JPH0590803A - 多層マイクロ波回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 パラレルプレートモードの発生を抑え良好な
電気特性を維持する多層マイクロ波回路を提供すること
を目的とする。 【構成】 中心導体８に対して上下から誘電体部材２，
３を介して地導体部材６，９を設けてなるトリプレート
線路を有する多層マイクロ波回路において、少なくとも
一方の誘電体部材２，３及び地導体部材６，９を、中心
導体８に沿った形状にしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トリプレート線路を含
めて多層化した多層マイクロ波回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】これからのアレーアンテナとしては、ビ
ーム走査、ビーム成形、低サイドローブ化等のさまざま
な性能が要求される。このためには、ＬＮＡ（低雑音増
幅器）、ＨＰＡ（高出力増幅器）や移相器を含めたアク
ティブフェイズドアレーアンテナが必要である。しか
も、航空機や自動車等の移動体用への需要が最も期待さ
れるため、給電回路等を含めたアレーアンテナを小型・
薄型に構築することが要求される。

【０００３】ところで、アンテナの小型・薄型化に対し
てはマイクロストリップアンテナを利用することで対処
が可能であり、また給電回路の構築に対してもマイクロ
ストリップ系の線路を利用することができる。特に、ト
リプレート線路を利用することにより給電回路を別々の
層にして多層に重ね合わせられることができ有効であ
り、ＬＮＡ、ＨＰＡ等のアクティブ素子のＭＭＩＣ化に
よりこれらの素子をトリプレート線路の中に組み込むこ
とも可能である。以上の構成により、高度な機能を実現
するアレーアンテナが非常に小型・薄型化できると言え
る。

【０００４】しかし、トリプレート線路を用いる場合の
問題点として、不要モードであるパラレルプレートモー
ドの発生が挙げられる。パラレルプレートモードは、ト
リプレート線路の構造の中で、上下の層やコネクタ等へ
の接続部分等であって上下の構造の非対称となる部分に
おいて発生し、整合特性や放射指向性等の電気特性に悪
影響を与える。

【０００５】図１１及び図１２にその具体例としてスロ
ット結合給電型マイクロストリップアンテナによる４素
子アレーアンテナを示す。

【０００６】図１１には４素子のアレーアンテナの上面
図、図１２にはその断面図を示す。ここで、コネクタ５
１から入力した電波は、中心導体５２により４分配され
各々スロット５３を介してパッチ５４を励振する。この
とき、トリプレート線路の上にスロット５３がある部分
及びコネクタ５１との接続点５７の上下非対称な構造と
なって部分でパラレルプレートモードが発生する。パラ
レルプレートモードは、トリプレート線路を形成してい
る外導体５５，５６の間を伝搬し基板の端まで達する。
ここで生じた電界は放射界に寄与し、アレーアンテナの
放射界に影響を与える。また、トリプレート線路の中で
発生しているパラレルプレートモードは共振し、アンテ
ナの共振特性へも影響がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の多層マイクロ波回路においては、パラレルプレート
モードの発生によって電気特性に悪影響を及ぼす等の問
題点があった。

【０００８】そこで、本発明は、パラレルプレートモー
ドの発生を抑え良好な電気特性を維持する多層マイクロ
波回路を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明は、中心導体に対して上下から誘電体部材を
介して地導体部材を設けてなるトリプレート線路を有す
る多層マイクロ波回路において、少なくとも一方の前記
誘電体部材及び前記地導体部材を、前記中心導体に沿っ
た形状にしたことを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】本発明によれば、トリプレート線路を構成する
誘電体部材及び地導体部材を中心導体に沿った形状にし
たことで、発生したパラレルプレートモードがトリプレ
ート線路以外に拡がる余地はなく、誘電体部材の端に不
要の放射源が集中することもなくなる。よって、多層マ
イクロ波回路を構成するトリプレート線路においてパラ
レルプレートモードの発生が抑えられ、電気特性に悪影
響を及ぼすことはなくなる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１２】図１は本発明の多層マイクロ波回路を給電
回路を備えた４素子アレーアンテナに適用した実施例を
示す分解斜視図、図２はその断面図である。

【００１３】図に示すアレーアンテナは、３枚の誘電体
基板１，２，３を重ねて構成される。 上部の誘電体基
板１は矩形をなし、その表面には４組の矩形のパッチ
４，４…が導体膜により形成され、その裏面には図３に
示すように各パッチ４，４…に対応してスロット５，５
…が設けられた導体膜６が形成されている。なお、この
導体膜６はトリプレート線路の構成要素の一つでもある
（特許請求の範囲にいう地導体）。

【００１４】下部の誘電体基板３の表面にはトリプレー
ト線路の構成要素の一つである中心導体８（特許請求の
範囲にいう中心導体）が導体膜により形成され、その裏
面にはトリプレート線路の構成要素の一つである地導体
９（特許請求の範囲にいう地導体）が導体膜により形成
されるとともにコネクタ１０が設けられている。このコ
ネクタ１０の外部コンタクト１１は地導体９に接続さ
れ、中心コンタクト１２は下部の誘電体基板３を貫く導
体ピンまたはスルーホール１３を介し中心導体８に接続
されている。この中心コンタクト１２に接続された中心
導体８は基板中央で４方向に分岐し、分岐した各中心導
体８は各スロット５と交叉するように引き延ばされてい
る。

【００１５】ここで、中部の誘電体基板２及び下部の誘
電体基板３（地導体９も含む）は、矩形とされた上部の
誘電体基板１とは異なり、中心導体８に沿った形状にさ
れている。つまり、中部の誘電体基板２及び下部の誘電
体基板３は、トリプレート線路に囲まれていたり、トリ
プレート線路に挟まれている部分でトリプレート線路と
して動作しない部分が取り除かれている。

【００１６】次に、このように構成されたアレーアンテ
ナの動作を説明する。

【００１７】コネクタ１０より給電された電波は、中心
導体８において４分配された後、各スロット５と交叉す
る位置でスロット５を介し各パッチ４と電磁的に結合し
て各パッチ４を励振する。この結果、各パッチ４から電
波が放射され、アレーアンテナとして動作する。

【００１８】ここで、従来例でも説明したように、スロ
ット５及びコネクタ１０の接続点７においてパラレルプ
レートモードが発生する。しかし、中部の誘電体基板２
及び下部の誘電体基板３は、トリプレート線路に沿った
形状即ちトリプレート線路として動作をする部分以外は
取り除かれているので、発生したパラレルプレートモー
ドがトリプレート線路以外に拡がる余地はなく、中部の
誘電体基板２及び下部の誘電体基板３の端に不要の放射
源が集中することもない。従って、発生したパラレルプ
レートモードがアレーアンテナの放射界に与える影響が
小さくなる。また、このパラレルプレートモードが伝搬
する領域即ち中部の誘電体基板２及び下部の誘電体基板
３の形状は、矩形のように規則的でなく不規則になるの
で、共振が発生し難くなり或いは基板の端に生じる不要
の放射源も不規則になる。従って、発生したパラレルプ
レートモードがアンテナや基板に形成されたマイクロ波
回路の特性に与える影響が小さくなる。

【００１９】なお、トリプレート線路として動作する主
要な部分は、中心導体８から中心導体８の幅の５〜６倍
程度以内にある部分であるため、この部分以外の誘電体
（中部の誘電体基板２及び下部の誘電体基板３）、上部
の地導体（スロットの設けられた導体膜６）及び下部の
地導体（地導体９）は取り除いてもマイクロ波回路の特
性に与える影響は小さい。従って、上述した実施例で
は、上部の地導体（スロットの設けられた導体膜６）は
パッチアンテナに対する地導体となるので、そのままに
して下部の地導体（地導体９）の一部を取り除いている
が、本発明は、上部の地導体または下部の地導体のいず
れか一方を取り除くもの、上部の地導体及び下部の地導
体の両方を取り除くものも含まれる。

【００２０】また、本発明は、上述したようにパラレル
プレートモードの発生を抑え良好な電気特性を維持する
ことを主目的とするものであるが、本発明の構成により
以下の効果も期待できる。

【００２１】まず、給電回路の内部において、線路どう
しが接近してもその間の誘電体及び導体の部分が取り除
かれているので、線路間の電気的な結合を抑えることが
でき、給電回路の設計・製造を容易にすることができ
る。この場合、線路間の電気的な結合を低減することを
主目的として、中心導体８からその幅の５〜６倍以内の
部分についても誘電体及び導体を取り除くことも考えら
れる。

【００２２】また、本発明の多層マイクロ波回路は、誘
電体と導体の余分な部分が取り除かれているので、重量
が軽減される。従って、アンテナ全体が軽量であること
が要求される例えば人口衛星や航空機の搭載用アンテナ
として効果的である。

【００２３】さらに、給電回路の一部が空いているた
め、この空いている部分にアクティブ素子等から発生す
る熱を制御するためのヒートパイプ等を通すことが可能
となる。従って、例えば熱の制御が要求される衛星搭載
用のマイクロ波回路として効果的である。

【００２４】また、航空機用のアレーアンテナ等では、
航空機の形状に合わせて曲面状にアンテナ及び給電回路
を形成することが要求されているが、本発明の多層マイ
クロ波回路では空洞があるため、平面状に構成したもの
を曲面形状に曲げることが比較的容易に行われる点が効
果的である。

【００２５】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。

【００２６】図４はこの実施例に係るアクティブアレー
アンテナの回路構成を示す図である。 同図において、
１４は送受共用のアンテナ素子であり、このアンテナ素
子１４はＭＩＣ（ＭＭＩＣ）モジュール１５に接続され
る。

【００２７】ここで、ＭＩＣモジュール１５は、多層マ
イクロ波回路とは別個に製作され、コネクタ等で多層マ
イクロ波回路と接続されている。

【００２８】ＭＩＣモジュール１５では、アンテナ素子
１４は分波器１６と接続され、この分波器１６により送
信と受信の電波の分離が行われる。分波器１６の送信側
には、ＨＰＡ１７と移相器１８が接続され、この移相器
１８は多層マイクロ波給電回路の中の送信給電回路１９
に接続されている。分波器１６の受信側には、ＬＮＡ２
０と移相器２１が接続され、この移相器２１は多層マイ
クロ波給電回路の中の受信給電回路２２に接続されてい
る。

【００２９】図５はこのアクティブアレーアンテナの構
造を示す断面図である。

【００３０】同図に示すように、このアクティブアレー
アンテナは、５枚の誘電体基板２３，２４，２５，２
６，２７を重ねて構成される。

【００３１】最上部の誘電体基板２３の表面にはパッチ
２８が形成され、裏面には導体面２９が形成されてい
る。

【００３２】上から３番目の誘電体基板２５の表面には
トリプレート線路で構成される受信給電回路２２が形成
され、裏面にはトリプレート線路の外導体となる導体面
３０が形成されている。

【００３３】最下部の誘電体基板２７の表面にはトリプ
レート線路で構成される送信給電回路１９が形成され、
裏面にはトリプレート線路の外導体となる導体面３１が
形成されている。

【００３４】ここで、パッチ２８は、これら誘電体基板
２３〜２７を貫通する導体線３２を介し最下部の誘電体
基板２７の裏面に配置されたＭＩＣモジュール１５に接
続されている。

【００３５】ＭＩＣモジュール１５の受信出力端子は、
誘電体基板２５〜２７を貫通する導体線３３を介し受信
給電回路２２に接続されている。

【００３６】受信給電回路２２の合成出力端子は、誘電
体基板２５〜２７を貫通する導体線３４を介しコネクタ
３５に接続されている。

【００３７】ＭＩＣモジュール１５の送信出力端子は、
誘電体基板２７を貫通する導体線３６を介し送信給電回
路１９に接続されている。

【００３８】送信給電回路１９の合成出力端子は、誘電
体基板２７を貫通する導体線３７を介しコネクタ３８に
接続されている。

【００３９】上下の層の間の線路の接続を行う各導体線
３２，３３，３４，３６，３７には、接続の整合をとる
ために各導体線を取り囲むように導体線３９，４０，４
１，４２，４３が各々設けられている。

【００４０】なお、これらの導体線３２〜３４，３６，
３７，３９〜４３は、導体ピン等をハンダ付け等により
形成してもよいし、スルーホールにより形成してもよ
い。

【００４１】ここで、図６は最上部の誘電体基板２３の
表面を上から見た図、図７はその裏面を下から見た図で
ある。また、図８は上から３番目の誘電体基板２５の表
面を上から見た図、図９は上から４番目の誘電体基板２
６の表面を上から見た図である。

【００４２】本実施例では、図８に示すように、上から
２番目及び３番目の誘電体基板２４，２５において、受
信給電回路に関係しない誘電体部分及び導体部分が取り
除かれている。

【００４３】同様に、図９に示すように、上から４番目
及び最下部の誘電体基板２６，２７において、送信給電
回路に関係しない誘電体部分及び導体部分が取り除かれ
ている。

【００４４】ただし、本実施例では、これら誘電体基板
２４〜２７の端付近の誘電体は、多層基板の強度、平面
性の維持等を考慮して残してある。

【００４５】このような構成にすることにより、最初に
示した実施例と同様に、給電回路内に発生するパラレル
プレートモードの不要な伝搬や線路間の電気的な結合を
防ぐことができる。

【００４６】また、不要な誘電体を取り除いているた
め、軽量化が図れる。特に、アレーアンテナの素子数が
非常に多かったり、給電回路が多くの層により構成され
ている場合にこの軽量化の効果は大きい。

【００４７】なお、この実施例では、ＭＩＣモジュール
を多層基板の外に設けた例について説明したが、ＭＩＣ
（ＭＭＩＣ）コンポーネントを層状に形成し各給電回路
の中に組み込むことも考えられる。この場合、線路間の
電気的な結合を防ぐことができるので、ＭＩＣコンポー
ネントの配置・構成上の自由度が増す利点がある。

【００４８】ところで、多層マイクロ波回路では、層の
上下間の接続が多く、スルーホールの数や接続する層の
関係が区々であったりすると、製造が困難になる。そこ
で、本発明の応用例として製造工程を簡略化できる多層
マイクロ波回路を図１０に基づき説明する。

【００４９】図１０に示す多層マイクロ波回路を図５に
示したものと比較すると、導体線（スルーホール）の利
用により誘電体基板を貫き上下の接続がなされていた部
分（図５に示した符号３２，３３，３４，３６，３７）
について、その誘電体基板の部分を取り除き、直接同軸
線路もしくはコネクタを接続している。

【００５０】例えば、受信給電回路２２が形成された誘
電体基板２５の裏面に直接コネクタ４４や同軸線路４５
を取り付けている。

【００５１】つまり、このような構成にすることによ
り、誘電体基板２４，２５のスルーホール加工と誘電体
基板２６，２７のスルーホール加工が別個に行えて製造
工程が簡略化される。

【００５２】なお、箇所によってはスルーホールの代わ
りに金属ビスによるビス止めで済ませることもでき、コ
スト上都合がよい。

【００５３】以上の説明において、誘電体に導体パター
ンを形成した基板を多層化した場合について説明してき
たが、誘電体の代わりに発砲スチロールやペーパーハニ
カム等他の支持部材を用いても同様の効果が得られる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、パ
ラレルプレートモードの不要な伝搬や線路間の結合によ
る多層マイクロ波回路の電気特性の劣化を防ぐことがで
きる。また、誘電体と導体の余分な部分を取り除いてい
るためにアンテナ全体の軽量化ができ、人工衛星や航空
機の搭載用アンテナとして効果的である。また、給電回
路の一部が空いているためにそこにアクティブ素子等か
ら発生する熱を制御するためのヒートパイプ等を通すこ
とが可能であり、アクティブ素子自体の配置・構成上の
自由度が増す利点がある。さらに、平面で構成した多層
マイクロ波回路を曲面状に変形することが容易であり、
航空機等の曲面に形成するアンテナに対して有効であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の多層マイクロ波回路を示す
分解斜視図である。

【図２】図１の断面図である。

【図３】図１の上部の誘電体基板の裏面を下から見た図
である。

【図４】本発明の他の実施例におけるアクティブアレー
アンテナの回路構成を示す図である。

【図５】図４のアクティブアレーアンテナの構造を示す
断面図である。

【図６】図４の最上部の誘電体基板の表面を上から見た
図である。

【図７】図４の最上部の誘電体基板の裏面を下から見た
図である。

【図８】図４の上から３番目の誘電体基板の表面を上か
ら見た図である。

【図９】図４の上から４番目の誘電体基板の表面を上か
ら見た図である。

【図１０】本発明の他の実施例における多層マイクロ波
回路の断面図である。

【図１１】従来例の多層マイクロ波回路の上面図であ
る。

【図１２】図１１の断面図である。

【符号の説明】

１，２，３…誘電体基板、４…パッチ、５…スロット、
６，９…地導体、８…中心導体、１０…コネクタ、１３
…導体ピンまたはスルーホール。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心導体に対して上下から誘電体部材を
   介して地導体部材を設けてなるトリプレート線路を有す
   る多層マイクロ波回路において、少なくとも一方の前記
   誘電体部材及び前記地導体部材を、前記中心導体に沿っ
   た形状にしたことを特徴とする多層マイクロ波回路。