JP6618825B2 - アレーアンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、アレーアンテナ装置に関する。

誘電体材料で作られたアレーアンテナの放射素子側の表面に、アンテナの保護層として、樹脂発泡体を接着する保護方法が知られている。当該保護方法は、アンテナの放射素子と機械的に接触しないレドームを用いてアンテナを保護する場合に比べて、アンテナ装置の薄型化を実現することができる。また、アンテナを保護するレドームとして、プラスチックフィルム層をアレーアンテナの放射素子側の表面に直接接着する場合に比べて、アンテナ本体の電気的特性に与える影響を低減し、アンテナ利得の低下を抑制することができる。その他、アンテナ本体の平面性や機械強度の向上といった効果も有する。

しかし、樹脂発泡体をアンテナ表面に接着すると、接着剤または接着層の不均一性により、アレーアンテナの各放射素子のインピーダンスが変化し、放射素子およびアンテナ全体の反射特性が劣化するといった問題が生ずる。また、放射素子ごとに反射特性が異なるため、アンテナ開口面上での電磁界分布が設計値から外れ、放射指向性が劣化し、アンテナ利得が低下する。その他、アンテナの交差偏波識別度が劣化するなどの問題もある。

特開昭６２−４８１０７号公報

良好なアンテナ特性を維持しつつ、アンテナの保護と機械強度の向上が図られたアレーアンテナ装置を提供する。

本発明の実施形態に係るアレーアンテナ装置は、１つ以上の放射素子が配置された第１表面を有するアレーアンテナと、前記第１表面に対向する方向に配置されたコア層と、前記アレーアンテナと前記コア層との間に存在し、前記アレーアンテナと前記コア層とを接着する第１接着層と、を備え、前記第１接着層は１つ以上の第１貫通穴を有し、前記第１貫通穴の内側に前記放射素子が１つ以上配置されている。

第１の実施形態に係るアレーアンテナ装置の概略構成の一例を示す分解斜視図。 第１の実施形態に係るアレーアンテナ装置の概略構成の一例を示す断面図。 第２の実施形態に係るアレーアンテナ装置の概略構成の一例を示す分解斜視図。 第３の実施形態に係るアレーアンテナ装置の概略構成の一例を示す分解斜視図。 第４の実施形態に係るアレーアンテナ装置の概略構成の一例を示す分解斜視図。 第４の実施形態に係るアレーアンテナ装置の概略構成の一例を示す断面図。 第５の実施形態に係るアレーアンテナ装置の概略構成の一例を示す分解斜視図。 第５の実施形態に係るアレーアンテナ装置の概略構成の一例を示す断面図。 第６の実施形態に係るアレーアンテナ装置の概略構成の一例を示す分解斜視図。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るアレーアンテナ装置の概略構成の一例を示す分解斜視図である。第１の実施形態に係るアレーアンテナ装置１００は、アレーアンテナ１０１と、低誘電率コア（コア層）１０２と、第１接着層１０３を備える。

アレーアンテナ１０１は、表面に複数の放射素子１０４を有する。これらの放射素子１０４から、電磁波が放射される。アレーアンテナ１０１は、例えば、誘電体基板などに形成されることが考えられる。誘電体基板としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）もしくはエポキシなどの樹脂基板、または、樹脂発泡体もしくは液晶ポリマーなどのフィルム基板などが用いられる。誘電体基板は曲がりやすいため、誘電体基板に形成されていることにより、強度を高めることができる。

放射素子１０４は、例えば、パッチアンテナ、スロットアンテナ、スロットループアンテナなどが用いられる。

低誘電率コア１０２は、放射素子１０４を有するアレーアンテナ１０１の表面と対向するように配置される。低誘電率コア１０２としては、例えば、樹脂発泡体が用いられる。

第１接着層１０３は、アレーアンテナ１０１と低誘電率コア１０２との間に位置し、アレーアンテナ１０１と低誘電率コア１０２を接着する。第１接着層１０３は、例えば、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂をシート状にしたものを用いてもよい。シート状の樹脂層を接着層とすることにより、接着される際の作業が簡易化される。または流体状の接着剤を用いて第１接着層１０３を形成してもよい。アレーアンテナ１０１または低誘電率コア１０２に対して流体状の接着剤を塗布し、塗布された接着剤を第１接着層１０３としてもよい。

第１接着層１０３は、複数の第１貫通穴１０５を有する。複数の第１貫通穴１０５は、アレーアンテナ１０１と第１接着層１０３との接着面において、アレーアンテナ１０１の表面上に配置された放射素子１０４と対向する箇所に設けられている。換言すれば、放射素子１０４は、アレーアンテナ１０１と第１接着層１０３との接着時において、第１貫通穴１０５の内側に配置される。これにより、放射素子１０４と第１接着層１０３とは接着されない。

図２は、第１の実施形態に係るアレーアンテナ装置１００の断面図の一例である。アレーアンテナ１０１の表面上に配置された放射素子１０４は、第１貫通穴１０５の内側に配置され、第１接着層１０３と接着されていないことが分かる。

第１接着層１０３をシート状の樹脂層にするときは、予め第１貫通穴１０５を設けておけばよい。第１接着層１０３を流体状の接着剤を用いて形成するときは、放射素子１０４を回避するように流体状の接着剤を塗布すればよい。

低誘電率コア１０２が樹脂発泡体の場合、第１接着層１０３を用いてアレーアンテナ１０１と低誘電率コア１０２を接着すると、第１接着層１０３は低誘電率コア１０２（樹脂発泡体）の気泡に浸透する。当該気泡は、低誘電率コア１０２（樹脂発泡体）に均一に配置されていないため、第１接着層１０３は不均一となってしまう。そして、不均一な第１接着層１０３が放射素子１０４を被覆すると、各放射素子のインピーダンスが変化し、放射素子およびアンテナ全体の反射特性が劣化する。放射素子ごとに反射特性がばらつくため、電磁界分布が設計値からずれ、放射指向性が劣化し、アンテナ利得が低下する。また、アンテナの交差偏波識別度が劣化するといった問題が生ずる。そこで、本実施形態の第１接着層１０３は第１貫通穴１０５を有し、放射素子１０４からの電磁波の多くを、第１貫通穴１０５を通過させることにより、アンテナ諸特性の劣化を防ぐ。また、第１貫通穴１０５ではなく第１接着層１０３を通過する電磁波があったとしても少量であるため、アンテナ諸特性に与える影響は非常に小さい。したがって、本実施形態は、良好なアンテナ特性を実現する。

なお、ここでは、全ての放射素子１０４と第１接着層１０３とは接着されていないことを想定しているが、特定の放射素子１０４を第１接着層１０３と接着しないようにしてもよい。

図１および２においては、アレーアンテナ１０１と低誘電率コア１０２を接着した際に、１つの第１貫通穴１０５の内部に１つの放射素子１０４が含まれている。すなわち、第１貫通穴１０５と放射素子１０４は１対１の関係にある。しかし、第１貫通穴１０５の数、配置、幅はこれに限られない。１つの第１貫通穴１０５の内側に複数の放射素子１０４が配置されていてもよい。例えば、図で示した第１貫通穴１０５の複数を１つにまとめて大きな１つの貫通穴としてもよい。

図１に示した複数の第１貫通穴１０５の開口部の形状は丸形としたが、第１貫通穴１０５以外の領域が放射素子１０４と接触しなければよく、矩形、多角形、その他複雑な形状にしてもよい。

以上のように、第１の実施形態では、アレーアンテナ１０１の表面に配置された複数の放射素子１０４と対向する領域に複数の第１貫通穴１０５が設けられた第１接着層１０３により、アレーアンテナ１０１と低誘電率コア１０２が接着される。これにより、アレーアンテナの保護、機械強度の向上を図りつつ、アンテナ表面とアンテナ保護層とを接着する接着剤または接着シートの不均一性に起因するアンテナ諸特性の劣化抑制を図ることができる。また、アレーアンテナ装置の薄型化を実現することができる。

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係るアレーアンテナ装置２００の概略構成の一例を示す分解斜視図である。第２の実施形態では、低誘電率コア１０２の比誘電率以上の比誘電率を有するスキン（スキン層）２０１をさらに具備する点が、第１の実施形態と異なる。第１の実施形態と同様な点は、説明を省略する。

スキン２０１は、低誘電率コア１０２が有する面のうち、アレーアンテナ１０１と接着される面とは逆側の面と接触するように配置される。スキン２０１としては、良好な耐候性を有し、電波の減衰の少ないＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、または機械強度に優れるＦＲＰ（繊維強化プラスチック）などが用いられる。

スキン２０１を図３のように配置することにより、強度が低い低誘電率コア１０２のみの第１の実施形態よりも、アレーアンテナ装置２００の保護性能が向上する。また、アレーアンテナ装置１００の保護性能が向上したため、単体ではアンテナの保護機能を持たない絶縁性のハニカムを、低誘電率コア１０２として用いることができる。絶縁性のハニカムは、樹脂発泡体に比べて比重が小さいため、アレーアンテナ装置２００の軽量化を実現できる。

なお、ハニカム構造にする場合も、樹脂発泡体と同じく、第１接着層１０３が不均一となりアンテナ諸特性が劣化する。しかし、本実施形態においても、アレーアンテナ１０１の表面に配置された複数の放射素子１０４と対向するように設けられた複数の第１貫通穴１０５により、不均一となった第１接着層１０３は放射素子１０４を被覆しないため、アンテナ諸特性の劣化を防ぐことができる。

以上のように、第２の実施形態のアレーアンテナ装置２００は、スキン２０１を備えることにより、第１の実施形態よりもアンテナの保護性能を向上させることができる。また、低誘電率コア１０２を絶縁性のハニカムとすることにより、第１の実施形態よりもアレーアンテナ装置２００を軽量化することができる。

（第３の実施形態）
図４は、第３の実施形態に係るアレーアンテナ装置３００の概略構成の一例を示す分解斜視図である。第３の実施形態は、低誘電率コア１０２とスキン２０１との間に第２接着層３０１を備える点が、第２の実施形態と異なる。第２の実施形態と同様な点は、説明を省略する。

第２接着層３０１は、低誘電率コア１０２とスキン２０１とを接着する。第２接着層３０１としては、第１接着層１０３と同様に、熱硬化性樹脂をシート状にしたもの、または流体状の接着剤などが用いられる。低誘電率コア１０２とスキン２０１を接着することにより、第２の実施形態よりもアンテナの機械強度が向上する。

以上のように、第３の実施形態のアレーアンテナ装置３００は、低誘電率コア１０２とスキン２０１を接着する第２接着層３０１をさらに備えることにより、第２の実施形態よりも、アレーアンテナ装置の機械強度を向上することができる。

（第４の実施形態）
図５は、第４の実施形態に係るアレーアンテナ装置４００の概略構成の一例を示す分解斜視図である。第４の実施形態は、低誘電率コア１０２が第２貫通穴４０１を有する点が、第３の実施形態と異なる。第３の実施形態と同様な点は、説明を省略する。なお、第２の実施形態の低誘電率コア１０２に第２貫通穴４０１を設けさせてもよい。第２の実施形態の低誘電率コア１０２に第２貫通穴４０１を設けさせた場合も、第４の実施形態と第２接着層３０１が備えられていない点だけが異なるため、説明は省略する。

アレーアンテナ装置４００を送信アンテナとして用いた場合、各放射素子１０４から放射された電磁波の一部が、低誘電率コア１０２に設けられた第２貫通穴４０１を通過する。換言すれば、各放射素子１０４から放射された電磁波の一部は、低誘電率コア１０２を通過せず伝播するため、低誘電率コア１０２で生じる誘電体損失が低減される。これにより、これまでに説明した実施形態よりも、アンテナ性能が更に向上する。

図６は、第４の実施形態に係るアレーアンテナ装置４００の概略構成の一例を示す断面図である。各放射素子１０４から放射されアレーアンテナ１０１の各第１貫通穴１０５を通過する電磁波は、そのまま低誘電率コア１０２に設けられた第２貫通穴４０１を通過することが分かる。

図５および６においては、低誘電率コア１０２に形成された第２貫通穴４０１とアレーアンテナ１０１に形成された放射素子１０４が１対１に対応しているが、第２貫通穴４０１の数、配置、幅はこれに限られない。アレーアンテナ１０１と低誘電率コア１０２を接着した際に、１つの第２貫通穴４０１からアレーアンテナ１０１に向けて下ろした正射影の内部に、複数の放射素子１０４が配置されるようにしてもよい。例えば、図で示した第２貫通穴４０１の複数を１つにまとめて大きな１つの貫通穴としてもよい。

図５に示した複数の第２貫通穴４０１の開口部の形状は丸形としたが、矩形、多角形、その他複雑な形状にしてもよい。

なお、アレーアンテナ装置４００を受信アンテナとして用いた場合も、可逆性が成り立ち、低誘電率コア１０２で生じる誘電体損失が低減される。ゆえに受信アンテナとして用いた場合も、これまでに説明した実施形態よりも、アンテナ性能が更に向上する。

以上のように、第４の実施形態では、アレーアンテナ１０１の複数の放射素子１０４に対向する領域に第２貫通穴４０１が設けられた低誘電率コア１０２により、低誘電率コア１０２で生じる誘電体損失を低減することができる。これにより、第２および第３の実施形態よりも、さらに良好なアンテナ特性を実現できる。

（第５の実施形態）
図７は、第５の実施形態に係るアレーアンテナ装置５００の概略構成の一例を示す分解斜視図である。第５の実施形態は、第２接着層３０１が第３貫通穴５０１を有する点が、第４の実施形態と異なる。第４の実施形態と同様な点は、説明を省略する。なお、第３の実施形態の第２接着層３０１が第３貫通穴５０１を有していてもよい。第３の実施形態の第２接着層３０１に第３貫通穴５０１を設けさせた場合も、低誘電率コア１０２に第２貫通穴４０１が設けられていない点だけが異なるため、説明は省略する。

アレーアンテナ装置５００を送信アンテナとして用いた場合、各放射素子１０４から放射された電磁波の一部が、第２接着層３０１に設けられた第３貫通穴５０１を通過する。換言すれば、各放射素子１０４から放射された電磁波の一部は、第２接着層３０１を通過せず伝播するため、第２接着層３０１で生じる誘電体損失を低減できる。これにより、これまでに説明した実施形態よりも、アンテナ性能が更に向上する。

図８は、第５の実施形態に係るアレーアンテナ装置５００の概略構成の一例を示す断面図である。各放射素子１０４から放射されアレーアンテナ１０１の各第１貫通穴１０５および低誘電率コア１０２の第２貫通穴４０１を通過する電磁波は、そのまま第２接着層３０１に設けられた第３貫通穴５０１を通過することが分かる。

第２接着層３０１に形成された第３貫通穴５０１とアレーアンテナ１０１に形成された放射素子１０４が１対１で対応しているが、これに限られない。第３貫通穴５０１は、アレーアンテナ１０１と低誘電率コア１０２を接着した際に、１つの第３貫通穴５０１からアレーアンテナ１０１に向けて下ろした正射影の内部に、複数の放射素子１０４が配置されるようにしてもよい。

図５および６においては、第２接着層３０１に形成された第３貫通穴５０１とアレーアンテナ１０１に形成された放射素子１０４が１対１に対応しているが、第３貫通穴５０１の数、配置、幅はこれに限られない。第２接着層３０１と低誘電率コア１０２を接着した際に、１つの第３貫通穴５０１からアレーアンテナ１０１に向けて下ろした正射影の内部に、複数の放射素子１０４が配置されるようにしてもよい。例えば、図で示した第３貫通穴５０１の複数を１つにまとめて大きな１つの貫通穴としてもよい。

図７に示した複数の第３貫通穴５０１は丸形としたが、矩形、多角形、その他複雑な形状にしてもよい。

また、アレーアンテナ装置５００を受信アンテナとして用いた場合も、可逆性が成り立ち、第２接着層３０１で生じる誘電体損失を低減できる。ゆえに受信アンテナとして用いた場合も、これまでに説明した実施形態よりも、アンテナ性能が更に向上する。

以上のように、第５の実施形態では、アレーアンテナ１０１の複数の放射素子１０４に対向する領域に第３貫通穴５０１が設けられた第２接着層３０１により、第２接着層３０１で生じる誘電体損失を低減することができる。これにより、第３および第４の実施形態よりも、さらに良好なアンテナ特性を実現できる。

（第６の実施形態）
図９は、第６の実施形態に係るアレーアンテナ装置６００の概略構成の一例を示す分解斜視図である。第６の実施形態は、補強材６０１と第３接着層６０２をさらに備える点が、第３の実施形態と異なる。第３の実施形態と同様な点は、説明を省略する。なお、その他の実施形態が補強材６０１と第３接着層６０２をさらに備えていてもよい。

補強材６０１は、アレーアンテナ１０１の放射素子１０４が配置される面とは逆側の面に固定される。補強材６０１は、金属、樹脂発泡体、ハニカム、もしくはＦＲＰ、またはこれらの一部もしくは全部を組み合わせたものを用いてもよい。補強材６０１により、アレーアンテナ装置６００の機械強度が、これまでの実施形態よりも更に向上する。

第３接着層６０２は、アレーアンテナ１０１と補強材６０１とを固定する。第３接着層６０２は、第１接着層１０３または第２接着層３０１と同一でもよい。また、第３接着層６０２は、接着シートでも、接着剤を塗布したものでもよい。なお、第３接着層６０２と、第１接着層１０３と、第２接着層３０１とを、同一の素材にて実現することで、アレーアンテナ１０１、低誘電率コア１０２、スキン２０１、補強材６０１の接着を一工程で実現でき、アレーアンテナ装置６００の製造工程を簡略化させることができる。なお、補強材６０１とアレーアンテナ１０１の固定は、第３接着層６０２を用いずにねじ止めなどにより固定してもよい。

以上のように、第６の実施形態は、アレーアンテナ１０１の放射素子１０４が配置される面とは逆側の面に固定された補強材６０１により、アレーアンテナ装置６００の機械強度をこれまでの実施形態よりも更に向上させることができる。

上記に、本発明の一実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００ アレーアンテナ装置
１０１ アレーアンテナ
１０２ 低誘電率コア
１０３ 第１接着層
１０４ 放射素子
１０５ 第１貫通穴
２０１ スキン
３０１ 第２接着層
４０１ 第２貫通穴
５０１ 第３貫通穴
６０１ 補強材
６０２ 第３接着層

Claims (12)

1. １つ以上の放射素子が配置された第１表面を有するアレーアンテナと、
   前記第１表面に対向する第２表面を有するコア層と、
   １つ以上の第１貫通穴を有し、前記アレーアンテナと前記コア層とを接着する第１接着層と、
   前記コア層における前記第２表面とは反対の第３表面に対向して設けられ、前記コア層の比誘電率以上の比誘電率を有するスキン層と、
   を備え、
   前記第１貫通穴の内側に前記放射素子が１つ以上配置され、
   前記コア層を形成する物体が前記放射素子と前記第１貫通穴を介して対向する
   アレーアンテナ装置。
2. １つ以上の放射素子が配置された第１表面を有するアレーアンテナと、
   前記第１表面に対向する第２表面を有するコア層と、
   １つ以上の第１貫通穴を有し、前記アレーアンテナと前記コア層とを接着する第１接着層と、
   前記コア層における前記第２表面とは反対の第３表面に対向して設けられ、前記コア層の比誘電率以上の比誘電率を有するスキン層と、
   を備え、
   前記第１貫通穴の一端の開口部の内側に前記放射素子が１つ以上配置され、
   前記第１貫通穴の他端の開口部は、前記コア層により覆われている
   アレーアンテナ装置。
3. 前記コア層は、樹脂発泡体または絶縁性のハニカムである、
   請求項１または２に記載のアレーアンテナ装置。
4. 前記コア層は第２貫通穴を有し、
   前記第２貫通穴から前記アレーアンテナに向けて下ろした正射影の内部に、前記放射素子が１つ以上配置されている
   請求項１ないし３のいずれか一項に記載のアレーアンテナ装置。
5. 前記スキン層と前記コア層とを接着する第２接着層
   をさらに備える請求項１ないし４のいずれか一項に記載のアレーアンテナ装置。
6. 前記第１接着層と前記第２接着層の少なくとも一方は、シート状の樹脂層である、
   請求項５に記載のアレーアンテナ装置。
7. 前記第２接着層は第３貫通穴を有し、
   前記第３貫通穴から前記アレーアンテナに向けて下ろした正射影の内部に、前記放射素子が１つ以上配置されている
   請求項５または６に記載のアレーアンテナ装置。
8. 前記アレーアンテナにおける前記第１表面とは反対の第４表面に設けられた補強材
   をさらに備える請求項１ないし７のいずれか一項に記載のアレーアンテナ装置。
9. 前記補強材は、前記第４表面と接着されている
   請求項８に記載のアレーアンテナ装置。
10. 前記アレーアンテナは、誘電体基板に形成されている
    請求項１ないし９のいずれか一項に記載のアレーアンテナ装置。
11. 前記第１接着層が前記コア層に浸透している
    請求項１ないし１０のいずれか一項に記載のアレーアンテナ装置。
12. 前記第１接着層が不均一である
    請求項１ないし１１のいずれか一項に記載のアレーアンテナ装置。