JPH0223702A - 広帯域アンテナ - Google Patents

広帯域アンテナ

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JPH0223702A
JPH0223702A JP1127997A JP12799789A JPH0223702A JP H0223702 A JPH0223702 A JP H0223702A JP 1127997 A JP1127997 A JP 1127997A JP 12799789 A JP12799789 A JP 12799789A JP H0223702 A JPH0223702 A JP H0223702A
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ダッド、エイ、ペット
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/08—Radiating ends of two-conductor microwave transmission lines, e.g. of coaxial lines, of microstrip lines
    • H01Q13/085—Slot-line radiating ends

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  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

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、新規なプリント輻射素子アンテナ、ことに一
体の給電手段及びこれ等から形成したプレイ配置を持つ
新規なスロットアンテナ構造に関する。
〔発明の背景〕
無線周波エネルギー用のアンテナを設計する際には、ア
ンテナが給電回線網に適合できることが大切である。す
なわちアンテナ素子及び給電手段の間でアンテナ素子を
励振するのに使おうとする転移装置は、帯域幅の制限を
生ずる不連続性のほとんどない又は全くないものでなけ
ればなら彦い。
給電回線網に適合でき、重量が軽く、構造が丈夫でしか
も簡単に作られる広帯域アンテナを述めようとすると、
アンテナ技術者に利用できる選択は比較的制限を受ける
。表面的には、比較的良好な帯域幅特性を持つ対象品と
して、電気信号を送受信するいわゆるデュアルリッジア
ンテナがある。
一般にこのようなアンテナは、１対の整合指向性集子す
なわちリッジを持つ接地面を備えている。
これ等のリッジは、接地面から直交する方向に延び互い
に向き合う湾曲内面を持つ。これ等の湾曲内面は、接地
面に向かい収束し接地面から又相互に所定の距離に終っ
ている。各整合指向性素子間の最小離隔点では伝送う・
ｆンが容易に利用され一般に同軸給電アセンブリにより
整合素子全励振する。このようなアセンブリすなわち転
移部をこのようなデュアルリッジ型アンテナへの給電ラ
インとして使うときは、実際上、電気特性とくにアンテ
ナの帯域幅を制限し又は変えることの多い若干の不連続
性の存在することが一般によく知られている。さらにデ
ュアルリッジアンテナは一般に、コンフォーマルアレイ
構造に必要であるような多重接続給電回線網に役立つ構
造にはならない。さらに協働する転移装置を備えたデュ
アルリッジアンテナは一般に高い信頼性及び一貫性が得
られるように作ることがさらにむずかしい。
任童の必要とするインピーダンス整合又は電力分割用回
線成分が協働するアンテナを設計する際には、アンテナ
設計者は、アンテナが所望の電気的機能を果すようにし
なければならない。この電気的機能は、とくに、適当な
利得、帯域幅、ビーム幅、副ローブレベル、輻射効率、
開口能率、受信横断面、輻射抵抗と共にその他の電気特
性を持つ、直線偏波、右回り円偏波、左回シ円偏波等の
ｒ、ｆ、信号を送受信することを含む。
アンテナ構造は、軽量で構造が簡単であυ安価で環境の
妨げにならないことが有利である。その理由は、アンテ
ナが、空気力学的形状からの過度の偏差をもちろん許容
できない自動車、高速航空機、ミサイル又はロケット装
置に協働することが多いような支持面に取付は又は固定
する必要のあることが多いからである。又、アンテナ又
はアレイを隠してその存在が安全上と共に美観上あまり
目立たないようにするのが望ましいことがあるのはもち
ろんである。従って理想的なアンテナは、物理的に極め
て薄くて航空機の表面又は類似物のような増付面の外側
に突出しないと共にしかもなお全部の所要の電気的特性
を備えなければならない。
支持面と同一平面に取付けることのできる極めて低いプ
ロフィルを持つアンテナは一般にコンフォーマルアンテ
ナ（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ　ａｎｔｅｎｎａ　）と呼ばれ
る。前記したようにこのようなアンテナは、その支持面
の輪郭に一致し、従ってこのような装置を乗物に取付は
又は固定し空間を経て推進するときに生ずる乱流作用を
低減し又はなくす。コンフォーマルアンテナは、もちろ
ん複数種類の方法により構成されるが、一般には当業界
によく知られている比較的簡単なホトエツチング法によ
り形成することができる。このような方法によシ比較的
安価な生産費で容易な装作ができる。簡単に述べるとい
わゆるコンフォーマルアンテナ又はプリント回線ボード
アンテナは、普通のホトレゾストエツチング法を使い単
一の金属被覆誘電体シート又は電着フィルムの単一の側
にエツチングを施すことによって形成する。たとえば全
アンテナ構造は、費用が最低になり製造及び作動上の信
頼性及び再現性が最高になる１／３２　ｉｎないし１／
Ｂ　ｉｎの厚さでよい。
このようなプリント回線ボードアンテナの製造費は実質
的に最低になるのは明らかである。その理由は、単一の
アンテナ素子又はこのような素子のプレイ或はこれ等の
両方は、適当なｒ、ｆ、給電う・ｆン、移相回線又はイ
ンピーダンス整合回線網或はこれ等の全部と共に、電子
プリント回線ボードを作るのに一般に使われている安価
なホトレジストエツチング処理を使うことにより、すべ
て１つの一体に形成した電気回線として作ることができ
るからである。アンテナ構造を作るこの方法は、アンテ
ナ偏波指向性パターンの得られるアンテナ、たとえばタ
ーンスタイルダイポールアレイ、空洞付きターンスタイ
ルスロットアレイ及びその他の特殊なアンテナを作る複
雑で費用の高いことが多い従来の方法と同様になる。
この説明で考えるようなアンテナすなわち広がリノツチ
型アンテナは種種の形状に構成しである。
簡単に述べるとボールドウィン（Ｂａｌｄｗｉｎ　）　
ｋ発明者とする米国特許第２．９４２，２６３号明細書
には普通のノツチアンテナ装置について記載しである。
さらにイヤーラウド（Ｙｅａｒｏｕｔ　）等？発明者と
する米国特許第２．９４４，２５８号明細書には広い帯
域を持つ前記したようなデュアルリッジアンテナについ
て記載しである。モンサー（Ｍｏｎ５ｅｒ）等を発明者
とする米国特許第３．８３６，９７６号明細書には、１
個ずつに広がυノツチを形成した複数対の相互に直交す
るプリント幅対素子により形成した広帯域整相配列アン
テナについて記載しである。このモンサー等の特許明細
書には、金属被被層にはんだ付けした同軸ケーブルの形
の給電手段を記載しである。この場合一般に、アンテナ
の帯域幅を制限することの多い若干の不連続性を生ずる
。又ネスター（Ｎｅ５ｔｅｒ　）　ｋ発明者とする米国
特許第４，５００，８８７号明細書には、マイクロスト
リップ給電構造から広がりノツチアンテナへのなめらか
な連続した転移部全形成するように作った広帯域輻射素
子について記載しである。
〔発明の要約〕
本発明の目的は、広帯域用及びマイクロストリップ回線
に適合したアンテナ全提供することにある。
本発明の他の目的は、間の望ましくない不連続性を実質
的に減少した一体のなめらかな転移部を形成したアンテ
ナ及びその各種の給電手段全提供することにある。
本発明の他の目的は、広い周波数範囲にわたりｒ、ｆ、
エネルギー全送受することのできるアンテナ素子のプレ
イを提供することにある。
さらに本発明の目的は、ノツチアンテナ及びマイクロス
トリップ給電ラインの間の転移手段を形成する方法及び
装置を提供することにある。
なお本発明の他の目的は、重量が軽く密実な構造金持ち
容積の比較的小さい新規な広帯域アンテナ装置を提供す
ることにある。
さらに本発明の目的は、構造が簡単で容易に作られ協働
する給電手段を持つ新規なコンフォーマルアンテナアレ
イを提供することにある。
本発明のこれ等の又その他の目的は、（イ）ストリップ
導体と、（ロ）このス）　ＩＪツブ導体の横方向に延び
るスロット金持ち、前記ストリップ導体から隔離され、
このストリップ導体に平行に位置する接（Ｑ’＋ 地面と、（ハ）前記スロットから上方外向きに延びる各
湾曲面を持ち、前記スロットヲ横切υ、前記接地面に直
交して位置させた導電性平板状素子とを包含する広帯域
アンテナを提供することにより達成される。ストリップ
導体とスロット全形成した接地面とは、空気又は固体材
料である誘電体により一般に隔離しである。
導体又はストリップ導体は一般に、固体誘電体基板の金
属化層（ｍｅｔａｌｌｉｚｅｄ、　１ａｙｅｒ　）にホ
トエツチングを施すことにより形成する。このような金
属化層導体は、伝送ラインとして作用しマイクロストリ
ップ伝送ラインと呼ばれる。すなわちこのような導電性
構造ラインは、金属化層ストリップと固体誘電体及び支
持体によシ隔離した接地面とから成り、従ってほぼ純粋
なＴＥＭ伝播モードを生ずる。誘電体基板の組成は極め
て広い範囲の材料でよいのは明らかである。その理由は
、実際上、ポリエチレン、ポリテトラフルオルエチレン
（ＰＴＦＦｆ）　、シリコーンゴム、ホリスチレン、ホ
リフエニレン、アルミナ、酸化ベリリウム及びセラミツ
ク材を含む広範囲の種類の材料が役立つからである。導
体アンテナ素子を適正に支持することのできる任意の誘
電体が対応できる。
ここに述べるノツチアンテナ構造では導電性パッチを構
成する２つの金属化層を平板状誘電体基板に位置させ相
互に間隔を置いて、相互に隣接する各金属化層の縁部が
種種の距離を隔てた湾曲縁部を形成するようにしである
。各金属化層の互いに向き合う縁部が補形的に又は非補
形的に湾曲するのは明らかである。補形的のときは、湾
曲縁部は曲線に沿い、この曲線の他の部分が同じである
か又は実質的に同じである点金持ち、各金属化層を三等
分する経線に沿い理論的に折曲げたときに湾曲部分が他
の部分に実質的に一致し又は組合うようになる。又各回
線は、理論的に折曲げたときにこれ等の曲線が相互に一
致しないか又は実質的に組合わない場合に非補形的と考
えられる。
２つの金属化層は、これ等の２つの金属化層の収束部が
存在する比較的狭いアンテナ構造部分にギャップが形成
され又この部分から一層広い部分に口を形成した広がり
ノツチ形状として見ることができる。２つの金属化層は
それぞれのノツチ形状をこれ等の金属化層間に形成した
ギャップから共通に誘導する。実際上デュアル広がりノ
ツチは一般にギャップ部分から指数関数曲線に沿い外方
に湾曲するように形成しである。これ等の金属化層の縁
部は、相互に向き合い一般に連続関数に従って外方に湾
曲する。この関数は直線関数又は放物関数でよい。
誘電体材料と、この誘電体材料の一方の側に形成したス
トリップ導体から成る一方のラインと前記誘電体材料の
他方の側に接地面として形成した他方のラインとから成
り前記ス）　ＩＪツブ導体を介して準ＴＥＭモードで所
定の周波数範囲内の信号を伝播し前記接地面に前記ス）
　ＩＪツゾ導体の横方向に延びこのストリップ導体の一
方の側を越えて約１／４波長の位置に終るスロットヲ形
成した２条の導体伝送ラインと、前記接地面に電気的に
接触する各金属化層を持ち又連続関数に従って前記スロ
ットから外方に延びる各リッジ金持ち前記スロットに垂
直に前記接地面に直交して位置させたデュアルリッジア
ンテナ装置とを備え、広帯域の用途を持つアンテナアセ
ンブリについて述べる。
〔実施例〕
実施例に゛りいて図面を参照して説明すると、第１図に
示した普通の（従来の）ノツチアンテナ装置１０は、誘
電体基板１３に位置させこの基板に一体に接続した金属
化層１１を備えている。ノツチアンテナ装置１０は第１
図に示すようにゆるやかな転移部によシ相互に接続した
口１４及び狭いスロットライン１５を持つ。スロットラ
イン１５の基部にはスロットラ・ｒン開路１６を形成し
である。スロットラ・ｆン開路１６はこのアンテナ装置
を伝送ラインにイン２−ダンス整合させるのに必要であ
る。しかし空洞すなわち開路１６は、ノツチアンテナ装
置１０が適正に受信又は送信することのできる高い周波
数対低い周波数の比に制限を加える。アンテナ指向性パ
ターンは、単相向性であり、一般に通常約４：１を越え
ない帯域幅を生ずる。この特定のノツチアンテナ構造は
、伝送ライン１８をこれがテーパ付きスロットの平面す
なわちノツチアンテナ１０の平面に平行にこれから間隔
を隔てた平面内に在るように位置させることが必要であ
る。
本発明のアンテナは第２図、第３図及び第４図に例示し
である。電磁波を受は伝送するノツチアンテナ２０は誘
電体材料のような平板状基板２１を備えている。前記し
たようにこのような材料は、誘電体又はセラミック材料
のＰＴＦＥ複合体、ガラス繊維強化架橋結合ポリオレフ
ィン、アルミナ及び＠供物から成っている。表面基板の
一方の側でこの基板にそれぞれ第１及び第２の金属化層
２２゜２３を図示のように互いに間隔を置いて接着しで
ある。各縁部２４　、２５’は、一般に約０．００１５
ｉｎ又はそれ以下の厚さを持つ各金属化層２２゜２３が
一般に電着されるから、極めて薄いのは明らかである。
第２図、第６図及び第４図ではノツチアンテナ２０の２
つの金属化層２２．２３はその間に小さな間隔すなわち
ギャップ２６を形成するようにこの間隔部分で相互に接
近している。２つの金属化層２２．２３は、これ等の金
属化層間の一端部に狭い接近部にギャップ２６全形成し
他端部に目部分２９を形成した広がりノツチアンテナ装
置を形成する。
第２図に明らかなようにノツチアンテナ２０は導電性基
準接地面２５に位置させこれに直交して固定しである。
接地面２５は誘電体台板３３に接着しである。アンテナ
２０はギャップ２６が接地面２５に形成したスロット２
７に整合するように位置させである。第４図に明らかな
ようにスロット２７はアンテナ２０に対して、スロット
２７がアンテナ２０に直交してその両側に延びるように
位置させである。基板２１の一方の側でマイクロス）　
ＩＪツブ伝送ライン２８が台板３３の下部部分に固定さ
れスロツ）２７に直交して位置させである。この配置に
よりマイクロストリップ伝送ライン２８は源からのｒ、
ｆ、信号エネルギーの通過中に基準接地面２５に形成し
たスロット２７に容量結合されるのは明らかである。こ
のようにして各金属化層２２．２３間のテーパ付きスロ
ットの励振によりアンテナ指向性パターンを生ずる。ス
ロット２７は高周波のアンテナ指向性パターンに役立つ
。
この配置によりこのノツチアンテナに対する給電手段を
普通のマイクロストリップ伝送ラインによって直送式に
することができるのは明らかである。さらに従来の構造
ではマイクロストリップ給電手段がアンテナ構造に平行
に位置させた平面内に在ることを必要としこれが幾分好
ましくない形状となるのは明らかである。本発明によれ
ばマイクロストリップ伝送ラインは、テーパ付きノツチ
の平面に直交する平面内に位置し構造が一層対称形であ
υ形状が一層好ましい。すなわちこのような構造たとえ
ば回線ボードにプリントされた広帯域テーパ付きノツチ
アンテナに対するｒｆ、電磁エネルギーの結合は、プリ
ント回線ボード全導電性接地面に直交して取付け、この
接地面のスロットヲこの接地面の他方の側に位置させた
マイクロストリップ伝送ライン全弁して励振させること
により容易に行われる。
第５図に示した他の実施例では、マイクロストリップ伝
送ライン２８の下部部分すなわち下部側に支持用の誘電
体材料３３を設け、他方の側にスロット２７を持つ接地
面２５ケ設けである。接地面２５は、接地面２５に導電
性が生ずるように結合した２つの金属化層２２．２３’
ｉ持つ長方形基板２１を備えた広帯域ノツチアンテナ２
０に一体に接続したアンテナ用支持面である。この実施
例ではノツチアンテナ２０を形成する各金属化層は図示
のように一方の側に曲げである。第２図及び第５図の両
実施例は電磁波を整合させ又自由空間に又この空間から
誘導する変成器として作用するノツチアンテナであるの
は明らかである。
前記した説明から明らかなように本発明により、ノツチ
アンテナ構造及びマイクロストリップ伝送ライン７７）
ら成り不連続性をなくした新規な組合せが得られ、又広
帯域用途及びマイクロス）　ＩＪツブ回線に適合したｉ
！まで安価に容易に作られるようにｒ、ｆ　　エネルギ
ーを直接送受する直送の方法及び構造を提供できる。
動作時にはノツチアンテナ２０はマイクロストリップ伝
送ラインによシ給電され、従ってｒ、ｆ。
エネルギーを供給されたときにアンテナ２０は広がりノ
ツチを横切って近傍電磁界を生じ、これにより遠方電磁
界輻射の伝播を生ずる。このよりなノツチアンテナの偏
波は、輻射がノツチから直線的に放出されＥ−ベクトル
成分が平板状基板２１の平面に在りこの平面に対しＨ−
ベクトル成分が直交する点で、単純なダイポールアンテ
ナの偏波に幾分類似している。
本発明は又その用途としてアレイ構造とくにフェイズド
アレイ構造がある。本発明の以前には、このような構造
に給電することはむずかしかった。
本発明は、横形アレイと、最大輻射の方向がアレイ直線
又はアレイ平面に直交する直線状又は平面状のプレイと
共に、最大輻射の方向がアレイ直線に平行な縦形指向直
線プレイアンテナに、めっきスルーホール又はその他の
むす刀為しく高価な用具を設けないでマイクロストリッ
プ配電網によりこのようにして給電する給電手段を提供
するものである。第６図は給電用のプレイ構造の基準面
すなわち接地面３７を示す。マイクロストリップ伝送ラ
イン２８は、一定の又は可変の能動又は受動の移相器３
１に又これ等の移相器からマイクロストリップ給電線路
３２に電力を配分する電力コンバイナ３０の回線網に接
続しである。
以上本発明をその実施例について詳細に説明したが本発
明はな紐その精神を逸脱しないで種種の変化変型を行う
ことができるのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
第１図は開放スロットライン成端を持つ従来の単一ノツ
チ輻射素子の斜視図である。第２図は本発明アンテナの
１実施例の斜視図、第６図は第２図のアンテナの横断面
図、第４図は第６図のアンテナの平面図、第５図は本発
明の他の実施例の斜視図、第６図はアンテナプレイに給
電する合板側又は下部側から見たアレイ配置の斜視図で
ある。 ２０・・アンテナ、２２．２３・・・導電性平板状素子
（金属化層）、２４　、２５’・・・湾曲面（縁部）、
２５・・・接地面、２７・・−スロット、２８・・スト
リップ導体（マイクロストリップ伝送ライン）。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、（イ）ストリップ導体と、（ロ）このストリップ導
    体の横方向に延びるスロットを持ち、前記ストリップ導
    体から隔離され、このストリップ導体に平行に位置する
    接地面と、（ハ）前記スロットから上方外向きに延びる
    各湾曲面を持ち、前記スロットを横切り、前記接地面に
    直交して位置させた導電性平板状素子とを包含する広帯
    域アンテナ。 ２、前記導電性平板状素子を、前記スロットの上方に対
    称に取付けた請求項１記載の広帯域アンテナ。 ３、前記導電性平板状素子を、誘電体基板に配置した金
    属化層により構成した請求項１記載の広帯域アンテナ。 ４、前記スロットを、前記接地面の平行四辺形の開口と
    した請求項１記載の広帯域アンテナ。 ５、前記平行四辺形の開口の長さを、最高の動作周波数
    において１／２波長にした請求項４記載の広帯域アンテ
    ナ。 ６、前記導電性平板状素子の湾曲面を、それぞれ２つの
    半径により仕切つた２つの各別の金属化層と、前記各湾
    曲面を形成する開先湾曲縁部とにより構成し、電磁波を
    送受するようにした請求項１記載の広帯域アンテナ。 ７、前記２つの各別の金属化層の湾曲縁部を、その間に
    最も密な近接部にギャップを形成するように、密な近接
    部で相互に間隔を置いた請求項６記載の広帯域アンテナ
    。 ８、前記各金属化層の湾曲縁部が連続直線関数に従つて
    外方に広がるようにした請求項６記載の広帯域アンテナ
    。 ９、前記各金属化層の湾曲縁部が連続した放物関数、直
    線関数又は指数関数に従つて外方に広がるようにした請
    求項５記載の広帯域アンテナ。
JP1127997A 1988-05-23 1989-05-23 広帯域アンテナ Expired - Lifetime JPH0671171B2 (ja)

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