JP3954435B2 - 2素子及び多素子アレー型スロットアンテナ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はスロットライン(SLとする)型の平面アンテナ(SLアンテナとする)を産業上の技術分野とし、特に簡易構成にしてかつ複数個が配列されたSLアンテナ素子を同相励振してなる2素子及び多素子アレー型SLアンテナ(2素子及び多素子SLアンテナとする)に関する。
【0002】
【従来の技術】
(発明の背景)平面アンテナは、簡易な加工性と小型軽量性の特徴により、ワイヤレス通信や衛星放送などに広く用いられている。一般に、平面アンテナにはマイクロストリップライン(MSLとする)型やSL型等があるが、給電系4構造の簡便さや放射特性の理由により、MSL型が多用されている。
【0003】
しかし、MSL型の平面アンテナ(MSLアンテナとする)は、動作する周波数帯域が狭く、アンテナ利得も比較的低く、さらにアンテナ素子と給電系からの直交成分の抑制も困難である。これらのことから、MSLアンテナと比較して広帯域特性であり、アンテナ素子自身からの直交成分も少ないSLアンテナが注目を浴びている。
【0004】
(従来技術の一例)第22図乃至第26図は一従来例を説明するSLアンテナの図である。但し、各図の(a)は平面図、同(b)は断面図である。
SLアンテナは、いずれも誘電体等の基板1に設けられた、電磁波(電波)の送受信源となるアンテナ素子3と、送受信用の給電系4とからなる。アンテナ素子3は基板1の一主面に形成された導体2中に直線状あるいはループ状の開口線路とした、いずれも所謂SLを設けてなる。これらを便宜的にSLアンテナ素子3とする。そして、特にSLの長さに依存した電界面の共振周波数をSLアンテナ素子3の送受信周波数とする。通常では、SLの長さは送受信周波数の波長λに対してλ/2に設定される。
【0005】
なお、SLアンテナ素子3は、SLが平衡伝送線路で開口線路の両側の導体2間で交互に同方向に励起される電界に対して直交方向に磁界を生じるので、SL内に電磁界の完全定在波を生起する。一般には、電界方向(開口線路の幅方向)の断面を電界面(E面)、磁界方向(開口線路の長さ方向)の断面を磁界面(H面)と称される。そして、導体2の形成され基板1の一主面にSLを形成して同一面内に電磁界面を生起するので、両主面間で電界が励起されるMSLアンテナに比較して電界面及び磁界面内での直交成分が少なくなる。
【0006】
給電系4は、SLアンテナ素子3が直線状の場合には、例えばMSL4a又はコプレーナライン(CPWとする)4bが選択される。MSLの場合は、SLアンテナ素子3の長さ方向に直交方向として一端側に近接し、基板1の他主面に配置されてSLアンテナ素子3と電磁結合する(第22図)。CPW4bの場合は、基板1の一主面にてSLアンテナ素子3の中央部から直交方向に延出する(第23図)。
【0007】
SLアンテナ素子3がループ状の場合は、例えばSL4cが選択される。そして、基板1の一主面にてSLアンテナ素子3のコーナーの一端側に接続する(第24図)。これらにより、MSL4a、CPW4b及びSL4cからSLアンテナ素子3に、あるいは逆方向に送受信時の電磁波(高周波信号)が伝播される。
【0008】
そして、これらの場合、SLアンテナ素子3が1個では利得が低いため、例えば複数個のSLアンテナ素子3を配列してアレー化し、利得を高めることがなされている。例えば直線状のSLアンテナ素子3をMSL4aの片側に配列して一次元方向にアレー化する(第25図)。さらには、ループ状としたSLアンテナ素子3の一対をCPW4bの両側に並べて一次元方向にアレー化する(第26図)。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
(従来技術の問題点)しかしながら、上記構成の一個又は一対のSLアンテナ素子3がアレー化されたSLアンテナでは、いずれの場合でも、基板1の一主面(同一面)に形成された給電系4(MSL、CPW)に沿って一次元方向に並べられるのみで、二次元方向に配列して多素子化することが困難な問題があった。
【0010】
すなわち、給電系4に沿った一次元方向のみならず、給電系4に対して直交方向にも2個又は2対以上とした多数のSLアンテナ素子3を並べて二次元方向でのアレー化をする場合には、給電系4が同一面内で交錯してしまう等の弊害を生じ、その構造に起因して多素子アレー化の達成を困難にする。
【0011】
この場合、給電系を引き回して二次元方向でのアレー化をしたとしても、例えば各SLアンテナ素子3に対する給電端からの給電長が異なって、各SLアンテナ素子の同相励振を困難にして指向特性が低下する。勿論、位相が合う長さに設定すれば問題はないが、いずれにしても給電系の設計を複雑にする。さらに、アレー化に際して、MSLのみによる給電系4の場合には必然的に直交成分が発生し、その抑制が困難となる問題もあった。
【0012】
なお、ラジアルライン等の金属導波管給電系4を用いた二次元方向での多素子アレー化が行われているが、この場合には立体的な構造となって大型化を避けられない。このようなことから、いずれにしても、MSL、CPW及びSLによる給電系4に起因して、現実的には一次元方向でのアレー化が実用的な限界となり、平面回路構造として2次元方向での実用に供し得るアレー化の実現が期待されている。
【0013】
(発明の目的)本発明は二次元方向でのアレー化を達成する基本ユニットとして機能するとともに、指向特性を良好にして構成を簡易にした2素子及び多素子アレーSLアンテナを提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段、請求項1及び9に相当】
本発明は、基板の一主面に配置された一対のSLアンテナ素子及びSLを含む給電端を有する給電系とを備える。一対のSL素子はSLの形成する電界面又は磁界面に沿って平行にして、給電端を起点とした磁界面又は電界面に対して給電系を含めて鏡面対称に配列される。一対のSLアンテナ素子と給電系とは互いに独立して電磁気的に結合し、さらに給電系が複数の給電線から形成される場合には給電線同士は互いに独立して基板の両主面間で電磁気的に結合し、一対のアンテナ素子を同相励振する。
【0015】
本発明では、これらにより、給電系を含めて鏡面対称として同相励振される一対のSLアンテナ素子からなる2素子アレー型SLアンテナ(2素子SLアレーアンテナとする)を得る。したがって、給電端から見た各SLアンテナ素子に対する給電長は等しくなる。
【0016】
また、2素子SLアレーアンテナは鏡面対称であるために、これを第1基本ユニットとしてその一対の給電端を接続して、一対のSLアンテナ素子の配列方向とは逆方向の電界面又は磁界面に沿って配列する。そして、共通給電線の中点に交差する給電線を配置すれば、これも鏡面対称となる第2基本ユニットとしての4素子SLアレーアンテナを得る。
【0017】
このようにして、前次数の基本ユニットの一対の給電端を接続して、前次数の配列方向とは逆方向の電界面又は磁界面に沿って配列し、共通給電線の中点に交差する給電線を配置すれば、前次数の倍のSLアンテナ素子を配列した多素子アレーアンテナを得られる。
【0018】
そして、これらの場合においても、給電端を起点とした電界面又は磁界面に対して鏡面対称になるので、各SLアンテナ素子に対する給電端からの給電長は等しくなる。したがって、各アンテナ素子間の位相差を解消するので、指向特性を良好にする。
【0019】
また、これらの給電系を含むSLアンテナ素子を鏡面対称として配列した多素子アレーアンテナは、特に給電系を形成する給電線同士は互いに独立して、基板の両主面間での電磁気的な結合とするので、給電線同士が基板の同一主面上で交錯することなく達成できる。そして、これらにより、立体構造ではなく平面構造としたSLアンテナ素子による簡易な多素子アレーアンテナが得られる。
【0020】
要するに、本発明では、同相で励振する各種の2素子SLアレーアンテナを構成するとともに、給電系として特に基板の一主面にはSLを他主面にはMSLからなる給電線路を設けて、SLとMSL間の電磁結合さらにはその直列(同相)・並列(逆相)の分岐合成機能を積極的に活用した点にある。以下、本発明の複数の実施形態及びこれに基づく各実施例を各請求項に対応して説明する。
【0021】
【第1実施形態、実施例1A】
(請求項2、3)
第1図は本発明の第1実施形態の実施例1Aを説明する、特に2素子SLアレーアンテナの図である。但し、第1図(a)は平面図、同図(b)はA−A断面図である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。
2素子SLアレーアンテナは、基板1の一主面に設けた直線状の一対のSLアンテナ素子3(ab)と給電系5とからなる。ここでは、給電系5は一端側を電気的短絡とし、他端側を給電端とした給電線路としての第1給電SL5aからなる。そして、一対のSLアンテナ素子3(ab)は、第1給電SL5の一端側の両側に即ち電界面に沿って互いに平行に近接して、両者が電磁結合する程度に配列される。
【0022】
要するに、一対のアンテナ素子3(ab)の中間に第1給電SL5aが平行に電磁結合して配置される。但し、第1給電SL5aの一端側は、SLアンテナ素子3(ab)の一端側から中央領域にかけて長さ方向で重畳する。そして、給電系5と電磁結合する一対のアンテナ素子3(ab)が、給電端を起点とした磁界面に対して給電系5を含んで鏡面対称に配置される。
【0023】
このような構成であれば、以下の各実施例でも同様である送信の場合を例にすると、第1給電SL5aの給電端からの高周波信号は、SLが平衡伝送線路で交互に同方向に電界を生ずるので、同時に一対のSLアンテナ素子3(ab)へ同相で電磁結合して給電(励振)できる。そして、給電端を起点とした磁界面に対し鏡面対称とするので、給電端からの一対のSLアンテナ素子3(ab)に対する給電長を同一にして、一対のSLアンテナ素子3(ab)間に位相ズレのない同位相で励振できるので、指向性を良好にする。
【0024】
この例では、2個のSLアンテナ素子3(ab)で構成しているので2素子SLアレーアンテナとしたが、互いに近接しているので実効的には1個のアンテナ素子とみなしてよい。なお、一主面側からの放射とする場合は、他主面側に図示しない遮蔽用の金属箱を設ける。この点は、これ以降の実施例でも同様なので再述はしない。
【0025】
【第1実施形態 実施例1B】
(請求項10、11、12、13)
第2図は本発明の第1実施形態の実施例1Bを説明する、特に4素子SLアレーアンテナの平面図である。なお、これ以降の実施例においては、前実施例と同一部分の説明は省略又は簡略する。
第1実施形態(実施例1B)での4素子SLアレーアンテナは、前実施例1Aでの2素子SLアレーアンテナを第1基本ユニットとして、第1基本ユニットの一対を鏡面対称に配置して構成される。
【0026】
すなわち、第1基本ユニットの各第1給電SL5aの給電端を接続し、SLアンテナ素子3(ab)の配列された電界面とは逆方向の磁界面に沿って、第1基本ユニットの一対を基板1の一主面に平行に配置する。そして、給電端を接続した第1共通給電SL5a1の中点には、一端側が交差して電気的開放端とし、他端側を給電端とした第2給電MSL5bを基板1の他主面に形成する。これにより、第2給電MSL5bの給電端を起点とした電界面に対して鏡面対称とする第1実施形態での4素子SLアレーアンテナを構成する。
【0027】
このような構成であれば、第2給電MSL5bからの高周波信号は、第1共通給電SL5a1の中点から同振幅として同相で二分岐される。そして、第1共通給電SL5a1の両端側において、それぞれ一対のSLアンテナ素子を同相励振する。そして、この場合でも、第2給電MSL5bの給電端を起点とした電界面に対して鏡面対称とするので、各SLアンテナ素子3への給電端からの給電長を同一として、指向性を良好にする。
【0028】
【第1実施形態 実施例1C】
(請求項10、11、12、13)
第3図は本発明の第1実施形態の実施例1Cを説明する、特に8素子SLアレーアンテナの平面図である。
第1実施形態(実施例1C)での8素子SLアレーアンテナは、前実施例1Bでの4素子SLアレーアンテナを第2基本ユニットとして、第2基本ユニットの一対を鏡面対称に配置して構成される。すなわち、第2基本ユニット(4素子アレーSLアンテナ)の各第2給電SL5bの給電端を接続し、第2基本ユニットの配列された磁界面とは逆方向の電界面に沿って、第2基本ユニットの一対を基板1の一主面に平行に配置する。
【0029】
そして、第2基本ユニットの各給電端を接続した第2共通給電MSL5b1の中点には、一端側が交差して電気的開放端とし、他端側を給電端とした第3給電SL5cを基板1の一主面に形成する。これにより、第3給電SL5cの給電端を起点とした磁界面に対して鏡面対称とする、第2実施形態での8素子SLアレーアンテナを構成する。
【0030】
このような構成であれば、第3給電SL5cからの高周波信号は、第2共通給電MSL5a1の中点から同振幅として逆相で二分岐される。そして、第2共通給電SL5b1の両端側で交差する第1共通給電MSLの中点から同相で二分岐され、各第2基本ユニット(4素子SLアレーアンテナ)の4個計8個のSLアンテナ素子を同相励振する。
【0031】
すなわち、第4図の断面図に示したように、第3給電SL5cの給電端から高周波信号を印加すると、第2共通給電MSL5b1の交差点では、例えば両側の導体間で左から右方向の電界が生じたとすると、左側の導体から他主面の第2共通給電MSL5b1には下向きの電界が、右側の導体からは上向きの電界が生じる。したがって、高周波信号は第2共通給電MSL5b1の交差点(中点)から逆相二分岐されて、両端側の各第1共通給電SL5a1へは、両主面間で電界が互いに逆向きとなって互いに反対方向の高周波信号が伝播する。
【0032】
そして、左側の下向きの電界及び右側の上向きの電界は、各第1共通給電SL5a1との交差点にていずれも左向きの電界を生ずる。したがって、高周波信号は、第2共通給電MSL5b1から第1共通給電SL5a1へ同位相で伝播される。これにより、両側に配置された各第2基本ユニットの4個のSLアンテナ素子3を前実施例1Bと同様にそれぞれ同相励振する。要するに、第2共通給電MSL5b1と一対の第1共通給電SL5a1の接続が、第3給電SL5cに対して鏡面対称であることに起因する。
【0033】
そして、この8素子SLアレーアンテナの場合でも、第3給電SL5cの給電端を起点とした電界面に対して鏡面対称とするので、各SLアンテナ素子3計8個への給電端からの給電長を同一として、指向性を良好にする。
【0034】
【第1実施形態 実施例1D】
(請求項10、11、12、13)
第5図は本発明の第1実施形態の実施例1Dを説明する、特に16素子SLアレーアンテナの平面図である。
第1実施形態(実施例1D)での16素子SLアレーアンテナは、前実施例1Cでの8素子SLアレーアンテナを第3基本ユニットとして、第3基本ユニットの一対を鏡面対称に配置して構成される。すなわち、第3基本ユニット(8素子SLアンテナ)の各第3給電SL5cの給電端を接続し、第3本ユニットの配列された電界面とは逆方向の磁界に沿って、第3基本ユニットの一対を基板1の一主面に平行に配置する。
【0035】
そして、第3基本ユニットの各給電端を接続した第3共通給電SL5c1の中点には、一端側が交差して電気的開放端とし、他端側を給電端とした第4給電MSL5dを基板1の他主面に形成する。これにより、第4給電MSL5dの給電端を起点とした磁界面に対して鏡面対称とする、第1実施形態での16素子SLアレーアンテナを構成する。
【0036】
このような構成であれば、第4給電MSL5dからの高周波信号は、第3共通給電SL5c1の中点から同振幅として同相で二分岐される。そして、第3共通給電SL5c1の両端側で交差する第2共通給電MSL5b1の中点から同相で二分岐され、各第3基本ユニット(8素子SLアレーアンテナ)の8個計16個のSLアンテナ素子を実施例1Cと同様に同相励振する。そして、この場合でも、第4給電MSL5dの給電端を起点とした磁界面に対して鏡面対称とするので、各SLアンテナ素子3計16への給電端からの給電長を同一として、指向性を良好にする。
【0037】
以上のように、第1実施形態では、電界面に沿って配列された一対のアンテナ素子3(ab)の中間にこれと電磁結合する第1給電SL5aを配置して、給電端を起点とする磁界面に対して鏡面対称な2素子アレーアンテナを形成する。そして、これを第1基本ユニットとしてその一対を磁界面に沿って平行に配列するとともに給電端を接続して第1共通給電SL5a1の中点に第2給電線MSL5bを配置し、この給電端を起点とする電界面に対して鏡面対称な4素子アレーSLアンテナ(第2基本ユニット)を形成する。
【0038】
さらに、前次数の基本ユニットの一対を前次数の配列方向とは逆となる電界面又は磁界面に沿って平行に配列するとともに、前次数の給電端が接続された共通給電線の中点に電磁結合する給電線を配置する。そして、共通給電線がMSLの場合は給電線はSLとし、SLの場合はMSLとする。このようにして、給電端を起点とする電界面又は磁界面に対して鏡面対称なしかも同相励振とした、前次数の2倍となるSLアンテナ素子からなる多素子アレーSLアンテナを形成する。
【0039】
このようなことから、第1実施形態では、2の倍数となる実施例以外の例えば32素子及び64素子以上のSLアンテナ素子を有する多素子アレーSLアンテナを得ることができる。そして、これらは給電端を起点とした電界面又は電界面に対して鏡面対称となって、給電端から各SLアンテナ素子までの給電長を等しくするので、位相ズレのない同位相での励振として、指向性を良好に維持する。
【0040】
そして、2素子アレーSLアンテナを第1基本ユニットとして鏡面対称に配置して第2基本ユニットを形成し、さらにこれを繰り返して鏡面対称に配置して多素子アレーSLアンテナを形成すればよいので、構成を簡易にできる。
【0041】
また、MSL−SLとSL−MSL変換による交互のくり返しは、直列分岐と並列分岐の繰り返しとなるために本質的にこれら伝送線路間のインピーダンス整合回路を不要とする。この点は各実施例でも同様なので再述しない。
【0042】
【第2実施形態 実施例2A】
(請求項2、4)
第6図は本発明の第2実施形態の実施例2Aを説明する、特に2素子SLアレーアンテナの図である。但し、第6図(a)は平面図、同図(b)はA−A断面である。
第2実施形態(実施例2A)の2素子SLアレーアンテナは、一対のSLアンテナ素子3(ab)を電界面に沿って基板1の一主面に配列する点は前第1実施形態と同じであり、給電系(方法)が異なる点で基本的に相違する。
【0043】
すなわち、ここでの給電系6は第1給電MSL6aと第2給電SL6bからなり、一対のSLアンテナ素子3(ab)は第2給電SL6bの両側に即ち電界面に沿って平行に配列される。そして、前実施例1では一対のSLアンテナ素子3(ab)と第2給電SL6bとは電磁結合する程度に近接するとしたが、ここでは電磁結合しない程度に離間する。
【0044】
第1給電MSL6aは基板1の他主面に配置され、電界面に沿って配列された一対のSLアンテナ素子3(ab)の中点間を横断して交差し、それぞれと電磁結合する。第2給電線SL6bは、第1給電MSL6aの中点に一端側が交差して電気的開放端とし、他端側を給電端とする。そして、第2給電SL6bの給電端を起点とした磁界面に鏡面対称とする。
【0045】
このような構成であれば、第2給電SL6bの給電端からの高周波信号は、前述の第4図に示したと同様に、第1給電MSL6aの中点から逆相分岐して両端側の一対のSLアンテナ素子3(ab)に同相で給電する。そして、この場合でも、前実施例Aと同様に、第2給電SL6bの給電端を起点とした磁界面に対して鏡面対称とするので、一対のSLアンテナ素子3(ab)への給電端からの給電長を同一として、指向性を良好にする。
【0046】
【第2実施形態 実施例2B、2C】
(請求項10、11、12、13)
第7図及び第8図は、第2実施形態の実施例2B及び2Cを説明する、特に4素子及び8素子SLアレーアンテナの平面図である。
実施例2B及び2Cは、いずれも第2実施形態の実施例2Aの2素子SLアレーアンテナ(第1基本ユニット)を基礎として構成したものである。すなわち、実施例2Bの4素子SLアレーアンテナは、実施例2Aの2素子SLアレーアンテナを第1基本ユニットとして磁界面に沿って配列し、第2給電SL7bの給電端を接続して第2共通給電SL6b1とする。そして、第2共通給電SL6b1の中点に交差する第3給電MSL6cを配置する。
【0047】
実施例2Cの8素子SLアレーアンテナは、実施例2Bの4素子SLアレーアンテナを第2基本ユニットとして電界面方向に平行に配列し、第3給電MSL7cの給電端を接続して第3共通給電MSL6c1とする。そして、第3共通給電MSL6c1の中点に交差する第4給電SL7dを配置する。
【0048】
このような構成であれば、実施例2Bの場合は、第3給電MSL6cからの高周波信号は、第2共通給電SL6b1の中点から同相分岐して、両端側の各第1MSLの交差点(中点)から逆相分岐して、前述同様に各一対のアンテナ素子3(ab)計4個を同相励振する。
【0049】
また、実施例2Cの場合は、第4給電SL6dからの高周波信号は、第3共通給電MSL6c1の中点から逆相分岐して、両端側の各第2共通給電SLの交差点から同相分岐して第2共通給電SL6b1に伝播される。そして、実施例2Bと同様に動作して、両端側の4素子アレーSLアンテナを駆動し、各2対のアンテナ素子計8個を同相励振する。
【0050】
また、第2実施例形態でも、前第1実施形態と同様に、前次数の基本ユニットの給電端を共通接続して前次数の配列方向とは逆となる電界面又は磁界面沿って平行に配列し、共通接続線路の中点に交差する給電線を配置することにより、前次数の2倍となる16、32個以上としたアンテナ素子数のアレー型SLアンテナを得られる。
【0051】
そして、これらの場合でも、MSL−SL変換による同振幅で同相分岐及びSL−MSL変換による同振幅で逆相分岐によって、複数個が配列されたアンテナ素子3を同相で励振できる。そして、給電端を起点とした電界面又は磁界面に対して鏡面対称とするので、給電端からの各アンテナ素子3への給電長を同じにして指向特性を良好にするとともに、構成を簡易にする。
【0052】
【第3実施形態】
(請求項2、6)
第9図は本発明の第3実施形態を実施例3Aを説明する、特に2素子SLアレーアンテナの図で、同図(a)は平面図、同図(b)はA−A断面図である。
第3実施形態(実施例3A)の2素子SLアレーアンテナは、第2実施形態(実施例2A)とは一対のSLアンテナ素子3(ab)の電界面に沿って配列してその中点を第1給電MSLにて電磁結合する点は同じであり、一対のSLアンテナ素子3(ab)に給電口7を給電系の一部として有する点で相違する。
【0053】
すなわち、ここでの一対のアンテナ素子3(ab)は、その各中点に、CPWからなる互いに内側に突出した給電口7を対向して有する。そして、各給電口7に電磁結合した第1MSL8aを基板1の他主面に配置し、前実施例2Aと同様にその中点に一端側が交差して電気的開放端とし他端を給電端とした第2給電SL8bを基板1の一主面に配置する。
【0054】
このような構成であれば、第2給電SL8bからの高周波信号は、第2実施例Aと同様に第1給電MSL8aの中点から同振幅で逆相分岐する。そして、ここでは、一対のアンテナ素子3(ab)の給電口7に電磁結合して伝播される。そして、給電口7がCPWなので、一対のアンテナ素子3(ab)は同相励振される。
【0055】
したがって、この場合でも、前各実施例と同様に、第2給電SL8bの給電端を起点とした磁界面に対して鏡面対称とするので、一対のSLアンテナ素子3(ab)への給電端からの給電長を同一として、指向性を良好にする。
【0056】
【第3実施形態 実施例3B、3C、3D】
(請求項10、11、12、15)
第10図乃至第12図は、本発明の第3実施形態の実施例3B、3C及び3Dを説明する、特に4素子、8素子及び16素子SLアレーアンテナの平面図である。
すなわち、第3実施形態の実施例3Bは、実施例3Aでの2素子SLアレーアンテナ(第1基本ユニット)の一対を磁界面に沿って配列し、第2給電SL8bの給電端を接続して第2共通給電SL8b1とする。そして、第2共通給電SL8b1の中点に交差する第3給電MSL8cを基板1の他主面に配置し、4素子SLアレーアンテナを構成する。
【0057】
そして、実施例3Cでは、実施例3Bの4素子SLアレーアンテナを第2基本ユニットとしてその一対を電界面に沿って配列し、第3給電MSL8cの給電端を接続して第3共通給電MSL8c1とする。そして、第3共通給電MSL8c1の中点に交差する第4給電SL8dを基板1の一主面に配置し、8素子SLアレーアンテナを構成する。
【0058】
さらに、実施例3Dでは、実施例3Cの8素子SLアレーアンテナを第3基本ユニットとしてその一対を磁界面に沿って配列し、第4給電SL8dの給電端を接続して第4共通給電MSL8d1とする。そして、第4共通給電SL8d1の中点に交差する第5給電MSL8eを基板1の他主面に配置し、16素子SLアレーアンテナを構成する。
【0059】
このように、第3実施形態においても、第1及び第2実施形態と同様に、MSL−SL変換による同振幅で同相分岐及びSL−MSL変換による同振幅で逆相分岐によって、4個、8個及び16個の各アンテナ素子3を同相で励振する。そして、各給電端を起点とした電界面又は磁界面に対して鏡面対称として、給電端からの各アンテナ素子3への給電長を同じにするので、指向特性を良好にするとするとともに構成を簡易にする。
【0060】
なお、第3実施形態の場合でも、前次数の基本ユニットの給電端を接続して電界面又は電界面方向に沿って配列することにより、前次数の2倍及び2の倍数となる32個以上のアンテナ素子を有する多素子アレーSLアンテナを得られる。
【0061】
【第4実施形態、実施例4A、4B】
(請求項2、4、5、10、11、12、14、16)
第13図及び第14図は本発明の第4実施形態の実施例4A及び4Bを説明する、特に2素子及び4素子SLアレーアンテナの図で、各同図(a)は平面図、同図(b)はA−A断面図である。
第4実施形態での2素子、4素子及び多素子SLアレーアンテナは、前1及び第2実施形態とは一対のSLアンテナ素子3(ab)を直線状からループ状とした点で基本的に相違し、給電系は第2実施形態(実施例2)と同様である。
【0062】
すなわち、第4実施形態でのSLアンテナ素子3は例えば円状として形成される。これを便宜的にループアンテナ素子とする。そして、実施例4Aの2素子アレーSLアンテナの場合には、給電系9としての第1給電SL9bの両側に即ち電界面に沿って一対のループアンテナ素子3(ab)が基板の一主面に平行移動した形で配列される。一対のループアンテナ素子3(ab)の対向する各中点となる一端側には第1給電MSL9aが基板1の他主面に配置されて電磁結合する。
【0063】
そして、実施例4Bの4素子アレーアンテナは、前第2実施例と同様に、給電端を接続した共通給電SL9b1の中点に交差する第3給電MSL9cを基板1の他主面配置して、第3給電MSL9cの給電端を起点とした電界面に対して鏡面対称とする。これらの場合での作用効果は第2実施形態と同様であり、8個、16個以上のループアンテナ素子を有するさらなる多素子アレーSLアンテナを構成できる。
【0064】
【第5実施形態、実施例5A、5B】
(請求項2、6、7、10、11、12、15、16)
第15図及び第16図は本発明の第5実施形態の実施例5A及び5Bを説明する、特に2素子及び4素子SLアレーアンテナの図で、各同図(a)は平面図、同図(b)はA−A断面図である。
第5実施形態での2素子、4素子及び多素子SLアレーアンテナは、前第4実施形態とはループアンテナ素子とする点では同じであり、第3実施形態と同様にCPWからなる給電口7を設けた点で相違する。
【0065】
すなわち、第4実施形態の実施例5Aでは、円状として基板1の一主面に形成された一対のループアンテナ素子3の各中点に、他主面に形成された給電系10としての第1給電MSL10aと電磁結合するCPWからなる給電口7を有し、第2給電SLの両側に電界面に沿って配列される。
【0066】
そして、実施例5Bの4素子アレーSLアンテナの場合には、前実施例4Bと同様に、給電端を接続した共通給電10b1の中点に交差する第3給電MSL10cを配置して、第3給電MSL10cの給電端を起点とした電界面に対して鏡面対称とする。これらの場合での作用効果は第2実施形態と同様であり、8個、16個以上のループアンテナ素子を有するさらなる多素子アレーSLアンテナを構成できる。なお、第4及び5実施形態でのループアンテナ素子3は、円形とは限らず、方形や楕円などの他の形状であってもよく、その基本的動作は変わらない。
【0067】
【第6実施形態、実施例6A】
(請求項8、9)
第17図は本発明の第6実施形態の実施例6Aを説明する、特に一対のSLアンテナ素子を配列した2素子SLアレーアンテナの図である。但し、第1図(a)は平面図、同図(b)はA−A断面図、同図(c)はB−B断面図である。 第6実施形態(実施例6A)の2素子SLアンテナは、第1〜第5実施例の実施例1〜5Aが電界方向に沿って一対のアンテナ素子3(ab)を配列したのに対し、これを磁界方向に配列した点が基本的に相違する。
【0068】
すなわち、実施例6Aの2素子アンテナ3(ab)は、基板1の一主面に設けた直線状の一対のSLアンテナ素子3(ab)と給電系11とからなる。ここでは、一対のSLアンテナ素子3(ab)を長さ方向に縦列して、第1給電SL11aに平行に近接して即ち磁界面に沿って配列する。給電系11はこの第1給電SL11aと第2給電MSL11bからなる。
【0069】
第1給電SL11aは両端短絡とした有限長とし、両端側が一対のSLアンテナ素子3(ab)の各一端側から中央領域にかけて等距離として重畳する。第2給電MSL11bは、第1給電SL11aの中点で一端側が交差して他端側を給電端とし、基板1の他主面に配置される。但し、第2給電MSL11bの一端側は第1給電SL11aの中点からλ/2突出して電気的開放端)とする。
【0070】
このような構成であれば、第2給電MSL11bからの高周波信号は、第1給電SL11aの中点から同振幅として同相で二分岐する。そして、すぐに一対のSLアンテナ素子3(ab)へ同相で電磁結合して給電され、各アンテナ素子3(ab)は同相で励振して高周波信号を電磁放射する。
【0071】
そして、この場合でも、第2給電MSL11bの給電端を起点とした磁界面に対して鏡面対称とするので、給電端からの各アンテナ素子3(ab)に対する給電長を同じにして、位相ズレのない同相で励振できる。
【0072】
なお、第1給電SL11aとSLアンテナ素子3(ab)は中央領域にかけて等距離として重畳しているので、一対のSLアンテナ素子3(ab)の互いに対向する一端側での電界強度が高くなるので、全体としての電界分布は一対のSLアンテナ素子3(ab)の中間を最大とした単峰特性になる。すなわち、各SLアンテナ素子3(ab)の指向性は、この給電法によりそれぞれ磁界面で偏位を生ずるが、電界面に対して鏡面対称になるので合成された指向性は単峰特性になる。
【0073】
また、第17図の構造で明かなように、直交成分発生の原因となる給電線路がなく、直交成分の抑制は良好である。また、2つのSLアンテナ素子3(ab)をE面に関して鏡面対称で励振しているためにH面上の指向性偏位の抑制効果もある。これらの特徴は、前各実施例他の実施例でも有する。
【0074】
【第6実施形態 実施例6B】
(請求項 10、11、17)
第18図は本発明の第6実施形態の実施例6Bを説明する、特に4個のSLアンテナ素子を配列した4素子SLアレーアンテナとする平面図である。
第6実施例での4素子SLアレーアンテナは、前実施例6Aでの2素子SLアレーアンテナを第1基本ユニットとして、ここでも第1基本ユニットの一対を鏡面対称に配置して構成される。すなわち、第1基本ユニットの各第2給電MSL11bの給電端を接続し、SLアンテナ素子3(ab)の配列方向とは逆方向の電界面に沿って配置する。
【0075】
そして、給電端を接続した第2共通給電MSL11b1の中点には、一端側が交差して電気的開放端とし、他端側を給電端とした第3給電SL11cを基板1の一他主面に形成する。これにより、第3給電SL11cの給電端を起点とした磁界に対して鏡面対称とする第6実施形態での4素子SLアレーアンテナを構成する。
【0076】
このような構成であれば、第3給電SL11cからの高周波信号は、第2共通給電MSL11b1の中点から同振幅として同相で二分岐される。そして、第2共通給電SL11b1の両端側において、それぞれ一対のSLアンテナ素子を同相励振する。この場合でも、第3給電SL11cの給電端を起点とした電界面に対して鏡面対称とするので、各SLアンテナ素子3への給電端からの給電長を同一として、指向性を良好にして構成を簡易にする。
【0077】
そして、第6実施形態の場合でも、前次数の基本ユニットの給電端を接続して電界面又は電界面方向に沿って配列して、共通給電線がMSLの場合はその中点となる基板の一他主面にSLを、SLの場合はその中点となる基板の他主面にMSLを配置することにより、前次数の2倍及び2の倍数となる8個以上のアンテナ素子を有する多素子アレーSLアンテナを得られる。
【0078】
【第7実施形態、実施例7A、7B】
(参考)
第19図及び第20図は本発明の第7実施形態を説明する図で、第19図は2実施例7Aとしての素子SLアレーアンテナ、第20図は実施例7Bとしての4素子SLアレーアンテナの図である。但し、第19図(a)は平面図、同図(b)はA−A断面図、同図(c)はB−B断面図、第20図は平面図である。
第7実施形態は一対のSLアンテナ素子3(ab)を磁界面に沿って配列する点は第6実施例と同じであるが、給電系を異にする点で相違する。すなわち、第7実施形態では、給電系12の一部を形成する第1給電SL12aの両端角部に、一対のSLアンテナ素子3(ab)を接続する。
【0079】
要するに、基板1の一主面にて、一対のSLアンテナ素子3(ab)が第1給電SL12aの磁界方向に配列されるとともに、一対のSLアンテナ素子3(ab)を磁界方向に結合する。そして、第1給電SL12aと一端側が交差する第2給電MSL12bを基板1の他主面に配置する。ここでも、第2給電MSL12bの一端側は電気的開放端とする。これにより、2素子アレーSLアンテナを形成する。
【0080】
このような構成であれば、第2給電MSL12bからの高周波信号は、第1給電SL12aの中点から同振幅として同相で二分岐する。そして、第1給電SL12aに接続した一対のSLアンテナ素子3(ab)へ同相で給電され、各アンテナ素子3(ab)は同相で励振して高周波信号を電磁放射する。
【0081】
そして、この場合でも、第2給電MSL12bの給電端を起点とした磁界面に対して鏡面対称とするので、給電端からの各アンテナ素子3(ab)に対する給電長を同じにして、位相ズレのない同相で励振できる。
【0082】
そして、第20図に示したように、この場合でも、第2給電MSL12bの給電端を共通接続して、一対の2素子アレーSLアンテナを電界方向に配列し、第2共通給電MSL12b1の中点に第3給電SL12cを配置することによって4素子アレーSLアンテナ素子を得ることができ、さらにこれを繰り返すことによって8、16、32、64素子以上の多素子アレーSLアンテナを達成できる。
【0083】
なお、実施例7AではE(電界)面上の指向性偏位が発生するが、実施例7BではE面上で鏡面対称の逆相給電を行っているために、E面指向性偏位も解決できる。なお、この効果は、既に示した各実施例Bでの特に4個のアンテナ素子を配列した場合でも同様である。
【0084】
さらには、例えば第21図に示したように、実施例6Bにおいて、電磁波の放射面側とした例えば一主面側に各アンテナ素子3に対面する導体層14の形成された保持箱13を設けることによって、さらに利得を高めることができる。なお、第21図(a)は平面図、同図(b)はA−A断面図である。要するに、各アンテナ素子上の導体層12に誘導電流が流れることにより、空間共振系として作用する無給電アンテナを装荷することによって利得を高められる(請求項21)。
【0085】
この場合、導体層12は内表面に設けたが外表面でもよい。また、保持箱11に限らず、一主面上に導体層12を有する基板を積層してもよく一主面側に無給電アンテナとしての導体層を設ければよい。さらには、導体層12を規定の間隔で積層して配置し、利得を高めてもよい。そして、これらの構成は前述したいずれの実施例にも適用できることは言うまでもない。
【0086】
【発明の効果】
本発明では、基板の一主面に配置されたスロットライン型からなる一対のアンテナ素子及びスロットラインを含む給電端を有する給電系とを備え、一対のアンテナ素子はスロットラインの形成する電界面又は磁界面に沿って平行にして、給電端を起点とした磁界面又は電界面に対して給電系を含めて鏡面対称に配列し、一対のアンテナ素子と給電系とは互いに独立して電磁気的に結合し、さらに給電系が複数の給電線から形成される場合には給電線同士は互いに独立して基板の両主面間で電磁気的に結合し、一対のアンテナ素子を同相励振する。
【0087】
したがって、本が発明ではこれを基本ユニットとしてその一対を電界面又は磁界面に沿って鏡面対称に配列してさらに次数の高い基本ユニットを繰り返して形成できるので、特に構成を簡易にして指向特性を良好とした2素子及び多素子アレーSLアンテナを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態(実施例1A)の2素子SLアレーアンテナを説明する図である。
【図2】 本発明の第1実施形態の(実施例1B)の4素子SLアレーアンテナを説明する平面図である。
【図3】発明の第1実施形態(実施例1C)の8素子SLアレーアンテナを説明する平面図である。
【図4】 本発明の第1実施形態(実施例1C)の作用を説明する8素子SLアンテナの断面図である。
【図5】 本発明の第1実施形態(実施例1D)の16素子SLアレーアンテナを説明する平面図である。
【図6】 本発明の第2実施形態(実施例2A)の2素子SLアレーアンテナを説明する図である。
【図7】 本発明の第2実施形態の(実施例2B)の4素子SLアレーアンテナを説明する平面図である。
【図8】 本発明の第2実施形態(実施例2C)の8素子SLアレーアンテナを説明する平面図である。
【図9】 本発明の第3実施形態(実施例3A)の2素子SLアレーアンテナを説明する図である。
【図10】 本発明の第3実施形態の(実施例3B)の4素子SLアレーアンテナを説明する平面図である。
【図11】発明の第3実施形態(実施例3C)の8素子SLアレーアンテナを説明する平面図である。
【図12】 本発明の第3実施形態(実施例3D)の16素子SLアレーアンテナを説明する平面図である。
【図13】 本発明の第4実施形態(実施例4A)の2素子SLアレーアンテナを説明する図である。
【図14】 本発明の第4実施形態の(実施例4B)の4素子SLアレーアンテナを説明する平面図である。
【図15】 本発明の第5実施形態(実施例5A)の2素子SLアレーアンテナを説明する図である。
【図16】 本発明の第5実施形態(実施例5B)の4素子SLアレーアンテナを説明する平面図である。
【図17】 本発明の第6実施形態(実施例6A)の2素子SLアレーアンテナを説明する図である。
【図18】 本発明の第6実施形態(実施例6B)の4素子SLアレーアンテナを説明する平面図である。
【図19】 本発明の第7実施形態(実施例7A)の2素子SLアレーアンテナを説明する図である。
【図20】 本発明の第7実施形態(実施例7B)の4素子SLアレーアンテナを説明する平面図である。
【図21】 本発明の他の実施例を説明する4素子SLアレーアンテナの図である。
【図22】 従来例を説明する平面アンテナの図である。
【図23】 従来例を説明する平面アンテナの図である。
【図24】 従来例を説明するアレー型の平面アンテナの平面図である。
【図25】 従来例を説明するアレー型の平面アンテナの平面図である。
【図26】 従来例を説明するアレー型の平面アンテナの平面図である。
【符号の説明】
1 基板、2 導体、3 SLアンテナ素子、4、5、6、8、9、10、11、12 給電系、7 給電口、13 保持箱、14 導体層.
Claims (20)
- 基板の一主面に配置されたスロットライン型からなる一対のアンテナ素子及びスロットラインと、前記基板に配置された前記スロットラインを含む給電端を有する給電系とを備え、前記一対のアンテナ素子は前記スロットラインの形成する電界面又は磁界面に沿って平行にして、前記給電端を起点とした磁界面又は電界面に対して前記給電系を含めて鏡面対称に配列されるとともに、前記一対のアンテナ素子と前記給電系は互いに立して電磁気的に結合し、前記スロットライン型とした一対のアンテナ素子の幅方向に生ずる電界方向を同一方向として、前記一対のアンテナ素子を同相励振したことを特徴とする2素子アレー型スロットアンテナ。
- 請求項1において、前記一対のアンテナ素子は電界面に沿って配列され、前記給電系とは互いに独立した2素子アレー型スロットアンテナ。
- 請求項2において、前記給電系は、前記一対のアンテナ素子の中間に平行に配置されるとともに、前記一対のアンテナ素子に一端側が電磁結合するとともに他端側を給電端として前記基板の一主面に配置されたスロットラインである2素子アレー型スロットアンテナ。
- 請求項2において、前記給電系は、前記一対のアンテナ素子の各中点にて電磁結合する前記基板の他主面に配置されたマイクロストリップラインと、前記マイクロストリップラインの中点にて交差する一端側を電気的開放端として他端側を給電端とする前記基板の一主面に配置されたスロットラインとからなる2素子アレー型スロットアンテナ。
- 請求項4において、前記一対のアンテナ素子はループ状である2素子アレー型スロットアンテナ。
- 請求項2において、前記給電系は、前記一対のアンテナ素子の対向する各中点に設けられたコプレーナラインからなる給電口と、前記一対のアンテナ素子の各給電口に電磁結合する前記基板の他主面に配置されたマイクロストリップラインと、前記マイクロストリップラインの中点にて交差する一端側を電気的開放端として他端側を給電端とする前記基板の一主面に配置されたスロットラインとからなる2素子アレー型スロットアンテナ。
- 請求項6において、前記一対のアンテナ素子はループ状である2素子アレー型スロットアンテナ。
- 請求項1において、前記一対のアンテナ素子は磁界面に沿って配列され、前記給電系とは互いに独立した2素子アレー型スロットアンテナ。
- 請求項8において、前記給電系は、前記一対のアンテナ素子に平行に配置されて両端側が電磁結合した前記基板の一主面に配置されたスロットラインと、前記スロットラインの中点にて交差する一端側を電気的開放端として他端側を給電端とした前記基板の他主面に配置されたマイクロストリップラインとからなる2素子アレー型スロットアンテナ。
- 基板の一主面に配置されたスロットライン型からなる一対のアンテナ素子及びスロットラインと、前記基板に配置された前記スロットラインを含む給電端を有する給電系とを備え、前記一対のアンテナ素子は前記スロットラインの形成する電界面又は磁界面に沿って平行にして、前記給電端を起点とした磁界面又は電界面に対して前記給電系を含めて鏡面対称に配列されるとともに、前記一対のアンテナ素子と前記給電系とは互いに独立して電磁気的に結合し、前記一対のアンテナ素子を同相励振して2素子アレー型スロットアンテナを形成するとともに第1基本ユニットとし、
前記第1基本ユニットの一対を前記給電系の給電端を接続して共通給電線路として、前記一対のアンテナ素子の配列された方向とは逆方向となる電界面又は磁界面に沿って平行に配列し、前記共通給電線路の中点に一端側が電磁結合して他端側を給電端とした給電線を配置して鏡面対称に配置して前記第1基本ユニットの一対計4個のアンテナ素子を同相励振して4素子アレー型スロットアンテナを形成するとともに第2基本ユニットとし、以下同様に、
前次数の基本ユニットの一対を前次数の給電系の給電端を接続して共通給電線路として、前記前次数の基本ユニットの配列された方向とは逆方向となる電界面又は磁界面に沿って平行に配列し、前記共通給電線路の中点に一端側が電磁結合して他端側を給電端とした給電線を配置して鏡面対称にし、前記前次数の基本ユニットの2倍となるアンテナ素子を同相励振したことを特徴とする少なくとも4素子以上の多素子アレー型スロットアンテナ。 - 請求項10において、前記共通給電線路がマイクロストリップラインの場合には前記給電線をスロットラインとし、前記共通給電線路がスロットラインの場合には前記給電線をマイクロストリップラインとした多素子アレー型スロットアンテナ。
- 請求項10において、前記第1基本ユニットの一対のアンテナ素子は電界面上に沿って配列され、給電系によって同相励振されたアレー型スロットアンテナ。
- 請求項12において、前記給電系は、前記一対のアンテナ素子の中間に平行に配置されるとともに、前記一対のアンテナ素子に一端側が電磁結合するとともに他端側を給電端として前記基板の一主面に配置されたスロットラインである多素子アレー型スロットアンテナ。
- 請求項12において、前記給電系は、前記一対のアンテナ素子の各中点を横断して電磁結合する前記基板の他主面に配置されたマイクロストリップラインと、前記給電マイクロストリップラインの中点にて交差する一端側を電気的開放端として他端側を給電端として前記基板の一主面に配置されたスロットラインとからなる多素子アレー型スロットアンテナ。
- 請求項12において、前記給電系は、前記一対のアンテナ素子の対向する各中点に設けられたコプレーナラインからなる給電口と、前記一対のアンテナ素子の各給電口に電磁結合する前記基板の他主面に配置されたマイクロストリップラインと、前記給電マイクロストリップラインの中点にて交差する一端側を電気的開放端として他端側を給電端として前記基板の一主面に配置されたスロットラインとからなる多素子アレー型スロットアンテナ。
- 請求項14又は15において、前記一対のアンテナ素子はループ状である多素子アレー型スロットアンテナ。
- 請求項10において、前記第1基本ユニットの一対のアンテナ素子は磁界面上に沿って配列され、給電系によって同相励振されたアレー型スロットアンテナ。
- 請求項17において、前記給電系は前記一対のアンテナ素子に平行に配置されて両端側が電磁結合する前記基板の一主面に配置されたスロットラインと、前記スロットラインの中点にて交差する一端側を電気的開放端として他端側を給電端とした前記基板の他主面に配置されたマイクロストリップラインとからなる多素子アレー型スロットアンテナ。
- 請求項17において、前記給電系は、前記一対のアンテナ素子を磁界方向に接続する前記基板の一主面に配置されたスロットラインと、前記スロットラインの中点にて交差する一端側を電気的開放端として他端側を給電端とした前記基板の他主面に配置されたマイクロストリップラインとからなる多素子アレー型スロットアンテナ。
- 請求項1において、前記各アンテナ素子上に無給電アンテナを装荷したことを特徴とするアレー型スロットアンテナ。
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