JPS5942484B2 - 無線周波アンテナ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般的に無線周波アンテナ装置に関し、特に複
同調マイクストリップアンテナ放射器に関するものであ
る。

当該技術によって認識されているように、マイクロスト
リップ放射器は、大きい接地平面上に横たわる特別な形
と寸法を有する導電面であり、誘電体薄板によって波長
の比較的小部分に相当する長さだけ接地平面から離れて
いる。

代表的には、マイクロストリップ放射器は導電面のプリ
ント配線板を作る方法と全く類似のフォトエツチング処
理により、単独で又は数個の配列として形成される。

このマイクロストリップ放射器を作るのに使用される素
材も、２枚の導電板間に薄層とした誘電体薄板を含む通
常のプリント板材料とたとえ同一でなくても、はとんど
類似である。

典型的には、このマイクロストリップ放射器の一方の側
はマイクロストリップアンテナの接地又は基準平面とな
るのに対し、誘電体層によってそれから離れている他方
の反対側の面は、実際のマイクロストリップ放射器それ
自身又はマイクロストリップ伝送給電ラインと共にこの
ような放射器の幾つかの配列（ａｒｒａｙ ）を形成す
るためフォトエツチングされている。

典型的には、マイクロストリップ放射器は中心共振周波
数の約２ないし３パ一セント程度の比較的狭い共振帯域
幅を持つ。

しかし、実際の多くのアンテナ装置において、２個又は
それ以上の作動周波数が実際に要求され、しばしばそれ
らの周波数は中心周波数の５ないし２０パ一セント程度
離れている。

マイクロストリップ放射器は、もしすべての要求周波数
において作動させることができるならば、その応用に多
くの長所をもたらす。

従来、この問題は互に異なる２つの直交デメンションを
有し、それにより異なった周波数で共振する放射器を形
成させることで取組まれて来た。

たとえば、長方形の素子はその１つの角部に給電される
と長方形の短いデメンションは第１の高い周波数で共振
し、長方形の長いデメンションは第２の低い周波数で共
振する。

そのような長方形の長短両デメンションの励磁のだめの
個々の給電ラインも実施された。

しかし、この方法では得られる周波数の数に制限され、
複周波数が関係する直線偏波に制限される。

更に、２つの周波数による２つの直線偏波ば、これら異
なった共振デメンションの物理的方向が異るため、必然
的に相異なる。

複同調マイクロストリップ放射器を達成する他の方法と
して、マイクロストリップ板上に配列され、相互の影響
を最小にする方法でマイクロストリップ給電ラインに接
続され、所望の共振周波数をもつ別々のマイクロストリ
ップ素子を使用して来た。

しかし、この相互の影響はこのような配列においては完
全には取り除くことはできず、しばしば所望の放射パタ
ーンが著しく歪むということが実際の結果である。

更に、この複同調配列によって占められる表面積は従来
、大型のアパーチャアレイ（ａｐｅｒｔｕｒｅ ａｒ
ｒａｙ ）構造において、それら複同調配列の重要な使
用の妨げとなっていた。

しかし、ここで明らかにされ述べられている本発明にお
いては、非常に僅かな効率低下、又は放射パターン形状
、種々共振間の形状、偏波又は利得に対する放射パター
ンの変化で、潜在的に非常に多数の複同調を示すマイク
ロストリップ放射器が提供される。

更に、本発明の複同調放射器は全くコンパクトであり、
そのため大型アパーチャアレイにおける使用にも容易に
適合できる。

本発明のこれら及び他の目的及び長所は付図を参照とし
て示された本発明についての以下の詳細な説明から更に
明らかになるであろう。

第１図に示されているマイクロストリップ放射器１０は
、導電面領域１２からなる接地平面又は基準平面と、接
地平面１２の上に離れて横たわっている第１の電気的伝
導性放射器素子１４、次いで同様に第１の放射素子１４
の上に離れて横たわっている第２の電気的伝導性放射素
子１６を包含している。

第１図に示されているように、放射素子１４及び１６は
誘電体材１８によって相互にもまた接地平面からも隔て
られている。

代表的には、第１図に示されている構造は先ずマイクロ
ストリツブ放射器１４と接地平面１２を従来のやり方で
形作り、それから別のマイクロストリップ放射器１６を
重ねることによって得られる。

この第２のマイクロストリップ放射器はいか々る接地平
面も無しで形成されている。

第１図に示されている典型的装置は、この特定の典型的
実施例の最も簡単な形態であり、それは以下の説明から
更に十分認識されるであろうが、そこには２個以上の次
々と重ねられた放射素子を設けてもよく、それによって
その数に相当してアンテナ装置１０で得られる複同調数
を増茄させるからである。

この好適な実施例において、一番上の放射器（第１図に
おける放射素子１６）は従来のマイクロストリップ給電
ライン２０によって励起される。

必要ならば他のいかなる形の伝送ラインを使用しても良
い。

本発明の好適な形態において、一番上の素子と接地平面
との間に置かれている残りの放射素子（すなわち第１図
の素子１４）は、それに接続される伝送ライン２０のよ
うな実際の伝送ラインが無く、受動的である。

後述されるように、本発明の他の実施例は他の中間素子
へ給電することも含んでいる。

第１図の実施例の放射素子は電気的導体によって物理的
に接続されていないが、種々の素子の間に、また接地平
面との間に相互結合が存在し、それはこれらが非常に接
近しているためであり、また板部材間及び一番下の平板
とその下に横たわっている接地平面１２との間に作られ
る電磁界によるものである。

もちろん、無線周波信号はマイクロス） ＩＪツブ給電
ライン２０又は接地平面１２に対して基準となる他の適
当な伝送手段を経てアンテナ装置へ又はアンテナ装置か
ら誘導されることが理解される。

もし無線周波信号が、ある１個の放射素子の共振周波数
において発生すると、その素子は無線周波エネルギを（
アンテナ装置が受信に使用されているか送信に使用され
ているかにより）吸収又は放射する。

同時に、他の非共振放射素子はこのようなエネルギを共
振素子から又は共振素子へ実際に結合する。

非共振素子はそれらの共振周波数より低い周波数で誘導
的に結合し、それらの共振数波数より高い周波数で容量
的に結合する。

この誘導的又は容量的結合は第１図の実施例に関し、次
の第２及び第３図の説明により更に詳細に示される。

当該技術関係者により認識されるように、マイクロスト
リップ放射器は現在多くの種々な形において知られてい
る。

本発明はいかなる形のマイクロストリップ放射器の使用
にも応用できると信じられる。

しかし、本発明の説明を簡単にするため、長方形の放射
器が典型的に示されている。

従って、第１図の放射素子１４及び１６はその素子に要
求される最高の周波数で共振する、いかなる形状でも良
い。

第１図に示されているように、マイクロストリップ給電
ライン２０はマイ−クロストリップ放射器１６の長い側
に接続されている。

共振デメンション２２は１波長、２分の１波長又は４分
の１波長のいずれでも良いが、後者の場合、明らかなよ
うに、放射素子は共振デメンションの一端で縁に沿って
接地されていなければならない。

この後者の実施例に関する詳細な説明を第４図に関して
十分に行う。

第１図には示されていないが、低い周波数において共振
デメンション２４に給電するように、別の給電ラインを
長方形放射素子１６の短いデメンションの方へ取付は得
ることも注目すべきである。

共振デメンション２２及び２４は、円偏波の放射をさせ
るため隣接する両側へ有効に同相直角（ｑｕａｄｒａｔ
ｕｒｅ）給電されている素子と近似していることも理解
できるであろう。

角部に給電される円偏波放射素子１６とすることも、他
の型の放射素子と同時に可能である。

本願の典型的図面においては長方形の放射素子が示され
ているが、本発明はいかなる型の放射素子の使用も含ん
でいる。

第１図の放射素子１４は素子１６と類似に作られている
が、相応した大きさの周波数を確立するために大きい。

最大の放射素子１４ば、共振周波数に応じた大きさで順
次に小さくなっている積重ねられた他の素子を載せ、接
地平面１２に最も近く置かれている。

最小の、かつ一番上の放射素子は伝送給電ラインと接続
された被駆動素子であることが望ましい。

次々と積重ねられた放射素子を対称的に配置することに
より、アンテナ装置１０の放射位相中心はどの放射素子
が共振することになるかとは無関係に各共振周波数に関
して同一の物理的位置を保つ。

素子のこのような対称的位置は他の複同調装置でしばし
ば起こるパターン歪を取除く。

しかし、この中心合わせは絶対的なものではなく、更に
、故意に素子の中心をずらせて故意に種々の共振周波数
に関してアンテナ装置１０のパターンを歪ませることが
、ある条件下では実際に望ましいことであることに注意
すべきである。

第２図及び第３図は本発明の第１図に示した実施例の代
表的２分の１波長共振型を示している。

放射素子１４及び１６は、それらの間に存在する電磁界
を通して有効に直列に接続されている。

素子１４の低い共振周波数に対しては第２図が適用でき
る。

素子１６は、それが小さな誘導的リアクタンス２６によ
り電磁界を通して素子１４へ有効に結合するように、そ
の共振周波数以下で作動している。

従ってこのような結合は実際に、素子１４を伝送ライン
２０に結合するだめの無線周波給電手段の一部となる。

放射電界２８．３０は理解されるように素子１４と接地
平面１２との間に従来の形で励起される。

素子１６の高い共振周波数に第３図が適用できる。

素子１４は、それが実効容量３２を経て接地平面１２に
容量的に結合するように、その共振周波数以上で作動し
ている。

従って素子１４は有効に接地平面１２の延長となり、通
常の放射電界３４．３６はマイクロストリップ放射器１
６と接地平面１２の延長として作動する素子１４との間
に励起される。

故に、この例において、非共振素子１４は再びマイクロ
ストリップ放射器１６の周囲に放射電界３４，３６を励
起するだめの給電手段の一部となる。

上述の説明は放射素子１６に給電した場合について説明
したか、次に放射素子１４に給電した場合を説明する。

無線周波数信号が放射素子１４の共振周波数よりも高い
場合には、放射素子１６と放射素子１４とは容量結合し
、同時に入力周波数信号に比べて低い共振周波数を持つ
放射素子１４はグランドプレーンとして作用する。

即ち、入力された高い周波数に比べて、低い共振周波数
を持つ放射素子１４は、放射素子１４の下にあるグラン
ドプレーンにインダクタンス結合するためである。

換言すれば、この関係は第２図、第３図に似た形態を示
し、最上段の放射素子１６と放射素子１４とは実効容量
３２で結合され、放射素子１４とその下にある基準面１
２であるグランドプレーンとは誘導的リアクタンス２６
により結合されることを意味する。

第４図に示されている本発明の実施例は、第４図におけ
る共振デメンション３８が４分の１波長であり短絡壁４
０が上部素子４２と下部素子４４を共通に接地平面４６
へ接続するために設けられていることを除き、すでに第
１図に関して説明したことと実質的に類似である。

更に、第４図において明らかなように、すべての放射素
子は短絡壁４０と共にある共通平面内に共振デメンショ
ンの一端があるように偏位されている。

第５図は図示されているようにＮ個の放射素子を有する
更に一般化された実施例である。

これらの素子はそれらの一端で大地に短絡されていない
ので、対応する共振デメンション４８は本質的に２分の
１波長又は１波長である。

更に、第５図に示されている実施例はそれぞれの放射素
子に１ないしＮの複給電を行なう。

もちろん一番上位の第１給電のみは前述のように利用さ
れる必要がある。

それにもかかわらず、ある応用に対して、第５図に示さ
れているように中間の放射素子の１個又はそれ以上に個
々の給電を行うことが有利なことがある。

放射素子間の間隔は、それが本質的に１波長より小さく
、また代表的に２．５４センチメートル（１インチ）の
１６分の１ないし８分の１程度の大きさである限り、絶
対的でなく近似するものであればよい。

好適な実施例においては、複合アンテナ構造は数個の類
似な個々に作られた放射素子及びそれらと連携する誘電
体板とを積重ねることによって作られるので、内部素子
の間隔はすべて等しい。

しかし、このような間隔は画一的に定められたものでは
ないので、希望するならば等しい内部素子間隔以外とす
ることもできる。

本発明の数種の典型的実施例についてのみ説明しだが、
当該技術者は多くの変型及び修正が特許請求の範囲によ
って定義された本発明から本質的に逸脱することなく上
記典型的実施例に対してなされ得ることが理解できるで
あろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に関する第１の典型的実施例の部分的に
断面を示す透視図である。 第２図は第１図の実施例の作動を説明するのに便利な断
面概要図である。 第３図は第１図の実施例の別の作動形態を説明するのに
便利な断面概要図である。 第４図は本発明の別の典型的実施例の部分的に断面を示
す透視図である。 そして第５図は本発明の更に別の典型的実施例の断面概
要図である。 １０・・・・・・マイクロストリップ放射器、１２・・
・・・・接地平面、１４・・・・・・第１放射素子、１
６・・・・・・第２放射素子、１８・・・・・・誘電体
材、２０・・・・・・マイクロス） ＩＪツブ給電ライ
ン、２２・・・・・・高い周波数の共振デメンション、
２４・・・・・・低い周波数の共振デメンション、２６
・・・・・・誘導的リアクタンス、２８゜３０・・・・
・・放射電界、３２・・・・・・実効容量、３４゜３６
・・・・・・放射電界、３８．４８・・・・・・共振デ
メンション、４０・・・・・・短絡壁、４２・・・・・
・上部素子、４４・・・・・・下部素子、４６・・・・
・・接地平面、４８・・・・・・共振デメンション。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 共振寸法を有する伝導性素子表面が無線周波給電装
   置に接続されて、伝導基準面であるグランドプレーンの
   上に配置され、前記伝導性素子表面の一端をその下に配
   置された伝導性素子表面との間に副射スロットを形成す
   る無線周波アンテナ装置であって、− 前記素子表面は相互に積み重ねて隔られており、各々が
   対応する無線周波数になるように前記素子表面は各々異
   った共振寸法を有し、 素子表面の前記無線周波数は、最つとも低い共振周波数
   の素子面が基準面の上に配置され、連続して配置される
   素子面の前記共振無線周波数は、その直前の素子面の共
   振周波数よりも高くなるように配置され、 無線周波給電装置は、アンテナ装置へ無線周波数信号を
   誘導し、またはアンテナ装置から無線周波数信号を誘導
   するために、前記素子表面の少なくとも一つに電気的に
   結合され、前記無線周波数信号は、電磁気的に結合され
   た素子を通して、直接電気的に結合しなくとも、前記与
   えられた無線周波数の最つとも近い共振周波数となるこ
   とを特徴とする無線周波アンアナ装置。 ２、特許請求の範囲第１項の記載において、各連続して
   配置される素子面が直前の素子面より小さく、また、各
   連続して配置される素子が直前の素子の下に作られる境
   界内に本質的にはいるように位置している無線周波アン
   テナ装置。 ３ 特許請求の範囲第１項又は第２項の記載において、
   各連続して配置される素子が直前の素子の下に作られる
   境界内で少なくとも１つのデメンションに関して本質的
   に対称的に配置されている無線周波アンテナ装置。 ４ 特許請求の範囲第１ないし３項のいずれかの記載に
   おいて、前記素子面の少なくとも１個が複数の無線周波
   数で電気的に共振する寸法である無線周波アンテナ装置
   。 ５ 特許請求の範囲第１ないし４項のいずれかの記載に
   おいて、前記基準面から最も離れている素子面を除く前
   記素子面を誘電体薄板が本質的に包んで積層の誘電体構
   造部分を形成する無線周波アンテナ装置。 ６ 特許請求の範囲第１ないし５項に記載のいずれかの
   記載において、前記給電装置が前記素子面の少なくとも
   １つと一体的に連続したマイクロストリップ伝送ライン
   を形成する無線周波アンテナ装置。 １ 特許請求の範囲第１項の記載において、前記給電装
   置は前記素子表面の開放端部の少なくとも１つと直接電
   気的に結合されており、非共振素子はそれらより低い共
   振周波数と誘電性結合をし、それらより高い共振周波数
   と容量性結合する共振素子表面として働く無線周波アン
   テナ装置。 ８ 特許請求の範囲第１ないし７項のいずれかの記載に
   おいて、前記素子面がそれらのそれぞれの共振周波数の
   ４分の１波長の寸法に近似している無線周波アンテナ装
   置。 ９ 特許請求の範囲第１ないし８項のいずれかの記載に
   おいて、各々の素子表面は、一つの素子表面の外周と効
   果的な基準面として電気的に働く次の素子表面との間に
   副射隙間を形成し、最っとも低い周波数の素子はその外
   周とその下にある基準面との間に副射隙間を形成する無
   線周波アンテナ装置。