送 用に使用される本発明のプレーナースロットアンテナグリッドは、１０．９〜１ １．７ＧＨｚの作動周波数レンジ内で０．７５の効率および３２．９ｄ、ｂ、の 利得を示す。

大きさが７５０ｘ７５０ｍｍであり、厚さが３０ｍｍである同一構造のアンテナ グリッドは、同じ周波数レンジ内で０．７２の効率および３８．８ｄ、ｂ、の利 得を示す。

国際調査報告 フロントページの続き （７２）発明者　バエフ、ウラディミール　セルゲエーヴイツチ ロシア連邦　３９００４４　リャザン　ウーリツァ　クルブスコイ　デー　４　 カーヴエー（７２）発明者　フーデイシュ、アレクサンドル　イリイツチ ロシア連邦　３９００１３　リャザン　ペルヴオマイスキー　プロスペクト　デ ー　６６　コルプス　カーヴエ−４２

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．広い裏面（３ａ）および表面（５ａ）を有する多数の導波管スロット放射器 （１）を備え、裏面にはカップリングの励振スロット（９）が設けられ、表面に は放射スロット（８）が設けられ、これらの面は、２つの平行な平面にあり、更 に導波管の電力分配器（１４）と給電導波管（１３）とにより、形成された導波 管−フィーダーネットワーク（１０）を備え、分配器および給電導波管のチャン ネル（１２ａ）は、カップリングの励振スロット（９）と連通しているプレーナ ースロットアンテナグリッド。 導波管スロット放射器（１）は、共通誘電体基板（２）を備えるストリップライ ンの導波管（１ａ）を構成し、誘電体基板の裏面は、導波管−スロット放射器（ １）の共通な広い裏面（３ａ）として作動する金属化コーティング（３）により 被覆され、基板の各広い表面（５ａ）は誘電体基板（２）の表面（４）上に交互 に形成された細いセグメント（６）と、太いセグメント（７）から成るストリッ プラインを構成していることを特徴とするプレーナースロットアンテナグリッド 。
2. ２．導波管−フィーダーネットワーク（１０）は、給電導波管（１３）および導 波管電力分配器（１４）の共通な広い面（３ｂ）を構成する金属化コーティング
3. （３）上に設けられていることを特徴とする請求項１記載のプレーナースロット アンテナグリッド。 ３．導波管−フィーダーネットワーク（１０）は、金属化コーティング（３）の 表面と共に導波管−フィーダーネットワーク（１０）のチャンネル（１２ａ）を 形成する表面を有する矩形の溝（１２）が設けられたベース（１１）を備えてい ることを特徴とする請求項２記載のプレーナースロットアンテナグリッド。
4. ４．ストリップライン導波管（１ａ）の長手方向軸（０１−０１）は、平行であ り、隣接するストリップラインの導波管（１ａ）の長手方向軸（０１−０１）の 距離（ｄ）は、ストリップライン（５）の太いセグメント（７）の横方向の幅（ Ｗ２）の高周波における自由空間の波長よりも短く、かつ波長の２０分の１の値 よりも長い請求項１記載のプレーナースロットアンテナグリッド。
5. ５．カップリングの各励振スロット（９）の長さ（１）は、ストリップライン（ ５）の細いセグメント（６）の横方向の幅（Ｗ１）の約０．１〜１．０の範囲内 にあることを特徴とする請求項１記載のプレーナースロットアンテナグリッド。