JPS62210705A - マイクロストリツプアンテナおよび反射残留電力を減少する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はマイクロストリップアンテナに関するものであ
り、更に詳しくいえばマイクロストリップアンテナのア
レイ中の残留電力を減少させるバルク負荷に関するもの
である。

（従来の技術およびその問題点） 互いに間に挟まれた２組の平行なマイクロストリップ平
面アレイを利用するマイクロストリップアンテナが、本
願出願人に譲渡された未決の米国特許第６５４，４９１
号および第６５０，６３１号明細書に開示されている。

マイクロストリップアンテナのアレイ中の残留電力を減
少するための最も関連する先行技術は、各アレイの端部
に接合された個々の負荷を利用する。それらの各負荷は
対応するアレイ中の残留電力を吸収せねばならず、各負
荷は対応するアレイの端部に物理的に接合せねばならな
い。典型的なマイクロストリップアンテナは複数のアレ
イを有するから、整合負荷をアレイに個々に接合するこ
とはそれを実施できなくなるほど多額の費用がかかり、
かつ長い時間を要する。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、各アレイの端部に接続される連続帯状の吸収
材料を含むマイクロストリップ構造を提供するものであ
る。したがって、各アレイにはんだづけされる個々の負
荷を用いる代りに、マイクロストリップアンテナ全体の
ための連続帯状の吸収材料を有する負荷が用いられる。

したがって、アレイを個々に終端すべきものとすると費
用が許容できないほど高くつくことにがんがみて、本発
明は全てのアレイ中の残留電力を無くすためにただ１つ
の低価格の連続帯状吸収材料を用いてマイクロストリッ
プアンテナ全体を低価格にするという利点を提供するも
のである。本発明の第２の利点は、各アレイを対応する
負荷へ個々に接合する必要がなくなるから、作業量を大
幅に減少゛できることである。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図に示されている従来のマイクロストリップアンテ
ナにおいては、参照符号２で示されているようなバッチ
放射器の複数のアレイに１つの給電手段１が取付けられ
る。バッチというのは、前記米国特許出願明細書に開示
されているように、バッチの縁部から電力を放射する半
波長共振器である。ビーム幅を制御するために、ビーム
の形と、サイドローブのレベルと、各バッチにより放射
される電力とを設定せねばならない。放射される電力は
バッチのコンダクタンスに比例する。そのコンダクタン
スは波長と、線のインピーダンスと、バッチの幅とに関
係する。それらのバッチは位相リンク３により接続され
る。それらの位相リンクはアレイの軸線に対するビーム
角度を決定する。

バッチと位相リンクにより形成されたアレイは、給電線
１から取出されてアレイに供給される電力の量を調節す
る２段トランス４を介して給電線に接続される。給電線
１は等しい長さの一連の位相リンク５により構成される
。それらの位相リンクはアレイに垂直な平面内のビーム
角度を制御する。

給電線は進行波構造でもある。与えられた任意の点にお
いて利用できる電力は全入力電力から先行する全てのア
レイにより取出された電力を差し引いたものに等しい。

それらの構造は広帯域であって、伝送媒体および放射器
の帯域幅のみにより帯域が制限される。この場合には、
パッチ放射器のＱが高いために帯域幅は動作周波数の数
％に制限される。

前記米国特許出願第６５４，４９１号明細書に開示され
ている発明は、第１図を参照して説明した種類の２つの
独立したアンテナとして理論的に動作する。しかし、そ
の発明は、同じ平面内で重畳されたアパーチャを形成す
ることにより、アンテナの占有スペースをできるだけ小
さくするように２個のアンテナを互いに間に挟まり合わ
せることにより実現される。

それら２個のアンテナがｍ２Ａ図と第２Ｂ図に線図的に
描かれている。たとえば、アパーチャＡは、１つの後方
ファイヤ給電線１０に接続されている２４個の前方ファ
イヤアレイで構成できる。

第２Ｂ図に示されているアパーチャＢは１つの後方ファ
イヤ給電線１８で同様に構成される。しかし、アパーチ
ャＢにはアパーチャＡの前方ファイヤアレイの代りに後
方ファイヤアレイが設けられる。前方ファイヤ／後方フ
ァイヤ構造に入る進行波が前方／後方にビームを発生す
る。４本のビームと、それらのビームに関連する給電点
が示されている。互いに間に挟まっているアンテナ構造
を駆動すると、種々の給電点が順次駆動される。

前記未決の米国特許出願明細書に開示されている互いに
間に挟まれたアンテナ構造の部分図が第３図に示されて
いる。放射素子が大きいリンクにより相互に接続される
アレイがアパーチャＡに対応する。それらは偶数番号の
アレイとして位置を占めていることがわかるであろう。

それとは逆に、小さいリンクにより相互に接続されてい
る放射素子はアパーチャＢに対応し、奇数番号のアレイ
の位置を占めることがわかる。したがって、アパーチャ
ＡとＢのアレイは互いに間に挾まれた、一定の交替する
順序で交番する。２つの別々のアパーチャを良く分離す
るために、隣接するアレイの間の距離ｒｄＪをできるだ
け大きくすることが望ましい。しかし、そうするとパッ
チの幅が制限されてビーム形成の制御が困難になる。し
たがって、ガンマ映像とサイドローブおよび水面上誤差
とに関する性能を満足できるようにするためには、選択
されたパッチ幅の値が妥協される。

次に第４図を参照する。参照番号６は前記未決の米国特
許出願に開示されている、互いに間に挟まり合っている
アンテナをエツチングするための印刷回路を示す。第２
図を参照して説明したように、アパーチャＡとＢの交番
するアレイが共平面関係で存在する。後方ファイヤ給電
線１０が、アパーチャＡに対応する偶数番号の位置に位
置させられている各アレイに接続され、後方ファイヤ給
電線１８がアパーチャＢに対応する奇数番号の位置に位
置させられている各アレイに接続される。

したがって、たとえば接続点８が後方ファイヤ給電線１
０と図示されている第２のアレイの間に２段トランス１
９．１９ａを介して存在する。第２Ａ図を参照して先に
述べたように、給電点２８が第１のビームに対応し、給
電点２９がその図の第２のビームに対応する。最も右側
のアレイが第２Ａ図のアパーチャに対応し、このアレイ
は接続点９において後方ファイヤ給電線１０に接続され
ているように見える。後方ファイヤ給電線１０の右端部
における給電点２９は、第２Ａ図を参照して述べたよう
に、第２のビームのための給電点に対応する。同様に、
給電点２４が第２Ｂ図を参照して述べたように、第４の
ビームのための給電点に対応し、給電点３０がその図の
第３のビームに対応する。前記未決の米国特許出願第 ６５４．４９１号明細書に開示されているように、アパ
ーチャＡのための給電線は空間関係でアパーチャＡのア
レイから分離される。

前記マイクロストリップアンテナを航空機、たとえば第
５図に示されているヘリコプタ−１において用いること
により、ドツプラーレーダ装置のための４本のビームが
放射される。図示のように、各ビームに、ビームとＸ軸
の間の角度を示すγ角度と、ビームとｙ軸の間の角度を
示すσ角度と、ビームと２軸の間の角度を示すφ角度と
の３つの角度が組合わされる。前記したように、任意の
時刻には４本のビームのうちのただ１本のビームが放射
される。

ヘリコプタ−が水平飛行している時は、主ビーム、すな
わち、その時に放射されているビーム、たとえばビーム
４１、が左前方位置に見られる。

この主ビームから、左後方位置に見らられるγイメージ
と、右前方位置に見られるσイメージとの２つのイメー
ジが発生される。主ビームと、それに関連する２つのイ
メージは同じφ角度にある。

ピッチおよびロールのある条件の下においては、それら
のイメージの１つが下を非常にまっすぐに指すことがで
き、したがってそれに関連するφ角度は小さい。２軸か
ら傾いている主ビームは大きいφ角度を有する。平水面
または平地の上を飛行している時は、φ角度が小さいビ
ームが、φ角度が大きいビームよりも強められる。そう
すると装置がイメージビームに誤って固定され、その結
果として航行誤差が生ずる。イメージのレベルを主ビー
ムのレベルより少なくとも１６．５ｄＢ低く保つことに
より、誤って固定されることはほとんどの場合に阻止さ
れる。

γイメージは、第６図における各アレイ５１ａの端部に
おける残留電力の反射によりひき起される。詳しくいえ
ば、先に述べたように、マイクロストリップアンテナの
アレイには給電線により給電される。その給電線はある
量の電力を各アレイに供給する。アレイ中の半波共振器
により電力が取出されるから、アレイの初めからの電力
の量は同じアレイの終りからの電力量とは異なる。たと
えば、第６図のマイクロストリップアンテナはほぼＯｄ
Ｂの電力が給電点４６から給電線４５へ供給されている
ことを示す。まがりくねりた線４５がその電力を各アレ
イ４７へ制御しつつ分配する。

まがりくねった線４５においては、後続するアレイによ
り電力が取出されるから、点４５における電力は点４９
における電力より少ない。電力がアレイ中に入ると、主
ビームを形成するために、その電力は共振器により空間
中へ放射される。アレイ４７ａに集中すると、点５０と
５１の間に約１２ｄＢの電力損失が存在する。この電力
の全部が反射されたとすると、主ビームより約１２ｄＢ
低いγイメージが生ずる。

第６図において、アレイ４７ａがループ５４ａにより１
つおきのアレイ４７ｂに接続される。アレイのこのルー
プ終端は点５１ａの残留電力のほとんどを１つおきのア
レイ、すなわち、４７ｂへ向ける。ある反射が生じてほ
ぼ１５ｄＢのγイメージを生ずる。１つおきのアレイへ
向けられる電力はσイメージに寄与する。その理由は、
主として、電力が給電点４６に入力された時に点４８ａ
における反射のためである。その結果生じたσイメージ
のレベルは１４ｄＢである。

γイメージとφイメージの電力を許容レベルまで減少さ
せる１つの方法は、各アレイに個々の負荷を加えること
である。各アレイが終端開放されている第４図に示され
ているマイクロストリップアンテナの例では、第７図に
示されている抵抗器５２のような対応する個々の負荷を
各アレイの端部に接続することにより、電力がアレイを
通じて反射されることを阻止する。しかし、マイクロス
トリップアンテナには複数のアレイがあるから、対応す
る数の整合された負荷を必要とする。更に、マイクロス
トリップアンテナを低価格にするという面からみた時は
、各アレイに整合負荷を接続するには、その接続゛を断
念しなければならないほど多額の費用がかかる。したが
って、マイクロストリップアンテナを簡単かつ低価格に
することを求められる場合には、そのようなやり方は面
倒で、費用がかかる。

各アレイに個々に負荷を設ける代りに、各アレイ５１ａ
の端部に存在する過大な電力を吸収する連続帯状の吸収
材料５３、すなわち、バルク負荷を付加することを本発
明は提案するものである。

次に第８Ａ図と第８Ｂ図を参照する。本発明は各アレイ
の端部においてマイクロストリップアンテナの部分を同
時に重畳するために、連続帯状の吸収材料５３を用いて
ループ５４を全部接触および覆うものである。連続帯状
の吸収材料５３を各アレイの端部に設けることにより、
イメージの電力レベルが約２０．５ｄＢに減少すること
が判明し、それにより安全に４ｄＢの余裕が与えられた
。

本発明のマイクロストリップアンテナのバルク負荷は次
のようにして負荷される。第８Ｂ図を参照して、深さが
５６ａのスロット５６がテフロン（登録商標）−ガラス
繊維製のレードームに設けられ、帯状の吸収材料５３が
そのスロットの中に置かれる。この吸収材料はエマーソ
ン・カミングス・カンパニー（Ｅｍｅｒｓｏｎ　ａｎｄ
　Ｃｕｉｉｎｇｓ　Ｃｏｍｐａｎｙ）により製造されて
いる。説明のためだけであるが、の吸収材料はシリコン
ゴムをベースとする吸収材で構成できる。この吸収材を
アルミニウムテープで裏打ちした時の公称共振周波数は
１４　ＧＨｚである。それからレードームを銅／基材表
面へ薄い接合膜により境界面５５　ａ　／　５５　ｂに
接合する。深さ５６ａより少し厚く切られている吸収材
が、レード−を接合する時にループ５４に接触させられ
る。この接触を行なわせるために、境界面５５ｃにおい
ては接合膜は除去されている。アレイ５１ａにおける残
留電力の、全部ではないが、はとんどが吸収材料５３に
より吸収されるように、アンテナのループの全てが吸収
材料５３により覆われる。このようにして、本発明は費
用または労働力を大幅に増加することなしに、マイクロ
ストリップアンテナの全てのアレイに対する負荷を構成
した。また、このような負荷を設けなければ１つおきの
アレイセットを進行し、σイメージを強める電力が許容
レベルまで減少される。バルク負荷を設けた後で行なっ
た試験により、イメージの電力が１５ｄＢから２０．５
ｄＢに減少したことが判明した。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のアンテナ構造の一部を示す略図、第２Ａ
図は互いに間に挾まり合ったアンテナ構造の第１のアパ
ーチャの簡略化した線図、第２８図は互いに間に挟まり
合９たアンテナ構造の第１のアパーチャの簡略化した線
図、第３図は互いに挾まり合ったアンテナ構造の一部の
略図、第４図は互いに間に挟まり合ったアンテナ構造の
「フィードスルー」接続部を示す略図、第５図は放射さ
れた４本のビームと、アレイ中の残留電力がビームの１
本に及ぼす作用を示す線図、第６図はループ端部を有す
る全放射面を示し、第７図は各アレイに個々に負荷する
方法、および１つの特定の整合負荷を示す図、第８Ａ図
は本発明の放射面を示し、第８Ｂ図は第８Ａ図に示され
ているレードームおよびバルク負荷の一部の拡大部分断
面図、第８Ｃ図はバルク負荷によりループ端部において
納められたアパーチャの一部の平面図である。 １．１８．４５・・・給電線、２・・・パッチ放射器、
３、−５・・・位相リンク、４，１９，１９ａ・・・ト
ランス、１０．１８・・・後方ファイヤ給電線、４７．
５１ａ・・・アレイ、５２・・・負荷、５３・・・吸収
材料、５４・・・ループ。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 ｂσ／

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、イメージビームを許容できるレベルまで減少するた
   めに第１のアンテナアパーチャと第２のアンテナアパー
   チャを含むマイクロストリップアンテナにおいて、 隔てられた共平面関係で配置され、第１のアンテナアパ
   ーチャに対応する複数の平行な第１のアレイと、 第１のアレイと互いに間に挟まれた共平面関係で位置さ
   せられ、第２のアンテナアパーチャに対応する、対応す
   る複数の平行な第２のアレイであって、各第２のアレイ
   の第１の端部が隣りの第１のアレイの第１の端部に接続
   される複数の平行な第２のアレイと、 第１のアレイへ電力を供給するために第１のアレイのそ
   れぞれ第２の端部へ接続される第１の給電手段と、 第２のアレイへ電力を供給するために第２のアレイのそ
   れぞれの第２の端部へ接続される第２の給電手段と、 第１のアレイと第２のアレイの接続されている第１の端
   部に密接して置かれることによりアレイ中の反射された
   残留電力を大幅に減少させる吸収器手段と、 を備えることを特徴とするマイクロストリップアンテナ
   。 ２、特許請求の範囲第１項記載のアンテナ構造であって
   、各アレイは複数の結合された放射素子を備えることを
   特徴とするアンテナ構造。 ３、特許請求の範囲第１項記載のアンテナ構造であって
   、第１の給電手段は第１のアレイに対して共平面で横切
   る関係で位置させられるまっすぐな印刷回路給電線と、
   各第１のアレイをそれに接続する手段とを備えるごとを
   特徴とするアンテナ構造。 ４、特許請求の範囲第１項記載のアンテナ構造であって
   、第１の給電手段は第１のアレイに対して共平面で横切
   る関係で位置させられるまがりくねった印刷回路給電線
   と、各第１のアレイをそれに接続する手段とを備えるこ
   とを特徴とするアンテナ構造。 ５、特許請求の範囲第１項記載のアンテナ構造であって
   、第２の給電手段は第２のアレイに対して共平面で横切
   る関係で位置させられるまっすぐな印刷回路給電線と、
   各第２のアレイをそれに接線する手段とを備えることを
   特徴とするアンテナ構造。 ６、特許請求の範囲第１項記載のアンテナ構造であって
   、第２の給電手段は第２のアレイに対して共平面で横切
   る関係で位置させられるまがりくねった印刷回路給電線
   と、各第２のアレイをそれに接続する手段とを備えるこ
   とを特徴とするアンテナ構造。 ７、特許請求の範囲第１項記載のアンテナ構造であって
   、対応する第１のアレイと第２のアレイの各セットの接
   続された端部はループ状に形成されることを特徴とする
   アンテナ構造。 ８、特許請求の範囲第７項記載のアンテナ構造であって
   、吸収器手段は連続帯状の吸収材料を備えることを特徴
   とするアンテナ構造。 ９、特許請求の範囲第８項記載のアンテナ構造であって
   、帯状の吸収材料は約１４ＧＨｚの共振周波数を有する
   ことを特徴とするアンテナ構造。 １０、特許請求の範囲第８項記載のアンテナ構造であっ
   て、帯状の吸収材料はシリコンゴムを含むことを特徴と
   するアンテナ構造。 １１、特許請求の範囲第８項記載のアンテナ構造であっ
   て、帯状の吸収材料はループ状端部に密接することを特
   徴とするアンテナ構造。 １２、特許請求の範囲第１項記載のアンテナ構造であっ
   て、隔てられた共平面関係で配置され、第１のアンテナ
   アパーチャに対応する複数の平行な前方ファイヤアレイ
   と、 それらの前方ファイヤアレイと互いに間に挾まり合った
   共平面関係で位置させられ、第２のアンテナアパーチャ
   に対応する、対応する複数の平行な後方ファイヤアレイ
   であって、それの第１の端部にループ形を形成するため
   に、各後方ファイヤアレイの第１の端部が隣接する前方
   ファイヤアレイの第１の端部に接線される後方ファイヤ
   アレイと、 前方ファイヤアレイへ電力を供給するために前方ファイ
   ヤアレイのそれぞれの第２の端部に接線される第１の給
   電手段と、 後方ファイヤアレイへ電力を供給するために後方ファイ
   ヤアレイのそれぞれの第２の端部に接線される第２の給
   電手段と、 アレイ中の反射残留電力を十分に減少させるためにアレ
   イの統合されたループ形状に密接して置かれる帯状の吸
   収材料と、 を備えることを特徴とする印刷回路マイクロストリップ
   アンテナ。 １３、イメージビームを許容できるレベルまで減少する
   ために第１のアンテナアパーチャと第２のアンテナアパ
   ーチャを含むマイクロストリップアンテナにおいて、 隔てられた共平面関係で配置され、第１のアンテナアパ
   ーチャに対応する複数の平行な第１のアレイと、 第１のアレイと互いに間に挾まれた共平面関係で位置さ
   せられ、第２のアンテナアパーチャに対応する、複数の
   平行な第２のアレイであって、それぞれのループ形状を
   形成するために各第２のアレイの第１の端部が隣りの第
   １のアレイの第１の端部に接線される複数の平行な第２
   のアレイと、第１のアレイへ電力を供給するために、第
   １のアレイに対して共平面で横切る関係で位置させられ
   、第１のアレイのそれぞれの第２の端部に接続される第
   １の給電手段と、 第２のアレイへ電力を供給するために、第２へアレイに
   対して共平面で横切る関係で位置させられ、第２のアレ
   イのそれぞれの第２の端部に接続れる第２の給電手段と
   、 アレイ中の反射残留電力を大幅に減少させるために、第
   １のアレイと第２のアレイの接続された第１の端部に密
   接して置かれる吸収器手段と、を備え、この吸収器手段
   は連続帯状のシリコンゴム材料で構成され、その連続帯
   状のシリコンゴム材料の公称共振周波数は約１４ＧＨｚ
   であることを特徴とするマイクロストリップアンテナ。 １４、複数の平行な後方ファイヤアレイと互いに間に挟
   まり合った共平面関係で位置させられた複数の平行な前
   方ファイヤアレイを含み、それの第１の端部にループ形
   を形成するために、各後方ファイヤアレイの第１の端部
   が隣接する前方ファイヤアレイの第１の端部に接続され
   、前方ファイヤアレイと後方ファイヤアレイは第１の給
   電手段と第２の給電手段によりそれぞれ給電されるマイ
   クロストリップアンテナにおいて、 アレイの第１の端部にループ形を配置する過程と、 アレイの第１の端部において連続帯状の吸収材料をルー
   プ形に密接して置く過程と、 を備えることを特徴とするアレイ中の反射残留電力を減
   少する方法。