JPS5942485B2 - 放射スロツト開口のアンテナアレイ - Google Patents

放射スロツト開口のアンテナアレイ

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JPS5942485B2
JPS5942485B2 JP56177008A JP17700881A JPS5942485B2 JP S5942485 B2 JPS5942485 B2 JP S5942485B2 JP 56177008 A JP56177008 A JP 56177008A JP 17700881 A JP17700881 A JP 17700881A JP S5942485 B2 JPS5942485 B2 JP S5942485B2
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • H01Q21/065—Patch antenna array

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

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口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。
先行技術かられかるように、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ッ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
く同じフォトエツ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ッ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ォトエッチさ
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ップ放射器の一個またはそれ以
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、サイモンズ（Ｓｉｍｍｏ
ｎｓ ）らにより゛マルチプルビーム二次元導波スｏッ
トアレイ” （”Ａ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ］ｅａｍ Ｔｗ
ｏ−Ｄｉｍｅｎｓ １ｏｎａ Ｉ Ｗａｖｅｇｕ １ｄ
ｅＳｌｏｔ Ａｒｒａｙ ” ） と題したＩＥＥ
Ｉｎｔ−Ｃｏｎｖ。
Ｒｅｃ、、 Ｐａｒｔ １ 、５６−６９で論議され
ているように直夕１１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ッ
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ップ給電線路を直列給電マイク
ロストリッ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
マイクロストリップ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ット開口が画定され、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
射用スロット開口に対して実効的なほぼ半波長の寸法を
もち、放射用スロット開口が、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、ストリッ
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ット開口を画
定するマイクロスト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ブ表面内
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ップアンテ
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、特種開口分布、製造費の低価格化、
薄型化、設計の画−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ノプアレイ
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
を得るだ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だめに、そのような集合給電線路
構造を多ビームまたは双発極配置のような、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
ラ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＝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
１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を理解するために第１図は示
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ップ伝送線部分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が区画される。
各放射器表面Ｇは放射用スロット開口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に定めら
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。
ストリップ伝送線路装置■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しの
大きさに二次的な次元で依存する。
というのは大きさＬか半波長（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図において、放射用スロット開口の幅りは入射高周
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。
第２図は伝送線路に対する終端が要求されない特別な場
合を示す。
第２図の例は一見共振直列給電アレイとして呼ばれるも
のに似ているが、標準の共振直列給電アレイは各伝送線
路部分がそれが接続するインピーダンスに整合するよう
に設計されていることに注目する。
しかし、第２図におけるようにアレイ部分内で生じる反
射を許すならば、全アレイ開口の振幅勾配は素子または
放射用スロット開口幅Ｎを調整せずにアレイの端部に向
って減少できる。
従って、プレイが第２図に示すように共通給電点１４の
ような中央で給電される場合、第２図に示すようなきわ
めて有効で単純な開口分布Ｐが得られ、それは全体にわ
たってのアレイ開口振幅分布がきわめて低いサイドロー
ブ（ｓｉｄｅ ｒｏｂｅｓ ）を発生する。
二次元アレイを希望する場合、第１図と第２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３図と第４図に示されるように、複数個の第１
図の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ッ
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図の例が第４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−次元成分は第４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。
第５図に示される二次元アレイも同様に複数個の一次元
アレイより形成される。
第５図に示されているように垂直方向を向いた開口２６
に関して、アレイは４２で終端しているマイクロストリ
ップ伝送線路４０に沿ったタップ点３０，３２，３４゜
３６．３８を通して共通給電点２８より給電される。
第５図に示すように左から右へタップ点３〇−３８まで
延びている各−次元アレイは第５図で示すように各々左
より右へ延びているマイクロストリップ伝送線路の各部
分４４，４６，４８゜５０．５２により、以上の議論で
明らかな方法で給電される。
第５図に示す特定の例として用いた実施例において、各
放射器素子は各々関連した伝送線路４４−５２に沿って
伝播する入射高周波エネルギを同じ割合で受けとり、任
意の残留エネルギは明らかに整合終端５４，５６，５８
，６０゜６２で吸収される。
もう一つの観点より見ると、第５図に示す二次元アレイ
は第５図でわかるように水平方向に向いた放射用開口２
６′をも有する。
それらの開口は伝送線路４０′に沿ってタップ点３０’
、３２’。
３４’、３６’、３８’よりの共通給電点２８′より給
電され、その残留は終端４２′で吸収される。
伝送線路４０′より給電される高周波エネルギは全体で
二次元アレイを構成する垂直方向を向いた（第５図で示
す）一次元直列給電プレイに沿った伝送線路部分４４’
、４６’ 、４８’ 、５０’ 。
５２′に沿って伝導する。
そのようにそれらの直列給電アレイに沿って伝導するエ
ネルギの残留は整合終端５４’、５６’、５８’、６０
’、６２’において消費される。
給電点２８が第５図のアレイ中で用いられた場合、全体
の二次元アレイは放射用スロット開口２６の垂直方向（
第５図に示す）で特徴づけられる第１の分極をもつ。
他方、給電点２８′が用いられた場合、全体の二次元ア
レイは放射用スロット開口２６′の水平方向（第５図に
示す）で特徴づけられる異なる分極をもつ。
従って、第５図の二次元アレイはアレイ全体の分極特性
が対応する給電点２８と２８′を選ぶことにより選択で
きる双分極アレイである。
第５図に示されるように、関連する複数個の放射器表面
により第１と第２（第５図で示すように水平と垂直）の
組の交差路に沿って間隔をもった複数個の個々の一次元
アレイが得られる。
第１のモードの放射分極で作動する場合、水平な組の通
路に沿った放射器表面を相互接続し、二次元アレイ全体
に対する第１の共通給電点２８をもつストリップ伝送線
路装置が得られる。
第２のモードの放射分極で作動する場合、水平な組の交
差路の各各に沿って放射器表面を相互接続し、二次元ア
レイ全体に対する第２の共通給電点２８′をもつストリ
ップ伝送線路装置が同様に得られる。
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図は本発明を理解するために一次元アレイの第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
法をもつ例を示す図、第２図は、本発明により構成され
た一次元アレイの実施例として、アレイ中での内部反射
を利用し、プレイ開口にわたって予め定められた振幅勾
配を実現した実施例を示す図、第３図及び第４図は本発
明を理解するために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、第５図は可逆的に
二つの分離した給電点に導く二つの分離した組の給電構
造をもつ本発明による複数個の一次元アレイをもつ例と
しての二次元プレイ実施例を示す図であって、各々が異
なる全体としてのアンテナアレイ分極を与え、それによ
り双分極二次元アンテナプレイが得られることを示すア
ンテナアレイ図である。 １０・・・・・・放射用スロット開口、１４，１２・・
・・・・共通給電点、１８・・・・・・共通入力点、２
０・・・・・・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られた通路
    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ロット開口を画定し
    、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） ＩＪツブ伝送線路装
    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
    点に可逆的に伝導スる放射用スロット開口のアンテナア
    レイにおいて、前記共通給電点が前記ストリップ伝送線
    路装置に沿った前記複数個の放射器表面内に置かれ、前
    記アレイが前記直列接続アレイに沿って高周波エネルギ
    の反射を生ずるように終端され、それによりアレイ構造
    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。 ２ 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られた通路
    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ロット開口を画定し
    、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、ストリップ伝送線路装置が
    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
    可逆的に伝導スる放射用スロット開口のアンテナアレイ
    において、前記各放射器面２６はほぼ矩形状であり二次
    元アレイにおいて半波長だけ均等に相互に隔置され、半
    波長の前記ストリップ伝送線路装置が２つの相互に直交
    する方向４０，４０’に沿って前記各放射器をその最も
    近接する放射器に相互接続させ前記各放射器は前記２つ
    の方向のいずれかに関して前記アレイの選択的動作を可
    能と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。
JP56177008A 1976-05-04 1981-11-04 放射スロツト開口のアンテナアレイ Expired JPS5942485B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/683,203 US4180817A (en) 1976-05-04 1976-05-04 Serially connected microstrip antenna array
US683203 1976-05-04

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS57154908A JPS57154908A (en) 1982-09-24
JPS5942485B2 true JPS5942485B2 (ja) 1984-10-15

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JP56177008A Expired JPS5942485B2 (ja) 1976-05-04 1981-11-04 放射スロツト開口のアンテナアレイ

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP52030257A Expired JPS581846B2 (ja) 1976-05-04 1977-03-18 放射スロツト開口のアンテナアレイ

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US (1) US4180817A (ja)
JP (2) JPS581846B2 (ja)
CA (1) CA1080351A (ja)
DE (1) DE2712608C2 (ja)
FR (1) FR2350707A1 (ja)
GB (1) GB1532731A (ja)

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