JP2719592B2 - 誘電体装荷アレイアンテナ - Google Patents

誘電体装荷アレイアンテナ

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JP2719592B2
JP2719592B2 JP63071019A JP7101988A JP2719592B2 JP 2719592 B2 JP2719592 B2 JP 2719592B2 JP 63071019 A JP63071019 A JP 63071019A JP 7101988 A JP7101988 A JP 7101988A JP 2719592 B2 JP2719592 B2 JP 2719592B2
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哲雄 津川
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、誘電体を装荷したアレイアンテナに関す
る。
従来の技術 近年、いわゆる平面アンテナが広く用いられている。
この平面アンテナは、電気絶縁性基板の一方表面に、波
源となる導電体を敷設し、他方表面に地導体を配してな
る構成である。波源としては、各種マイクロストリツプ
ラインや各種パツチアンテナが用いられる。上記パツチ
アンテナを用いる場合には、たとえば矩形板状の金属片
(パツチ)が基板上に多数形成されてアレイアンテナを
構成し、これらに給電ラインによつて交流電圧を供給し
発振させる。
発明が解決しようとする課題 このようなパツチアンテナを用いるアレイアンテナで
発振または受信動作を行う場合、サイドロープが顕著に
発生してしまうことが知られている。その例を第7図に
示す。第7図は、円偏波率を観察対象とした指向性を示
すグラフである。すなわち直線偏波の放射波を放射する
送信用標準アンテナを、特性を観察すべき受信用アンテ
ナに正対させる。送信用アンテナを、受信用アンテナに
向かう仮想線のまわりに回転駆動する。受信用アンテナ
の指向性が強い方向については、上記放射波を円偏波と
等価な状態に受信し、第7図の波形P1,P2,P3に示される
ような高いレベルを検出する。第7図で残余の状態は、
送信用アンテナからの偏波方向が回転している直線偏波
の放射波が、相互に直交する方向の成分のレベルが異な
つて受信される事態などに起因して受信波のレベルが振
動してしまう状態を示している。
このような実験で観察されるパツチアレイアンテナの
特性は、第7図に示されるようにサイドローブが大きく
観測される。このようなサイドローブを防止しようとす
ると、アレイアンテナを構成するパツチアンテナの構成
密度を向上する必要があることが知られている。このよ
うに構成密度を向上すると、サイドローブは低減できる
ものの、パツチアンテナを形成する際に格段に精密な微
細加工技術が必要となり、工数も増大する。また給電ラ
イン長も増大することから、給電ラインにおける励振電
力のロスがむやみに増大してしまい、アンテナとしての
効率が大幅に低下してしまうという問題がある。
本発明の目的は、上述の技術的課題を解消し、小形で
あつて高効率の誘電体装荷アレイアンテナを提供するこ
とである。
課題を解決するための手段 本発明は、配線基板2の一方表面3上に、一対のクラ
ンク状のマイクロストリツプライン6,7を形成し、 一方のマイクロストリツプライン6では、第1長さ2a
および第1長さ2aの部分から他方のマイクロストリツプ
ライン7に近づく方向に延びる高さbの第1クランクが
全長Lで複数、構成され、 各第1クランクの間には、前記他方のマイクロストリ
ツプライン寄りで長さλgの第1直線部分8が介在さ
れ、 前記他方のマイクロストリツプライン7では、第2長
さcおよび第2長さcの部分から前記一方のマイクロス
トリツプライン6に近づく方向に延びる前記高さbの第
2クランクが前記全長Lで複数、構成され、 各第2クランクの間には、前記一方のマイクロストリ
ツプライン6寄りで前記長さλgの第2直線部分9が介
在され、 λ0を励振空間波長とするとき、λg=0.683λ0で
あり、 さらに、 a=7λg/16、 b=3λg/8、 c=3λg/8、 L=10λg/8 に選ばれ、 第1および第2の各クランク上にまたがつて直方体状
の誘電体をそれぞれ配置したことを特徴とする誘電体装
荷アレイアンテナである。
作用 本発明に従えば、電気絶縁性材料から成る配線基板上
にアレイアンテナを配置する。このアレイアンテナを構
成する各単位アンテナ上に誘電体等価物を配置すること
により、各単位アンテナ毎の開口効率が増大される。こ
れによりアレイアンテナを構成する単位アンテナの配置
密度を低減でき、単位アンテナおよび各単位アンテナに
給電する構成における電力損失を格段に低減できる。さ
らに前記単位アンテナの配置密度を適切に選ぶことによ
り、全体の能率を格段に向上できる。
実施例 第1図は、本発明の前提となる構成の誘電体装荷アレ
イアンテナ(以下、アンテナと略す)1の構成を示す斜
視図である。第1図を参照して、アンテナ1について説
明する。本構成のアンテナ1は、たとえば合成樹脂材料
などの電気絶縁性材料などから成る配線基板2の一方表
面3上に、たとえば矩形板状の金属銅などから成るパツ
チ4が多数形成される。各パツチ4は、その平面視がた
とえば正方形状であつて、相互の間隔L1はたとえば1.6
λ0(λ0は励振空間波長)に選ばれ、アンテナ1の全
体の大きさは、たとえば320mm×320mmに選ばれる。本件
発明者は、このようなパツチ4を配線基板2上に、たと
えば64素子形成し、これを周波数f0(11.25GHz)で励振
した実験を行つた。このような実験結果が、従来の技術
の項で参照した第7図示の結果である。
一方、本件発明者は、従来の技術の項で説明したよう
な技術的な課題に鑑み、第1図示のパツチ4上に二点鎖
線で示すような誘電体5を配置することに想到した。こ
のような誘電体5は一例として直方体状に構成され、横
W1(1.25λ0)、縦D1(1.25λ0)、高さH1(1.42λ
0)に選ばれ、また前記一方表面3と誘電体5との間隙
の距離D2は、たとえば0.08λ0に選ばれた。
このようなアンテナ1を用いて、周波数特性を観測し
た結果が第2図のグラフに示される。従来の技術の項で
第7図の結果を得るための構成として説明した直線偏波
を有する送信用標準アンテナについて、偏波方向が垂直
方向と平行になる場合と、水平方向に平行になる場合に
ついて本件アンテナ1の周波数特性を観測した。第2図
のライン1が垂直方向の偏波の場合であり、ラインl2
が水平方向の偏波の場合である。第2図から明らかなよ
うに、本構成のアンテナ1は、使用周波数12GHzを中心
に周波数帯域f1〜f2が使用可能である結果を得た。これ
は、実験例で示すと、放射電力のピーク状態から1dB降
下の範囲では、周波数帯域として0.5GHzが得られた。こ
のような測定結果は、第3図に示される標準電磁ホーン
の周波数特性と比較して、格段に周波数帯域が拡大され
ていることが理解される。
このようなアンテナ1の指向性図は、第4図に示され
る。第4図を求める測定法は、従来の技術の項におい
て、第7図の結果を求める構成として説明した事項と同
様である。本構成では、第7図に示した波形P1,P3のよ
うなサイドローブが消去され、波形P2で示されるように
正面方向にのみ指向性が実現されていることが理解され
る。
第5図は、本構成に従うアンテナ11の相対放射電力を
示すグラフである。第5図の測定をするに当たり、第1
図の構成を有するアンテナ1において、パツチ4の間隔
L1を1.19λ0、パツチ4は16素子、アンテナ1の全体の
大きさは12cm×12cm(4.74λ0×4.74λ0)とし、誘電
体5の大きさは横W1を1.0λ0、縦D1を1.0λ0、高さH1
を1.2λ0とし、間隔D2を0.08λ0とした。第5図にお
いて、ラインl3は本構成のアンテナ1の相対放射電力で
あり、ラインl4は標準電磁ホーンアンテナの相対放射電
力である。
本件発明者は、第1図を参照して説明した寸法のアン
テナ11と、第5図に関連して上述した寸法のアンテナ1
との双方について、開口効率および威力などを測定し
た。これによれば第1図示の64素子の構成では、開口効
率35%、利得28.6dBが得られ、上記16素子の構成では開
口効率77.1%、利得23.4dBが得られた。これらの結果
は、標準電磁ホーンの利得が通常22.6〜22.9dBであるこ
とに鑑みると、相対放射電力が2倍以上から数倍になつ
ていることが理解される。
以上のように本構成のアンテナ1では、パツチ4上に
誘電体5を設けることによつて、その開口効率と利得と
を格段に増大でき、これにより配線基板2上でのパツチ
4の配置密度を格段に低減できる。これによりパツチ4
に関する給電ラインにおける消費電力のロスを、本実施
例ではたとえば半減できる。また全体の能率も向上でき
ることになる。
第6図は、本発明の一実施例のアンテナ11の平面視を
示す図面である。前述の構成では、配線基板2上にパツ
チ4を配列して、その上に誘電体5を配置するようにし
たが、本実施例では、たとえばクランク状のマイクロス
トリツプライン6,7を用いるようにした。マイクロスト
リツプライン6では、長さ2a、高さbのクランクが全長
Lで構成され、これらの間には長さλg(λgは線路波
長)の直線部分8が介在される。
またマイクロストリツプライン7では、長さcおよび
高さbのクランクが全長Lで配置され、これらの間には
やはり長さλgの直線部分9が介在される。このような
マイクロストリツプライン6,7における長さLの部分
と、直線部分8,9とを含む構成が周期L1で繰り返され
る。
本実施例の第6図に示すマイクロストリツプライン6,
7の長さLの部分に、双方6,7にまたがつて前記誘電体を
配置する。すなわち、各誘電体の間には、長さλgの間
隙が設けられることになる。本実施例では、λg=0.68
3λ0、b=3λg/8、a=7λg/16、c=3λg/8、L
=10λg/8、L1=18λg/8に選ぶ。ここで、長さL1を、 L1=2a+2b+c(=2λg) …(1) L1=L+λg(=3λg) …(2) のように選ぶ。
このような構成のアンテナ11では、標準電磁ホーンの
場合と比較して、使用周波数帯域が3L/2(L+λg)倍
に改善されることが検証された。また開口効率および利
得についても、上述の実施例と同様な結果が得られるこ
とが確認された。
本実施例のアンテナ11では、上述の構成における効果
に加え、長さλgの直線部分8,9を設けることにより、
アンテナ11におけるマイクロストリツプライン6,7の全
長を比較的短くすることができ、これにより励振時にお
ける励振側から遠去かるに従つて招来する位相ずれを格
段に減少ことができ、これにより上述の使用周波数帯域
の拡大を得ることができる。
発明の効果 以上のように本発明に従えば、各単位アンテナ毎の開
口効率が増大される。これによりアレイアンテナを構成
する単位アンテナの配置密度を低減でき、単位アンテナ
および各単位アンテナに給電する構成における電力損失
を格段に低減できる。さらに前記単位アンテナの配置密
度を適切に選ぶことにより、全体の能率を格段に向上で
きる。
さらに本発明によれば、一対のマイクロストリツプラ
イン6,7の全体の長さを短くすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の前提となる構成のアンテナ1の基本的
構成を示す斜視図、第2図は本構成の使用周波数帯域を
説明するグラフ、第3図は標準電磁ホーンにおける周波
数特性を説明するグラフ、第4図はアンテナ1の指向性
を示すグラフ、第5図はアンテナ1の利得を説明するグ
ラフ、第6図は本発明の一実施例のアンテナ11の構成を
示す平面図、第7図は典型的な従来技術のアンテナの指
向性を示すグラフである。 1…アンテナ、2…配線基板、4…パツチ、5…誘電
体、6,7…マイクロストリツプライン、8,9…直線部分

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】配線基板2の一方表面3上に、一対のクラ
    ンク状のマイクロストリツプライン6,7を形成し、 一方のマイクロストリツプライン6では、第1長さ2aお
    よび第1長さ2aの部分から他方のマイクロストリツプラ
    イン7に近づく方向に延びる高さbの第1クランクが全
    長Lで複数、構成され、 各第1クランクの間には、前記他方のマイクロストリツ
    プライン寄りで長さλgの第1直線部分8が介在され、 前記他方のマイクロストリツプライン7では、第2長さ
    cおよび第2長さcの部分から前記一方のマイクロスト
    リツプライン6に近づく方向に延びる前記高さbの第2
    クランクが前記全長Lで複数、構成され、 各第2クランクの間には、前記一方のマイクロストリツ
    プライン6寄りで前記長さλgの第2直線部分9が介在
    され、 λ0を励振空間波長とするとき、λg=0.683λ0であ
    り、 さらに、 a=7λg/16、 b=3λg/8、 c=3λg/8、 L=10λg/8 に選ばれ、 第1および第2の各クランク上にまたがつて直方体状の
    誘電体をそれぞれ配置したことを特徴とする誘電体装荷
    アレイアンテナ。
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信号技報Vol.86,No.181(A−P86−98)p.63〜67,1986年10月9日
昭和59年度電子通信学会総合全国大会講演論文集[分冊3]p.3−53(718)

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