JPH05267931A - 直交偏波二重帯域用マイクロストリップアンテナ - Google Patents

直交偏波二重帯域用マイクロストリップアンテナ

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JPH05267931A
JPH05267931A JP2415706A JP41570690A JPH05267931A JP H05267931 A JPH05267931 A JP H05267931A JP 2415706 A JP2415706 A JP 2415706A JP 41570690 A JP41570690 A JP 41570690A JP H05267931 A JPH05267931 A JP H05267931A
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JP
Japan
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frequency
radiator
power
array
power distribution
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JP2415706A
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Robert M Sorbello
マイケル ソーベロ ロバート
Amir I Zaghloul
イブラヒーム ザグロール アミール
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Comsat Corp
Original Assignee
Comsat Corp
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • H01Q25/001—Crossed polarisation dual antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/40—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements
    • H01Q5/42—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements using two or more imbricated arrays

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  • Electromagnetism (AREA)
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  • Waveguide Aerials (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 ［目的］ 異なった周波数帯域で動作可能で互いに絶縁
された複数個の放射器と、各放射器への給電を行う複数
個の電力分配器を一体的な薄膜積層構造とすることで、
軽量で、動作帯域が広く、動作性能の高いマイクロスト
リップアンテナを提供する。 ［構成］ ２つの異なる周波数帯域で動作する放射素子
群８、９を有した２つの放射アレー層３、５と、各放射
素子群への給電を行う電力分配素子群６、６ａ有した２
つの電力分配アレー層２、４とを積層し、かつ各放射ア
レー層と電力分配アレー層を容量的に結合した多層アレ
ー構造とする。 ［効果］ 各放射素子群を異なった周波数帯域で動作す
ることができるので、動作帯域を広くすることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、互いに容量的に結合さ
れた複数の素子を有するマイクロストリップアンテナ
（プリント回路アンテナ）に関し、特に、放射素子に対
する給電が、直接的にではなく容量的に行われるマイク
ロストリップアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、アンテナ自体の小型化を図る目的
で誘電体基板上に薄膜導体を配置したマイクロストリッ
プアンテナ（プリント回路アンテナ）が開発されてき
た。本発明者のうちの一人は、米国特許第４、７６１、
６５４号に記載されたマイクロストリップアンテナに関
する改良技術を既に発明している。この特許に記載され
たアンテナは、単一の給電線を用いて放射素子に給電す
ることで直線偏波または円偏波を得るものであり、一群
の放射素子と一群の給電線を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
技術では広帯域の動作を達成させるために構造自体が複
雑となり、製造、コストの点で業界の要求に適うもので
はなかった。また、単一の帯域でのみ動作するため、例
えば二重帯域以上の帯域での動作を可能とすることで、
動作帯域を拡大するようなことはできなかった。二重偏
波マイクロストリップアンテナの開発の結果として、例
えば上段のアレー層と下段のアレー層からなる２層アレ
ー構造のアンテナが考えられる。この２層アレー構造の
アンテナでは、２つの異なるセンスの偏波に対して動作
するように各々設計することで、下段のアレー層と上段
のアレー層は他のアレー層の偏波に対して基本的に干渉
しない（透明な）構造とすることができる。
【０００４】これに着目して、従来のマイクロストリッ
プアンテナの欠点を解決するために、本発明の発明者に
より、給電線群と放射素子群を各々アレー構造の層と
し、それらを積層した多層アレー構造からなるマイクロ
ストリップアンテナが開発された。この発明は米国特許
第４、９２９、９５９号により詳細に述べられている。
この特許発明は、２層の放射素子群と、各放射素子群へ
の給電を各々行う２層の給電線群とを単一のアンテナ内
に設け、かつ互いの層との間に干渉が生じることなく直
交偏波信号が発生可能な構造であることが特徴である。
【０００５】このような二重帯域の直交偏波用アンテナ
の開発においては、放射素子の形状やアンテナの構造を
変える様々な試みが行われた。例えば米国特許第４、９
２６、１８９号記載の発明では、格子形状のアンテナ素
子列が用いられている。本発明は、これらの一連の技術
的特徴を達成可能であるとともに、さらに高性能化、軽
量化、低コスト化を図った二重帯域用マイクロストリッ
プアンテナ（プリント回路アンテナ）を提供することを
目的とする。かかる目的を達成するためには、上段アレ
ー並びに下段アレーに特定のアンテナ素子を用いること
により、単一の放射アレー構造でありながら２つの異な
る周波数帯域で動作可能なアンテナを提供する必要があ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
め本発明は、接地板と、該接地板上に設けられた第１電
力分配器と、該第１電力分配器上に設けられた第１放射
器と、該第１放射器上に設けられた第２電力分配器と、
該第２電力分配器上に設けられた第２放射器とを有し、
該第１放射器は第１の周波数にて励振可能な放射素子群
を有し、また該第２放射器は第１の周波数とは異なる第
２の周波数にて励振可能な放射素子群を有したことを特
徴とする二重偏波マイクロストリップアンテナを提供し
ている。
【０００７】
【作用】本発明の二重偏波マイクロストリップアンテナ
によれば、異なる周波数で給電を行う２つの電力分配器
により、互いに異なる周波数帯域で励振する放射器への
給電が容量的になされることで、２つの異なる周波数帯
域での放射動作が互いに干渉することなく、同時に達成
される。
【０００８】
【実施例】本発明による二重偏波マイクロストリップア
ンテナ（プリント回路アンテナ）の実施例を図１に示
す。この実施例では５層構造を有した板状構造のマイク
ロストリップアンテナを示している。第１層は接地板１
である。第２層は、Ｔ形接合部を有する電力分配素子群
６が基板７ａ上に第１の方向に指向するように設けられ
た高周波電力分配器２である。第３層は、誘電体基板７
ｂ上に設けられた高周波放射素子群８からなる高周波放
射器３である。これら計３層は一体となって第１の動作
帯域用アレー層Ｂ１を構成しており、ここで、第１層と
第３層は電力分配器２に対する接地板として作用する。
【０００９】この第１の動作帯域用アレー層Ｂ１の動作
周波数は、放射素子８の大きさと電力分布とに依存す
る。高周波放射器３は、後で述べる低周波放射器５と比
較すると、より小さい寸法の放射スロットを有してい
る。スロットの共振周波数に対する主な制御因子として
は、放射素子群の半径もしくは辺の長さのような外形寸
法が挙げられる。この寸法は動作周波数に反比例する。
経験則によれば、円形状の放射素子については、その
直径はほぼ動作周波数の１．５倍であり、矩形状の放射
素子では、その辺（長方形の場合は長辺）がほぼ動作周
波数の１．５倍である。しかし当業者であれば、実際の
寸法はこの値に合致せず幾分かは変わり得ることを理解
しているであろう。
【００１０】電力分配器２は、それぞれＴ形電力分配素
子群６の接合部においてインピーダンス変換部を形成
し、この接合部で電力の分配が行われる。動作周波数に
おける波長をλとしたとき、これら変換部の長さはλ／
４が一般的である。この長さも動作周波数に反比例す
る。
【００１１】一方、高周波放射器３の上側には、基板７
ｃ上に低周波電力分配素子群６ａを形成した低周波電力
分配器４が設けられ、その個々の電力分配素子６ａは、
高周波電力分配器２の個々の電力分配素子６に対して直
交するように配列されている。低周波電力分配器４の上
側には、さらに基板７ｄ上に形成された低周波放射素子
群９からなる低周波放射器５が設けられている。第３乃
至第５層は一体になって第２の動作帯域用アレー層Ｂ２
を構成し、ここで第３層と第５層である高周波放射器３
と低周波放射器５は低周波電力分配器４に対しての接地
板として作用する。第３層並びに第５層は、上段アレー
層と下段アレー層間の放射による相互作用と２つの電力
分配器により構成される電力分布ネットワーク間の結合
作用を最小限とするように設計されている。又、各層の
基板７ａ，７ｂ，７ｃ，及び７ｄは誘電体によって構成
されても良い。
【００１２】上述したように、第５層の物理的な寸法も
動作周波数によって決定される。低周波放射器５の個々
の放射素子９は、高周波放射器３の個々の放射素子８よ
りも大きく設計されている。また低周波電力分配器４の
電力分配ネットワークのなかのインピーダンス変換部
は、高周波電力分配器２に用いられるインピーダンス変
換部の長さよりも長く設計される。しかしそのほかの点
では、両者とも類似した設計となっている。
【００１３】全ての層１乃至５は誘電体、好ましくは空
気によって互いに分離されている。この誘電体による分
離は、例えば、各々の層の間にノメックス(Nomex)のハ
ニカム構造体を配置することで達成される。従って、電
力分配器の電力分配素子と放射器の放射素子間は直接的
にではなく、誘電体を介して、言い替えれば容量的に結
合されていることになる。
【００１４】この実施例の場合、直線偏波は放射素子群
により直接的に取り扱われるが、特開昭６３ー１３５０
０３号に記載されている摂動片か、もしくは米国特許出
願番号第０７／１６５、３３２号に記載されている素子
等の適切な部材を選択することによって円偏波を取り扱
うことが可能となる。
【００１５】図２乃至図８は、各々１６個の素子を用い
た二重帯域直線偏波用マイクロストリップアンテナ（プ
リント回路アンテナ）の性能特性を示している。ポート
１、ポート２は各周波数帯域用アレー層のポートを表し
ている。１つのセンスの偏波に対する関連帯域は１１．
７ＧＨｚから１２．２ＧＨｚまでである。一方、他のセ
ンス、すなわち上記センスの偏波と直交するセンスの偏
波に対する関連帯域は１４．０ＧＨｚから１４．５ＧＨ
ｚまである。図２は両センスの偏波に対する入力反射減
衰量を示すもので、図より明らかなように、両センスの
偏波とも広帯域にわたって入力段階の適合性が非常に良
好である。図３は各偏波の対応する放射利得を示してい
る。図で示されるように、両センスの偏波とも広帯域に
わたって効率よく放射されており、それらの放射効率は
互いに匹敵している。
【００１６】図４はポート間すなわちアレー層間の絶縁
度を示している。この図より明らかなように、絶縁性は
極めて高いものであり、上段アレー層と下段アレー層間
では実質的に非結合状態を保っており、各々独立して形
成された場合と同じ効果が得られることが分かった。
【００１７】図５並びに図６は低周波アレーと高周波ア
レーの軸上交差偏波の絶縁度を各々示したものである。
また。図７並びに図８は、低周波アレー層と高周波アレ
ー層の放射パターンを各々示すもので、放射アレーの放
射効率が低放射交差偏波と共に示されている。
【００１８】本発明は上述した実施例に限定されるもの
ではなく、同業者によって明かな多種多様な変更が可能
である。例えば、上記実施例では特定の異なる２つの周
波数帯域になるように上段及び下段アレー層を設計した
が、これらの周波数帯域とは異なる２つの周波数帯域を
持つように上段及び下段アレー層を設計しても良い。ま
た、上記実施例では２種類の放射器と２種類の電力分配
器を用いた２段アレー構造であったが、３種類以上の放
射器と３種類以上の電力分配器を用いた多段アレー構造
のマイクロストリップアンテナ（プリント回路アンテ
ナ）であっても良い。この場合、各段のアレーは互いに
干渉しないように設計されていることは言うまでもな
い。
【００１９】
【発明の効果】本発明のマイクロストリップアンテナに
よれば、異なる周波数帯域で動作可能な放射素子群と各
放射素子群への給電を行う電力分配素子群が、互いに干
渉することなく積層薄膜構造として一体化されており、
しかも各放射素子群と電力分配素子群は容量的に結合さ
れているので、性能、重量、製造上の容易性、広帯域で
の動作性能、並びにコストの点で優れているものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプリント回路アンテナの一実施例であ
る。
【図２】本発明のプリント回路アンテナの反射減衰量を
示した図である。
【図３】本発明のプリント回路アンテナの利得を示した
図である。
【図４】本発明のプリント回路アンテナのポート（アレ
ー層）間の絶縁度を示した図である。
【図５】本発明のプリント回路アンテナに使用される低
周波アレーの交差偏波の絶縁度を示した図である。
【図６】本発明のプリント回路アンテナに使用されてい
る高周波アレーの交差偏波の絶縁度を示した図である。
【図７】本発明のプリント回路アンテナに使用されてい
る低周波アレーの同一並びに交差偏波の放射パターンを
示す図である。
【図８】本発明のプリント回路アンテナに使用されてい
る高周波アレーの同一並びに交差偏波の放射パターンを
示す図である。
【符合の説明】
１ 接地板 ２ 高周波電力分配器 ３ 高周波放射器 ４ 低周波電力分配器 ５ 低周波放射器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アミール イブラヒーム ザグロール アメリカ合衆国、メリーランド州 20817、 ベテスダ、グリーンツリー ロード 7217

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 接地板と、該接地板上に設けられた第１
    電力分配器と、該電力分配器上に設けられた第１放射器
    と、該第１放射器上に設けられた第２電力分配器と、該
    第２電力分配器上に設けられた第２放射器からなり、該
    第１放射器は第１の周波数にて励振可能な放射素子群を
    有し、また該第２放射器は第１の周波数とは異なる第２
    の周波数にて励振可能な放射素子群を有することを特徴
    とする二重偏波用マイクロストリップアンテナ。
  2. 【請求項２】 前記第２の周波数は、前記第１の周波数
    よりも低いことを特徴とする請求項１記載の二重偏波用
    マイクロストリップアンテナ。
  3. 【請求項３】 前記第１電極分配器と前記第２電力分配
    器は、前記第１及び第２の周波数にて前記第１放射器と
    第２放射器に給電するための電力分配器素子群をそれぞ
    れ有することを特徴とする請求項２記載の二重偏波用マ
    イクロストリップアンテナ。
  4. 【請求項４】 前記第１放射素子群の各々は、前記第２
    放射素子群の各々よりも小さいことを特徴とする請求項
    １記載の二重偏波用マイクロストリップアンテナ。
  5. 【請求項５】 前記第１及び第２電力分配素子群は、そ
    れぞれＴ形の接合部とインピーダンス変換部とを有して
    おり、該第２電力分配素子群の該インピーダンス変換部
    は、該第１電力分配素子群の該インピーダンス変換部よ
    りも長いことを特徴とする請求項１記載の二重偏波用マ
    イクロストリップアンテナ。
JP2415706A 1989-12-14 1990-12-13 直交偏波二重帯域用マイクロストリップアンテナ Pending JPH05267931A (ja)

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US (1) US5534877A (ja)
EP (1) EP0433255B1 (ja)
JP (1) JPH05267931A (ja)
KR (1) KR910013616A (ja)
AU (1) AU640971B2 (ja)
CA (1) CA2030963C (ja)
DE (1) DE69029842T2 (ja)
DK (1) DK0433255T3 (ja)
IL (1) IL96558A0 (ja)
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