JPH0722833A - 交差スロットマイクロ波アンテナ - Google Patents

交差スロットマイクロ波アンテナ

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JPH0722833A
JPH0722833A JP5286966A JP28696693A JPH0722833A JP H0722833 A JPH0722833 A JP H0722833A JP 5286966 A JP5286966 A JP 5286966A JP 28696693 A JP28696693 A JP 28696693A JP H0722833 A JPH0722833 A JP H0722833A
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JP
Japan
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microwave
radiating
microwave antenna
slots
plate
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JP5286966A
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English (en)
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Pyong K Park
ピヨン・ケー・パーク
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Hughes Missile Systems Co
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Hughes Missile Systems Co
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/10Resonant slot antennas
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01Q13/00Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/10Resonant slot antennas
    • H01Q13/106Microstrip slot antennas
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006Particular feeding systems
    • H01Q21/0075Stripline fed arrays

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、突出素子がなく堅牢で単一の給電
装置しか必要としないコンパクトなマイクロ波アンテナ
を提供することを目的とする。 【構成】 導電性材料から作られ、互いに90°の角度の
方向に延在し長さの等しくない2つのスロット24, 26を
具備する放射板22と、この放射板22の後方に離れてそれ
と平行に位置している背面板と、放射板22にマイクロ波
励起を生成するために放射板22と背面板との間にそれら
と平行に配置されて放射板22と共同して動作する線形導
体28とを有することを特徴とする。線形導体28は2つの
スロットノいずれとも平行ではない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波アンテナ特
に、円偏波マイクロ波信号を生成し、または受信するた
めのマイクロ波アンテナに関する。
【0002】
【従来の技術】(ここで使用される意味ではミリメ−ト
ル波を含む)マイクロ波はこれらが伝送することができ
る高密度の情報のために通信応用で使用される。このよ
うな応用ではマイクロ波は自由空間を通って伝播される
か、或いは導波管に沿って伝送される。本発明は自由空
間を通って伝播するマイクロ波信号を放射し、または受
信するのに使用されるマイクロ波アンテナに関する。
【0003】マイクロ波信号の偏波は伝播するときマイ
クロ波の電磁界ベクトルの位置により説明されている。
マイクロ波アンテナが2つの直交偏波素子により駆動さ
れるとき放射された自由空間のマイクロ波は通常楕円偏
波される。ある状況では楕円の長軸および短軸は同一に
され、その場合マイクロ波は円偏波と呼ばれる。円偏波
マイクロ波の使用は受信信号のパワ−を最大にするため
に受信アンテナを放射アンテナに整列することが必要で
ないので特に一般的目的と特別の目的のマイクロ波通信
システムの多数のタイプで所望である。円偏波マイクロ
波を放射し、受信するのに最適なマイクロ波アンテナは
それ故重要であり通信その他の応用で広く使用されてい
る。
【0004】多数のタイプのマイクロ波アンテナが知ら
れている。1つの方法では2つの不均等の長さのダイポ
ールが単一の同軸ラインにより平行で駆動される(参考
文献M. F. Bolster による“A New Type Circular Pola
rizer Using Crossesd Dipoles”、IRE Trans. Microwa
ve Theory and Techniques、MTT-9 巻、No.5、385 〜38
8 頁、1961年)。動作可能である一方、このタイプのア
ンテナはダイポールと支持体が背後の接地面から外部に
延在するので高いプロフィルと脆弱でかさ張るという欠
点を被る。このようなダイポールを使用して製造された
アンテナアレイは同じ問題を有する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】別の方法ではこれらの
問題は文献(Y. T. LoとS. W. Lee による“Antenna Ha
ndbook, Theory, Applications,and Design ”、Van No
strand Reinhold Company 、10-57 〜10-61 頁(1989
年))に記載されているようにパッチアンテナを使用し
て克服できる。パッチアンテナは放射素子の平面アレイ
から形成される。しかしながらパッチアンテナは狭い帯
域幅と疑似モ−ドの励起、ある場合では2つの励起給電
体の必要等の欠点を有する。
【0006】従って、欠点なしに他の従来技術の方法の
利点を達成する改良されたマイクロ波アンテナの必要性
が継続して存在する。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は自由空間を通っ
て伝播する円偏波したマイクロ波を放射し、および受信
するためのマイクロ波アンテナを提供する。本発明のア
ンテナは壊れ易い突出素子がなく単一の給電体しか必要
としないので低プロフィルで堅牢でコンパクトである。
このマイクロ波アンテナは表面モ−ド励起を生成せず、
放射と受信の広帯域幅を有する。アンテナは経済的な製
造価格を維持しながら素子の大きさと許容誤差の緊密な
制御を可能にするマイクロ電子技術を部分的に使用して
単一または小型または大型のアレイのいずれかを製造さ
れることができる。本発明のマイクロ波アンテナは簡単
に設計され、最適の性能にされる。
【0008】本発明によるとマイクロ波アンテナは導電
材料で作られ、互いに90°の角度の方向の長さの等しく
ない2つのスロットを有する放射板と、放射板にマイク
ロ波励起を生成するために放射板と共同して動作する線
形手段とを具備している。線形手段は放射板と平行に位
置されるが、スロットのいずれとも平行でない線形導体
であることが好ましい。放射板と間隔を隔てて平行に位
置する背面板が設けられることが好ましく、線形手段は
放射板と背面板との間に位置されている。線形手段と放
射板および背面板との間の空間は空気または他の異なっ
た誘電体の材料で満たされている。
【0009】好ましい実施例では、マイクロ波アンテナ
は長さの等しくないストリップラインで給電される交差
したスロットによって構成される。本発明のこの観点に
よると、マイクロ波アンテナは放射面およびそれと反対
に位置されている背面を有する外部導体と、この外部導
体内の放射面に平行に位置する内部線形導体と、外部導
体と内部導体との間の誘電体とを有するストリップライ
ンマイクロ波素子を具備する。さらに外部導体の放射面
には1対のスロットが存在し、それら1対のスロットは
互いに90°の角度の方向の不均等な長さである。このス
トリップライン給電装置は堅牢でコンパクトであり、単
一の給電体のみを必要とする。
【0010】本発明のマイクロ波アンテナは単一で、ま
たはアレイで使用される。アレイの各素子の構造は前述
したものと類似しており、放射素子の間の内部結合を減
少するための手段が付加されている。このような手段は
放射され、または受信される疑似モ−ドを生成する結合
を防止するためにアレイの各素子の周辺に位置される導
電フェンスである。
【0011】本発明はマイクロ波アンテナの技術におい
て発展を与えている。円偏波マイクロ波を放射し、受信
する本発明のアンテナはコンパクトで堅牢であり、疑似
モ−ドの生成のような不所望な特性を具備しない。本発
明の他の特性と利点は本発明の原理を例示により示す添
付の図面を伴って好ましい実施例の後述のより詳細な説
明から明白である。
【0012】
【実施例】本発明によるマイクロ波アンテナ20はストリ
ップ線路により供給される空洞を背後に有する交差スロ
ットとして図1、2で示されている。アンテナは2つの
交差するスロット24,26 が設けられている放射板22を含
む。スロット24,26 は互いに90°に方向づけられてお
り、それぞれL1、L2の異なった長さである。(同様
に、2つのスロット24,26 は“交差スロット”として特
徴づけられる)。
【0013】放射板22の下には放射板にマイクロ波励起
を生成するため放射板と共同して動作する線形手段があ
る。線形手段は放射板22から分離されてそれと平行に位
置する線形導体28であることが好ましい。動作上、マイ
クロ波駆動信号は放射板22と線形導体28に供給され、マ
イクロ波が放射板22から放射される結果を生む。
【0014】背面板30は放射板22と線形導体28から分離
してそれらと平行に位置される。好ましくは線形導体28
は放射板22と背面板30との間で対称的に位置される。背
面板30はマイクロ波アンテナ20が両方向よりも単一の放
射方向32でのみ放射するように接地面として機能する。
方向32と反対に放射されるエネルギは放射方向32に背面
板30により反射して戻される。
【0015】誘電体33で構成される放射板22と背面板30
との間の空間は誘電体としての空気で充満されてもよ
い。代りに、ガス、セラミックまたはガラスのような他
の誘電体はアンテナ20の放射特性を変更するために板2
2,30 間の空間に満たされることができる。
【0016】図1、2で示されるアンテナ20の形態では
放射板22と背面板30は円形の平面図(図1)と空洞の長
方形断面図(図2)とを有する統合した外部導体36を形
成するため側面板34により接続される。従って線形導体
28は誘電体内の外部導体の内部内の中心の内部導体を形
成する。スロット24,26 のないこの構造は同軸導体と機
能で匹敵するストリップ路線導体として観察される。
【0017】図1で示されているようにスロット24,26
は線形導体28の軸からゼロでない角度Tだけ回転または
傾斜される。即ちスロット24,26 は両者とも線形導体28
の軸に平行に整列しない。円偏波マイクロ波を生成する
ため角度Tと長さL1、L2を選択する好ましい方法を
以下に説明する。しかしながらアンテナの動作能力の臨
界的な条件はスロット長L1、L2が異なりTがゼロで
なく(または他のスロットを線形導体28の軸と整列させ
る90°でなく)、図1の平面図で観察されるときスロッ
ト24,26 が互いに垂直であることである。
【0018】円偏波マイクロ波放射を生成するためアン
テナ20の動作可能な条件は2つのスロット24,26 のアド
ミッタンスの実数部が同一で、入力アドミッタンスの角
度が90°異なっていなければならない。角度Tと長さL
1、L2はこれらの条件を満たすように調節される。実
験的にこれらの値を決定するために、放射板22は互いに
90°で等しくない長さの2つのスロット24,26 を形成さ
れる。
【0019】この構造の適切なスロット長と傾斜角度を
決定するためにスロットの1つ(スロット24で示されて
いる)は目標とするマイクロ波放射の波長の(空気誘電
体に対する)半分より僅かに長く最初に形成され、他方
のスロット(スロット26として示されている)は目標の
マイクロ波放射の半分の波長より僅かに短く製造され
る。一方のスロットがテ−プで閉じられ、他方のスロッ
トを通過する放射されたマイクロ波エネルギが測定され
る。第1のスロットが開口され、第2のスロットがテ−
プで閉じられて第1のスロットを通過して放射するパワ
−が測定される。スロットを通過する総合的な放射パワ
−は角度Tに依存する。放射板22は線形導体28の軸に関
して回転され各スロットのパワ−出力が同一になるまで
測定が繰返される。これは値Tを固定する。現在までの
研究ではTが約15°であることが多いことが示されてい
るが本発明にはこのような値に限定されない。
【0020】次にスロットの相対的な長さはテ−プでス
ロットの長さを短くするか長くし、放射マイクロ波の偏
波の円形の程度を測定することにより調節される。スロ
ット長は放射マイクロ波が円偏波であると決定されるま
で調節される。各スロットを通過する放射パワ−は再度
測定され、角度Tは各スロットを通過して放射されるパ
ワ−が同一であるように再調整される。実際上、Tの値
はL1、L2の変化で僅かに変化し、この反復処理は1
または2の反復で円偏波放射マイクロ波を生成するため
にT、L1、L2の正確な値に集中する。
【0021】以上説明したアンテナ20はそれ自身により
または図3、4の3×3のアンテナアレイで示されてい
るようにアンテナアレイ40の1素子として使用される。
アンテナ20は適切な格子で配置されている。個々のアン
テナを駆動するのに使用される砒化ガリウム集積回路の
ような能動駆動素子42は個々のアンテナ20との間に位置
される。マイクロ波放射装置アンテナの他のタイプを使
用してアンテナアレイの駆動に使用されるこのような能
動素子の構造は技術で良く知られている。
【0022】このようなアンテナアレイ40の潜在的な問
題は個々のアンテナ20間の内部結合である。このような
内部結合は放射したマイクロ波信号で意図される以外の
他の伝播モ−ドを生成することができる。内部結合を阻
止するために、導電フェンスが個々のアンテナ間の信号
漏洩を阻止するために各アンテナ20間に位置されてい
る。図2の好ましい実施例では、図1の平面図で観察さ
れるときのアンテナ20のほぼ円形形状を限定する側面板
34は外部導体36の内部へマイクロ波エネルギを限定する
必要なフェンスを構成する。側面34なしでは、分離した
フェンスは相互から個々のアンテナ20を隔離するため付
加される。
【0023】本発明はSバンド(周波数がほぼ7GH
z)用の単一アンテナ20とKバンド(周波数20GHz)
アンテナ用の2×2アンテナアレイとして設けられてい
る。SバンドアンテナではL1は2.54cmである。L2
は1.3 cmで、Tは15°である。Kバンドアンテナアレ
イを形成する各アンテナではL1は約0.7 cm、L2は
約0.33cm、Tは15°である。
【0024】本発明の方法で達成された結果の例とし
て、図5は6.9 GHz近くの周波数範囲で動作するSバ
ンドの単一素子アンテナ用の偏波パタ−ンである。偏波
パタ−ンは通常適切でありほぼ完全な円偏波を示す。類
似の結果が約21.8GHzで動作するKバンドのアンテナ
アレイで達成された。
【0025】本発明はマイクロアンテナ技術の発展を与
える。本発明の方法は堅牢であり、コンパクトで壊れや
すい突出物がない。この発明は高品質の円偏波されたマ
イクロ波放射を生む。本発明の特定の実施例が図示の目
的で詳細に説明されているが種々の変形が本発明の技術
的範囲から逸脱することなく行われる。従って本発明は
添付の請求の範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【図1】破線で示された線形内部導体を有する本発明に
よるマイクロ波アンテナの平面図。
【図2】図1の線2−2に沿ったマイクロ波アンテナの
断面図。
【図3】本発明のマイクロ波アンテナを使用して構造さ
れた平面の活性位相マイクロ波アレイの平面図。
【図4】図3の線4−4に沿ったマイクロ波アンテナの
断面図。
【図5】(a)6.6 GHz、(b)6.7 GHz、(c)
6.8 GHzの周波数範囲に対する本発明の方法により構
成されたS帯域アンテナの円偏波パタ−ン図。
【図6】(d)6.9 GHz、(e)7.0 GHz、(f)
7.1 GHzの周波数範囲に対する本発明の方法により構
成されたS帯域アンテナの円偏波パタ−ン図。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導電性材料から作られ、互いに90°の角
    度の方向に延在し長さの等しくない2つのスロットを具
    備する放射板と、 放射板にマイクロ波励起を生成するために放射板と共同
    して動作する線形手段とを有するマイクロ波アンテナ。
  2. 【請求項2】 線形手段が放射板と平行に位置する線形
    導体を含む請求項1記載のマイクロ波アンテナ。
  3. 【請求項3】 線形導体はスロットのいずれにも平行で
    はない請求項2記載のマイクロ波アンテナ。
  4. 【請求項4】 放射板から離れてそれと平行に位置して
    いる背面板を具備する請求項1記載のマイクロ波アンテ
    ナ。
  5. 【請求項5】 放射面およびそれと反対側に位置する背
    面とを有する外部導体と、 外部導体内の放射面に平行に位置する内部線形導体と、 外部導体と内部導体との間の誘電体と、 互いに90°の角度の方向に延在し長さが等しくない内部
    線形導体に平行ではない外部導体の放射面の1対のスロ
    ットとを有するストリップラインマイクロ波素子を具備
    するマイクロ波アンテナ。
  6. 【請求項6】 誘電体が空気以外の非導電性材料である
    請求項9記載のマイクロ波アンテナ。
  7. 【請求項7】 スロットの長さは、アドミッタンスの実
    数部分が等しく、入力アドミッタンスの角度が90°異な
    るように定められている請求項5記載のマイクロ波アン
    テナ。
  8. 【請求項8】 互いに90°の角度の方向に延在し長さが
    等しくない2つのスロットを有する放射板と、 放射板にマイクロ波励起を生成するために放射板と共同
    して動作する線形手段と、 放射素子間の内部結合を減少する手段とを含む第1の複
    数の放射素子を有するマイクロ波アレイアンテナ。
  9. 【請求項9】 内部結合を減少する手段が各放射素子を
    分離するための導電材料の複数のフェンスを含む請求項
    8記載のマイクロ波アンテナ。
  10. 【請求項10】 各放射素子の各スロットが幾何学的に
    一致する請求項8記載のマイクロ波アンテナ。
JP5286966A 1992-11-16 1993-11-16 交差スロットマイクロ波アンテナ Pending JPH0722833A (ja)

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US97659992A 1992-11-16 1992-11-16
US976599 1992-11-16

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ID=25524262

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JP5286966A Pending JPH0722833A (ja) 1992-11-16 1993-11-16 交差スロットマイクロ波アンテナ

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JP (1) JPH0722833A (ja)
KR (1) KR940012703A (ja)
AU (1) AU5065693A (ja)
CA (1) CA2102479A1 (ja)
IL (1) IL107478A0 (ja)
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