JPS60803B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、アンテナ装置に関し、更に詳細には、ＩＦＦ
方式に使用される厚さが薄く効率の高いアンテナ装置に
関する。

味方機からのレーダ反射信号と禾確認機又は敵機からの
レーダ反射信号とを識別するために敵味方識別装置（び
Ｆ）と呼ばれる装置が設けられる。

その装置は、種々の装備によって、レーダ補助装置から
目標の航空機に向けて質問信号（呼掛け信号）を送信し
、もしその航空機が味方機ならば、それに搭載されてい
る応答機（トランスポンダ）から送出される適切にコー
ド化された応答を受信する。味方機が搭載しなければな
らないＩＦＦ装置をできるだけ小さくし、またレーダに
必要な補助装置を簡単にするため、ＩＦＦ方式のために
１つの周波数帯が確保されてあった。そのような標準化
は任意の周波数のレーダーと共に作動するようにＩＦＦ
装置を設計することを可能とするが、慣用のＩＦＦ装置
では解決できない技術的な問題がある。いまいま生じる
１つの特別な問題は、質問されたことを意味しない応答
が味方機から受信され得ることである。

そのような応答は、適切な手段がとられない場合に、味
方機がレーダのＩＦＦィンタロゲータ（質問機）のサイ
ドロープ中に位置するとき起り得る。ＩＦＦィンタロゲ
ータのサイドローブ中に位置する味方緩からの応答を抑
える１つの方法は、このような応答を生じさせない呼掛
けコードを送信することである。例えば、味方機のトラ
ンスポンダによって受信される呼掛けコードの一部と他
の一部との間に著しいパワーレベル差があるときは、ト
ランスポンダが応答することを禁止する。そして、もし
無指向性アンテナから送信される呼掛コードの第１部分
を指向性アンテナの第１サイドローブの対応する第１部
分と等しいパワーレベルにし、呼掛コードの残りの部分
を指向性アンテナから送信すれば、簡単な信号処理回路
を航空機のトランスポンダに組込むことによって、航空
機が指向性アンテナの主ローブ内に位置するか、あるい
は第１サイドローブ内に位置するかを決定することがで
きる。もし航空機が主ローブ内にあればトランスポンダ
を作動させ、サイドローブ内にある場合には作動を禁止
する。とり得る別の手段は、呼掛けコードの第１部分を
和チャンネルを介して、第２部分を差チャンネルを介し
て、指向性アンテナから送信することである。

この場合も、航空機のトランスポンダに簡単な信号処理
回路を設けることによって、航空機が指向性アンテナの
主ローブ内にあるか、あるいはサイドローブ内にあるか
を決定することができる。しかし、従来の無指向性アン
テナは大型でそのアンテナを取り付けるために大きな空
間を必要とし「そのような空間を利用できないことがあ
る。

また「差パターンを送信する指向性アンテナの効率は充
分良好なものではなかった。従っても本発明の目的は、
ＩＦＦ方式において使用可能な効率がよく厚さの薄いア
ンテナ装置を提供することである。

前述した目的や後で明らかになるその他の目的はアンテ
ナ・アセンブリのアレイを提供することによってこ）で
は達成され、そして各アンテナ・アセンブリはストリッ
プラインのフイードによつて給電される空どう体と組み
合わせて一対の議電的に装荷されたスロットを設けて高
さを低くしている。

各アンテナ・アセンブリの素子は、コｍド化された呼掛
け信号の周波数と航空機のトランスポンダの周波数との
両方においてインピーダンス整合が行なわれるように構
成して効率を改善している。呼掛けコードの第１部分が
和チャンネルで送信されかつそのようなコードの第２部
分が差チャンネルで送信されるように、アンテナ素子の
直線アレイへの給電は動作中制御される。航空機のトラ
ンスポンダ中の信号処理回路は、コード化された返答が
呼掛け信号に対してなされるべきかどうかを決定する。
この発明をもっと完全に理解するには、添付図面に例示
したようなこの発明の望ましい実施例についての以下の
説明を参照されたい。

第１図から理解できるように、この発明に係るＩＦＦの
望ましい一実施例を移動レーダ（無符号）と共に使用し
て、航空機１０を味方機と識別する。

従って、レーダの位相制御（ｐｈａｓｅｄ）アレイ１１
とＩＦＦアンテナ組立体（アンテナ・アセンブリ）（符
号１３で表わされかつ後述する）の直線アレイとは、共
通の取付台マウント１５へ慣用の仕方で固着される。マ
ウント（こ）ではその動作位置を実線で示す）は支持体
１７に袋架され、支持体は車１９にのせられる。レーダ
の送信機と受信機（そのどちらも図示しない）は慣用の
仕方で支持体１７の内部に装架される。適当な接続部（
図示しない）を設けて、位相制御・アレイ１１によりレ
ーダ信号の送信、受信および処理を行なわせる。ＩＦＦ
アンテナ組立体１３の一例は後で詳しく説明する。こ）
では次のことを云うだけでも充分である。すなわち、そ
のようなアンテナ組立体１３の直線アレイは、慣用の図
示しないフィード組（ｃｏｒｐｏｒａｔｅｆｅｅｄ）に
より、直線アレイから支持体１７中のｍＦ送信機および
ＩＦＦ受信機（そのどちらも図示しない）へのビームを
指向させかつ制御するように接続される。ＩＦＦ送信機
は慣用の仕方で、また制御されて、必要な時にコード化
された呼掛け信号を送信する。このような呼掛け信号は
、その第１部分がモノパルス・フィード組の和チャンネ
ルに通されるが、その第２部分がモノパルス・フィード
組の差チャンネルに通される。従って、明らかなことは
、コード化された呼掛け信号の二つの部分の振幅の比が
、モノパルス・フィード組の和チャンネルの作動時、伝
播されるビームの中心線に対するそのような点の位置に
依存すると考えられる。換言すれば、空間中の所定の点
でのコード化された呼掛け信号の第１部分の振幅がこの
呼掛け信号の第２部分の振幅よりも大きい時にはいつで
も、所定の点はモノパルス・フィード組の和チャンネル
が作動するときに放射されるビームの主〇ーブ内に在る
。逆に、そのような第１部分の振幅が第２部分の振幅よ
りも小さい時には、所定の点はそのような主ローブの外
側に在る。航空機１０に搭載されるＩＦＦは慣用のもの
であって、こ）ではアンテナ１０ａとトランスポンダ１
ｏｔから成る。

トランスポンダは、受信機および送信機に加えて「 コ
ード化された呼掛け信号の第１部分と第２部分の振幅を
検知するための論理回路を含み、かつそのような振幅の
比に応じてトランスポンダ１０ｔ中の送信機を作動させ
たり停止させたりする。支持体１７が第１図に破線で示
すような移動位置にある時には、位相制御・アレイ１１
とＩＦＦアンテナ組立体１３の高さｈ肌（クリアランス
）はできるだけ小さくなければならない。

このような目的を達成するために、ＩＦＦアンテナ組立
体１３の厚さ（マウント１５に対して直角に測った）は
最４・でなければならない。ＩＦＦアンテナ組立体１３
がＬバンドで作動されるので、このようなＩＦＦアンテ
ナ組立体を慣用通りに設計すると許容範囲を超えてしま
う。従って、ＩＦＦアンテナ組立体１３を設計する際に
は慣用の設計とは違えなければならず「それを今から説
明する。第ＩＡ図から理解できるように、各ＩＦＦアン
テナ組立体１３は金属製のカバー板２３に形成された一
対の放射スロット２１ａ，２１ｂを有する。

このような放射ス。ットの各々は空どう体２５と動作関
係にある。空どう体２５は各放射スロット２１ａ，２１
ｂを第２図のフィードスタブ３８ａ，３８ｂへ結合する
。このような各フィード・スタブはストリップラインを
通じて慣用の移相器組立体へ接続される。個々の移相器
用の制御信号はケーブル２９を通じて伝送され、そして
モノパルス・フィード組の和部分および美都分への高周
波信号は同軸ケーブル（図示しない）を通じて伝送され
る。ＩＦＦアンテナ組立体が第１図に示したように配置
されかつモノパルス・フィード組の和部分が付勢される
時、単一の制御可能な対称ビームが発生されることは明
らかである。このような中心零点は、和部分を付勢する
ことによって発生された単一のビームの中心線と一致す
る。更に「発生されたビームの各々は鉛直方向に広い。
第２図から理解できるように、高周波ェネルギは、慣用
の同軸ケーブルとストリップラインをつなぐコネクタ３
２を通してストリップライン・ハイブリッド・カプラ３
４の入力部３４ｉへ供給される。ストリップライン・ハ
イブリッド。カプラ３４の出力部３４ｏは整合負荷３６
へ接続される。ストリップライン・ハイブリッド・カプ
ラ３４のアーム３４ａ，３４ｂは、図示のように、慣用
のストリップラインとストリップラインの１「４波長イ
ンピーダンス・トランス（ストリップライン・フイード
‘スタブ３８ａ，３８ｂ）を介して接続される。放射ス
ロットのための給電線としても役立つフイード・スタブ
３８ａ，３８ｂはストリップライン整合スタブ４０ａ，
４０ｂに終る。当業者には明らかなように、上述したス
トリップライン要素は譲亀体シート４２１上に印刷回路
として形成され、かっこの上に別な誘導体シート４２ｕ
を置くことによってストリップライン部は完成される。
銅の薄い層のような導電怪力バー４３は誘電体シート４
２１，４２ｕの露出面に被看されてストリップライン部
を形成する。放射スロット２１ａ，２１ｂに対応する矩
形の開０４４ａ，４４ｂは導電性カバーに形成される。
４６ａ； ４６ｂのような複数の穴は図示のようにスト
リップライン部に形成される。

ストリップライン部の頂部と底部で導電性カバー４３に
後続するために、このような穴のそれぞれには導電性の
材料でメッキが施される。このようにメッキされた穴は
短絡柱として働く。送受信すべき高周波ェネルギの波長
が比較的短い時には、メッキされた穴４６ａ，４６ｂは
固体導電性壁らしく見える。その結果として、ストリッ
プラインのフイード・スタブ３８ａ，３８ｂおよび整合
スタプ４０ａ，４０ｂは矩形の開□４４ａ，４４ｂが形
成された空どう体中にあるように見える。説明中のアン
テナ装置を完成するために、トリマ４８ａ，４８ｂは整
合スタブ４０ａ，４０ｂのストリップライン間の空どう
体中に配設される。各トリマ４８ａ，４８ｂは誘電体材
料で作ったプラグ４８ｐから構成され、このプラグの中
にはその中心を外して導軍性ワイヤ４８ｗが埋め込まれ
る。このワイヤ４８ｗは、プラグ４８ｐを回転させたと
き空どう内での位置が変わり、空どうの共振周波数を調
整することができる。プラグ４８ｐには、ネジ切りキャ
ップ４８ｃと合うようにネジがきってある。キャップ４
８ｃは導電怪力バー４３に取り付けられる。整合スタブ
４０ａ，４０ｂおよびトリマ４８ａ，４８ｂが無い場合
には、前述のストリップライン回路および放射スロット
は、Ｌバンド中の唯一の所定周波数でよく作用するよう
に設計されかつ製作され得ることが理解されよう。

しかしながら、こ）での場合のように、もし二つの異な
る周波数ｆ，、らで作動させる必要があるならば、その
ような周波数のどちらか一方もしくは両方でインピーダ
ンス不整合が起る。どんなインピーダンス不整合も、も
ちろん、『Ｆアンテナ組立体１３の効率を下げるので、
最少にすべきである。アンテナ装置のインピーダンスを
整合するために調節すべき仕方は、第３図に示した当価
回路を参照することにより、一番よく理解できる。

放射スロット２１ａと第３図に示す残りの素子の組み合
わせとの理想的なインピーダンス整合（任意の動作周波
数における）を行なうには、放射スロットのインピーダ
ンスを、残りの素子の組み合わせの実効インピーダンス
の共雛複素数にする必要がある。点Ａ−Ａから両方向に
見たインピーダンスは次の式で表わされなければならな
い。式‘１’ Ｒｓ±〆ｓ＝Ｒｃ±松Ｃ たゞし、 Ｒｓ＝放射スロット２１ａの抵抗、 Ｘｓ＝放射スロット２１ａのリアクタンス、Ｒｃ＝第３
図に示した残りの素子の組み合わせの実効抵抗、Ｘｃ＝
第３図の残りの素子の組み合わせの実効リアクタンスで
ある。

式｛１１中のどのパラメータを計算する際にも、その都
合を考えて、抵抗の代りにコンダクタンスを、そしてリ
アクタンスの代りにサセプタンスを使用することが望ま
しいので、インピーダンス整合よりもむしろアドミタン
ス整合が行なわれ得る。

もし放射スロット２１ａ、空どう体（無符号）および整
合スタブ４０ａの共振周波数（以後時には周波数ｆｏと
云われる）が同じであり、かつ動作周波数ｆｅが周波数
ｆｏよりも低ければへ その時には、（ａ｝ 放射スロ
ット２ｉａのリアクタンスが誘導性に、そして【ｂー
第３図に示した残りの素子の組み合わせの実効リアクタ
ンスが誘導性か容量性になり得る。

他方、もし動作周波数ｆｈが周波数らよりも高ければ、
（ａ｝ 放射スロット２１ａのリアクタンスが容量性に
、そして‘ｂ｝ 残りの素子の組み合わせの実効リアク
タンスが譲導性か容量性になり得る。

第３図の残りの素子の組み合わせの実効リアクタンスが
動作周波数ｆｅまたはｆｈにおいて譲導性か容量性かは
、ストリップラインのフィード・スタブ３８ａと空どう
体の結合によって変更されるような、ストリップライン
の整合スタブ４０ａと空どう体の相対的な大きさおよび
特定の性質（誘導性か容量性）に依存する。

二つの動作周波数ｆｅおよびｆｈでの整合の問題の解決
策は整合スタプ４０ａと空どう体の譲導性成分および容
量性成分の振り分けを包含するので、動作周波数ｆｅで
は両者の実効リアクタンスが容量性でありかつ放射スロ
ット２１ａのリアクタンスに等しい大きさであるが、動
作周波数ｆｈでは両者の実効リアクタンスが誘導性であ
りかつ放射スロット２１ａのリアクタンスと等しい大き
さであることが理解できる。今述べたことを行なうため
に、フィード・スタブ３８ａと空どう体の結合はこ）で
はインピーダンス・トランス（無符号）として表わされ
る。そのようなインピーダンス・トランスのターン比は
、空どう体がＴＥ２．，モードだけを、そしてストリッ
プラインがＴＥＭモードだけをとるように振り分けられ
ることのために、２：１である。インピーダンス・トラ
ンスのインピーダンス比は従って４：１である。すなわ
ち、整合スタブ４０ａの実効リアクタンスはその実際の
リアクタンスの４倍である（空どう体から整合スタブを
見て）。インピーダンスのリアクタンス部分が平衡され
ると、最大電力変換を保ち、放射スロット２１ａの抵抗
と点Ａ−Ａから左に見た残りの素子の抵抗とを等しくす
る。

この残りの素子の抵抗は、図示のとおり「ストリップラ
インの特性インピーダンスと整合スタプの抵抗との和で
ある。整合スタブのこの抵抗はその長さもこ依存する。
第２図に示すように、このような整合スタブの長さ（こ
のような長さは周波数ｆｏでの１′４波長の奇数整数倍
）は、動作周波数ｆｅおよびｆｈでのＩＪアクタンスを
呈するには実験の結果１針音が最適であることがわかつ
た。放射スロット２１ａのコンダクタンスおよびサセプ
タンスは、充填材の誘電率および金属製カバー板２３の
長さに依存する。このような充填材（こ）では約９．３
の誘電率を有するアルミナ）の誘電率は放射スロットの
コンダクタンスを増加し、従って動作周波数ｆｅおよび
ｆｈでのインピーダンス整合がより小さいリアクタンス
で達成されることができ、これにより広帯域設計を提供
することが分っている。スロット・カバーによって導入
されたサセプタンスは空どう体のりアクタンスを調節す
ることで補償できる。放射スロット２１ａと第３図に示
した残りの素子の組み合わせとの任意の動作周波数にお
ける理想的なインピーダンス整合を行なうには、両方の
動作周波数ｆ，、ｆ２において発電機（無符号）のイン
ピーダンスが抵抗分であり、換言すればリアクタンス分
を殆んどもしく全然有さないことが必要である。

第３図の発電機のインピーダンスは、フイード・スタブ
３８ａ（こ）ではトランスとして働く）の端において第
３図に示した素子の組み合わせを見た場合のインピーダ
ンスである。し‘まらくの間、動作周波数ｆ，とｆ２の
真中にある周波数ｆｏ（図示しない）での整合スタブ４
０ａの影響を無視すれば、第３図の素子の組み合わせの
、今説明中のインピーダンスは大きなリアクタンス分を
有する。整合プロセスの第１ステップは、この組み合わ
せを、周波数らで共振させることである。このような目
的は、空どう体の長さを調節することにより（放射スＱ
ットに対する空どう体壁の位置を変えることにより）、
或はこのような放射スロットを誘電的に装架することに
より、達成できる。それから、整合スタブ４０ａを使用
して動作周波数ｆ，およびｆ２でのＩＪアクタンス分の
同調を外す。整合スタブの最適長さは周波数ｆｏにおい
て１′を皮長の１９倍と決定され、そして特性インピー
ダンスは約９４オームであった。整合スタブ４０ａの最
適設計を決定するために考えなければならないことは、
そのような整合スタブのリアクタンスが」両方の動作周
波数ｆ，およびｆ２において組み合わされたスロットと
空どう体のインピーダンスによって呈されるリアクタン
スを同調外れにするのに充分でなければならないことで
ある。一般に、整合スタブ４０ａのリアクタンスは下記
の通りである。Ｘｓ＝乙Ｃｏｔ８ １ たゞし、Ｚｏはこのような整合スタブの特性インピーダ
ンスであり、８；２ｍ／＾であり、＾はストリップライ
ン中の波長であり、１はこのような整合スタブの長さで
ある。

ストリップラインの構造と所定の地導体間隔とは、整合
スタブ４０ａの様性インピーダンスに上限を議す。もし
そのような整合スタブのインピーダンスがあまりにも高
ければ、幅は狭すぎてストリップラインには実施不能で
ありかつ損失は過大である。整合スタブ４０ａの特性イ
ンピーダンスを選択した後、要求されたりアクタンス分
を生じる長さは、動作周波数ｆ，で約１００オームの容
量性リアクタンスがそして動作周波数ｆ２で約１００オ
ームの誘導体リアクタンスが呈されるように決められる
。この発明をその望ましい一実施例について説明したが
、この発明の概念から離れることなく種々の変更を行な
えることは当業者には明らかである。

例えば、組立体の厚さをかなり増す必要無しにもし動作
周波数も、ｆ２を変えるべきならば、種々の素子の物理
的な大きさおよび電気的な特性は変えられることができ
る。従って、この発明は、開示した実施例だけに制限さ
れるべきでなく、特許請求の範囲の精神および範囲に制
限されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図はＩＦＦ方式におけるこの発明のアンテナ組立体
のアレイの一般的な関係を示す斜視図「第ＩＡ図は第１
図に示したアンテナ組立体の拡大斜視図、第２図は第Ｉ
Ａ図に示したアンテナ組立体の一部の拡大斜視図、第３
図は第２図に示したアンテナ組立体の等価回路図である
。 １３はアンテナ組立体、２１ａと２１ｂは放射スロット
、２５は空どう体、２９はケーブル、３８ａはストリッ
プラインのフイード・スタブ、４０ａはストリップライ
ンの整合スタブ、４２１は誘導体シート、４８はプラグ
である。 打ンＧ− Ｚ Ｆ／Ｇ．２ ＦノＧ．３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１周波数ｆ＿１で高周波エネルギを送信し、第２
   周波数ｆ＿２で高周波エネルギを受信するアンテナ装置
   であって、（イ） 対向する地導体の間に配置される中
   心導体を有するストリツプラインと、（ロ） 前記地導
   体の延長部を壁として形成される空どう体と、（ハ）
   前記空どう体の壁に形成される放射スロツトと、（ニ）
   前記ストリツプラインを前記空どう体に結合する結合
   装置であって、前記ストリツプラインの中心導体の延長
   部として形成され、前記空どう体内に前記放射スロツト
   と直交するように配置されるフイード・スタブと、前記
   フイード・スタブの延長部として前記空どう体内に配置
   され、第１周波数ｆ＿１と第２周波数ｆ＿２の平均値に
   おける１／４波長のＮ倍（Ｎは３以上の奇数の整数）に
   等しい長さの整合部と、を有する結合装置と、から構成
   され、前記放射スロツトと空どう体を第１周波数ｆ＿１
   と第２周波数ｆ＿２の平均値で共振させる、アンテナ装
   置。 ２ 前記放射スロツトに１．０を超える誘電率の誘電材
   料が充填される特許請求の範囲第１項記載のアンテナ装
   置。