JPS581846B2 - 放射スロツト開口のアンテナアレイ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般に高周波アンテナ構造に関するもので、特
に、いわゆるマイクロストリップ放射器により画定され
る放射用スロット開ロアレイに関するもので、スロット
開口がその長さ方向に対してほぼ横切る予め定められた
通路に沿って直列に接続されている。

先行技術からわかるように、マイクロストリップ放射器
は、本来より大きな接地された平らな表面上に位置し、
その表面より波長に対してわづかな距離だけ誘電体で隔
てられた特殊な形状と寸法をもつ導電性表面である。

代表的な例ではマイクロストリツプ放射器は導電性表面
のプリント回路基板を形成するのに用いられる方法と全
く同じフォトエッチング法で単一またはアレイ状に形成
される。

それらのマイクロストリツプ放射器を形成するのに用い
られる出発物質は、従来の回路基板ストックが二枚の導
電性薄板間に積層された誘電体薄板を有するという点で
同一でないがこれと非常によく似ている。

代表例では、それらの構造の一方の側はマイクロストリ
ップアンテナの接地すなわち基準面となり、一方それよ
り誘電体層で隔てられた反対側の表面はフオトエツチさ
れて本来のマイクロストリップ放射器そのものまたはそ
の放射器に対するマイクロストリップ伝送給電線を一緒
にした放射器のアレイをつくる。

それらのマイクロストリツプ放射器の−個またはそれ以
上の縁部により放射用スロット開口が画定される。

その開口は、その放射器縁部に沿い縁部と下部接地面表
面間で区画され、その表面から実際のアンテナ放射が生
じる。

あるアンテナ機能は、例えば、ザイモンズ（Ｓｉｍｍｏ
ｎｓ）らにより”マルチプルビーム二次元導波スロット
アレイ”（”Ａ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ − Ｂｅａｍ Ｔ
ｗｏ − Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｗａｖｅｇｕｉｄ
ｅ Ｓｌｏｔ Ａｒｒａｙ”）と題したＩＥＥ Ｉｎｔ
． Ｃｏｎｖ． Ｒｅｃ． Ｐａｒｔｌ５６−６９で論
議されているように直列給電回路網を用いて最も良好に
成されることが認められている。

代表例として、いわゆるマイクロストリップ放射用アン
テナアレイは過去において当業者にとって周知の集合（
ｃｏｒｐｏｒａｔｅ）構造をもつマイクロストリツプ伝
送線路で給電されていた。

マイクロストリップ放射器アレイに対するこの集合構造
マイクロストリップ給電線路は放射用素子として使用で
きる表面領域を利用している。

集合構造マイクロストリツプ給電線路を直列給電マイク
ロストリツプアレイへ直接的に適合するには同様に有効
な表面領域の一部を利用する。

しかし、ある型のアレイ開口分布では従来の給電技術を
マイクロストリツブ放射器に利用することは不可能であ
るかまたは実用にならない。

本発明は、電気伝導性基準表面、その基準表面上に位置
する誘電体層、誘電体上に位置し、予め定められた通路
に沿って間隔をもつ複数個の電気伝導性放射表面を有す
るアンテナアレイ放射用スロット開口において、前記各
々の放射表面よりその縁部と下部に位置する基準表面間
に少なくとも一個の放射用スロツト開口が画定され、各
放射器表面が予期されたアンテナ動作周波数において放
射用スロツト開口に対して実効的なほぼ半波長の寸法を
もち、放射用ス田ント開口が、予定通路にわたって設け
られた放射器表面の縁部に沿って延びており、ストリツ
プ伝送線路装置が誘電体上に位置し、そして放射器表面
を予定通路に沿って直列に相互接続しその結果高周波エ
ネルギを放射用開口とアンテナアレイに対する共通給電
点に可逆的に伝導するアンテナアレイ放射用スロット開
口を提供する。

以下に附図と共に本発明の実施例を詳細に述べるが、そ
の好適な実施例は、アレイ中の放射用スロツト開口を画
定するマイクロス１−リップ放射器を用いた一次元また
は二次元の直列給電アンテナアレイを実現するのに特に
都合が良い。

そのような直列給電構成はアレイ開口にわたって希望す
る振幅と位相勾配を得るのにも特に有利である。

この記述に従って、一次元結合が二次元アレイを得るた
めに結合された場合、例えば双分極のような特種なアレ
イ機能を実現するのに有利である。

本発明の一つの観点において、以下のことが注目される
。

すなわち、マイクロストリップ放射器は従来のマイクロ
ストリップアンテナ構造におけるように放射用スロット
開口を設定するばかりでなく、それに加えて、マイクロ
ストリップ放射器伝導性素子は非放射性伝送線路の相互
接続部分と共に集積的に形成された放射器の単一表面内
に実現される希望するアンテナアレイ配置を与える伝送
線路としても利用でき、従って給電線路伝導性素子は直
列給電導波管アレイの利点とマイクロストリツプアンテ
ナアレイの利点を結合し、それにより多ビーム容量、周
波数ステアリング、特殊開口分布、製造費の低価格化、
薄型化、設計の画一化等が得られる。

前述したように、先行技術のマイクロストリップアレイ
は代表的な例では集合構造給電線路をもつ設計となって
いる。

そのような集合構造給電線路において、放射用開口を定
める中央給電点より各伝導性素子までの伝送線路の長さ
は正確に等しいかまたはアレイ全体に希望する位相勾配
を得るために僅かな差のあるほぼ等しい長さである。

この先行技術の給電線路構成は多くの用途に対して利点
が多いが、関連する伝送線路の長さは表面領域のかなり
の部分を必然的にしめる。

この回避し難い事実のために、そのような集合給電線路
構造を多ビームまたは双分極配置のような、あるより複
雑な開口形状に用いることができず、またその使用が厳
しく制約される。

さらにあるアレイに対する用途では、アンテナアレイの
ビームを周波数の関数として操作することが望まれるが
、それは従来の集合給電線路構造では行なうことができ
ない。

集合構造給電線路を直列給電アレイ配置に適用する際、
一つの方法は単に直列の各マイクロストリップ放射器素
子を給電するために一定の長さの間隔をもつＴ型接続タ
ップ点をもつ一定の長さの標準マイクロストリップ伝送
線路を与えることである。

しかし理解できるように伝送線路の終端では整合終端が
要求され、この方法でもさらに専ら伝送線路機能に寄与
する有効表面領域の一部を必要とし、ある用途において
はこの制限された表面領域でさえも有効でない。

さらに直列給電アレイに対するそのような方法は双分極
アレイ開口を実現しようとする時出合う問題を簡単にし
ない。

本発明の現在好適な実施例は第１図に示されている。

ここでは短かい標準非放射性マイクロストリップ線路Ｈ
が予め定められた一次元の通路に沿って直列に放射素子
Ｇを相互接続している。

理解できるように第１図に示される全アレイ構造の下部
に位置して（図には示さず）基準表面または接地面があ
り、一方電気伝導性放射素子Ｇと相互接続する一体に成
形されたマイクロストリツプ伝送線部分Ｈは電気伝導性
基準または接地平面上に位置し、第１図に示されている
ように接地平面表面と伝導性素子間に挿入された誘電体
層（図には示されていない）によりそれら接地面より分
離している。

各放射器表面Ｇによりそれらの縁部と、その下に位置す
る基準すなわち接地面表面間で少なくとも一つの放射用
スロット開口が区画される。

例えば第１図に示されるように各放射器表面Ｇにより放
射器表面の縁部に沿って延び、伝送線路部分Ｈがそれに
沿って位置する予め定められた通路を横切るように配置
する一対の放射用スロット開口か区画される。

各放射器表面Ｇは放射用スロット研口１０を横切る方向
に有効なほぼ半波長の大きさＫをもち（半波長の大きさ
は、予期されるアンテナ動作周波数で誘電体中で定めら
れる）、それにより各対を成す開口間の空洞を共振させ
、そして各対を成すスロット開口１０より付加的放射を
作り出す。

ストリツプ伝送線路装置Ｈは放射器表面Ｇを予め定めら
れた通路に沿って直列に相互接続し高周波エネルギを放
射用スロット開口１０と第１図に示されるアンテナアレ
イに対する共通給電点１２に可逆的に伝導する。

全体のアレイ開口にわたっての位相勾配は、従って伝送
線路部分Ｊの長さにより決まる。

すでに述べたようにＫの大きさにより放射用素子の共振
が決まる。

しかしこの大きさはまた放射用スロット開口の長さＬの
大きさに二次的な次元で依存する。

というのは大きさＬが半波長（自由空間）よりも小さい
場合、境界における電磁界により誘電間隙物質の実効的
誘電定数が実際の誘電定数よりもわづかに低くなる。

第１図に示す好適な実施例において、放射用スロット開
口の幅Ｌは入射高周波での電力の希望する割合がそれら
の特定の開口に可逆的に放射されるように選択されてい
る。

従って高周波での電力が伝送線路を伝播し、その内の予
め定められた割合が予め決められた位相で各素子より放
射される。

伝送線路の端部に非放射電力が残るようなアレイが設計
された場合、第１図に示すように整合終端Ｍにより吸収
されることが理解される。

従って発明の本実施例において放射器表面Ｇは、伝送線
路の予め決められた通路を横切る予め定められた大きさ
Ｌをもつ。

ここでそれらの予め決められた大きさはスロット開口１
０へ可逆的に放射される高周波エネルギの予定の相対的
比率に対応し、それとともに全アレイ開口の振幅勾配を
決定する。

二次元アレイを希望する場合、第１図に示されるような
複数個の一次元アレイを結合する。

例えば第２図と第３図に示されるように、複数個の第１
図で例として用いられた実施例がアレイ状に構成され、
希望するならば共通入力点１８より整合終端２０へ延び
る標準マイクロストリツプ伝送給電線路に沿って頂点よ
り直列給電される。

同様に複数個の第１図に示される例として用いた実施例
が第３図に示されるように結合し、二次元アレイが得ら
れる。

そこでは二次元アレイ中の各一次元成分は第３図に２２
で示される集合構造マイクロストリップ伝送線路より並
列給電され、そして共通入力給電点２４に接続する。

ここで説明した放射用スロット開口とそれらの種々のア
レイは高周波エネルギの伝送と受信の両者に用いられる
ことは当業者にとって明らかである。

同様に、それに沿って一次元アレイが配置する予め定め
られた一次元の通路は直線である必要はなく、特定の用
途に応じて種々の曲線を形成できる。

さらに、本発明の新規な特徴は以上で特定の例として用
いた実施例中に明確に記述されたもの以外の結合または
組みかえで結合できる。

このように種々の変型または修正も本発明では可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一次元アレイの第１の例として、
個々の放射器素子がそれに関連した放射用スロット開口
に可逆的に放射されるエネルギ量に応じた寸法をもつ実
施例を示す図、第２図及び第３図は本発明により複数個
の一次元アレイより構成された二次元アレイの例として
の実施例を示し、全体として二次元アレイ構造を構成す
る個々の一次元アレイに対する例としての二つの異なる
高周波給電構造を示す図である。 １０・・・放射用スロット開口、１４．１２・・・共通
給電点、１８・・・共通入力点、２０・・・整合終端。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 導電性基準表面と、その基準表面上に置かれた誘電
   体層と、その誘電体上に置かれかつ予め定めれた通路に
   沿って隔置された複数個の導電性放射器表面とを有し、
   各前記放射器表面がその縁部とその下に置かれた基準表
   面間に少なくとも一つの放射用ス田ント開口を画定し、
   この各前記放射器表面は前記放射用スロット開口を横切
   る方向に、予期されているアンテナ動作周波数において
   ほぼ半波長の実効寸法を有し、放射器表面の縁部に沿っ
   て延びている前記放射用スロット開口が前記予定通路に
   対して横方向に配置され、ストリツプ伝送線路装置が前
   記誘電体上に重なり、かつ前記放射器表面を前記予定通
   路に沿って直列に相互接続して、高周波エネルギを前記
   放射用スロット開口とアンテナアレイ用共通給電点に可
   逆的に伝導する放射用スロット開口のアンテナアレイに
   おいて、前記放射用スロットの相対的寸法および前記ス
   トリップ伝送線路装置の相対的寸法がそれぞれ異なるこ
   とにより前記アンテナアレイの振幅および位相勾配が決
   定されることを特徴とする前記放射用スロット開口のア
   ンテナアレイ。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の放射用スロット開口の
   アンテナアレイにおいて、前記放射器表面が前記予定通
   路を横切る向きに各々がそれに関連したスロット開口で
   放射または検出される高周波エネルギの予め定められた
   相対的比率に対応した前記予定寸法をもち、それにより
   アレイ開口全体に亘る振幅勾配を定めることを特徴とす
   る放射用スロット開口のアンテナアレイ。 ３ 特許請求の範囲第１項ないし第２項のいずれかに記
   載の複数個の個々のアレイを有する放射用スロット開口
   のアンテナアレイにおいて、各前記個々のアレイが互に
   結合した予め定められた通路に沿って配置され、個々の
   アレイストリツプ伝送線路装置共通給電点の各々と二次
   元アレイ全体に対する共通給電点に可逆的に高周波エネ
   ルギを伝導するように接続された全体として二次元アレ
   イ給電装置を有することを特徴とする放射用スロット開
   口のアンテナアレイ。