JPH06500909A - リニアアレイアンテナ - Google Patents
リニアアレイアンテナInfo
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- JPH06500909A JPH06500909A JP50136093A JP50136093A JPH06500909A JP H06500909 A JPH06500909 A JP H06500909A JP 50136093 A JP50136093 A JP 50136093A JP 50136093 A JP50136093 A JP 50136093A JP H06500909 A JPH06500909 A JP H06500909A
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- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Waveguide Aerials (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】
リニアアレイアンテナ
本発明は、高い効率を有するリニアアレイアンテナに間する。この種のアンテナ
は、特に宇宙技術の分野で使用される合成開口面レーダ(Synthetic
Aperture Radar即ち5AR)の分野で特に有利である。
かかるレーダに使用されるアンテナは以下あ緒特性、即ち、
一レーダから放出される出力を小さい値に抑えるために高い利得を有している、
一高度平面(軌道に垂直な平面)内で地面に対して一定の走査が維持されるよう
に、方位平面(軌道に平行な平面)内では可変幅を有する極めて鮮明なローブを
生じる、−任意の地点に極めて迅速にアクセスでき(監視ミッション)、且つ同
じ試験地点を24時間以内に低入射角及び高入射角で順次指向できる(植生の観
察、土地と森林との識別)ように、高度平面内の走査範囲が極めて広い、−アン
テナの合成長さを延長でき且つ軌道に平行に数メートルの分解能が得られるよう
に、同一領域を追跡する方位平面内の走査範囲はより狭い、
一大地の後方散乱と植物帯の後方散乱とを分離するために、直交する2つの直線
偏波を有する(水平偏波H及び垂直偏波V)、
〜アンテナの走査範囲内では干渉1波のレベルが極めて低い、
一アンテナに多数の放射素子を装着できるように、・放射素子ができるだけ廉価
で小型化されている、などの特性と有していなければならない。
極めて多数の平面放射素子から成る大型の直接放射アンテナは上記に特定したよ
うな要件を満たすことができない。
実際、アレイローブの理論は、アンテナ偏角の最大値(θmax)が数置よりも
大きい値になると直ちにアンテナの位相制御点間の間隔dが式:
〔式中、Bwは、アレイアンテナの主ローブがアンテナに対する垂線を指向して
いるときの主ローブの底部の幅を示す〕を満たす必要があることを示している。
この条件が満たされていないとき、放射パターンに複数のアレイローブが出現す
る。これらのローブのレベルは、二次ローブの所要レベルよりも高いので、アン
テナの利得が低下してアンビギュイテイが生じる。
上記の条件は、
一高度走査のなめにピッチはλ/2に近い値でなければならない、
一方位走査のために偏角はλに近いピッチに適合す−る小さい値でなければなら
ない、
という結果を包含する。
しかしながら、アンテナが極めて長いときに平面内で極めて鮮明なローブと生じ
させるためには、上記の条件の結果として膨大な数のソースが必要になる。
制御点の数を減らすために3つの解決方法が可能である照射の法則の周期性を乱
しその結果としてアレイのローブを破壊するように間隔を広くしたアレイ、この
場合には極めて大きい利得低下が生じる。
アンテナの中心から離れるに従って位相管M区域間の間隔を漸増させることによ
って不規則ピッチを有するようにしたアレイ。アンテナの利得低下を防ぐための
この解決方法は多数の異なる型の放射素子を必要とし、従ってアンテナを完全に
合同なサブパネルに分割できないのでがなりのコスト増になる。
同じ長さの均一な開口面の照射の法則にできるだけ近似した方位平面内の照射の
法則を有するサブアレイから形成されるアレイ、この場合、軸に沿って照準に位
置合わせしたときのアンテナのサブアレイのローブは、サブアレイの放射パター
ンの最初のいくつかの零によって除去される。
小さい方位走査があるときは最早この条件を満たすことができない、従って、最
大偏角のときにアレイローブをサイドローブよりも低いレベルに維持するために
必要なサブアレイの最大長さを決定する。
同様に、方位偏角が規定されていない場合、アンテナの長さに等しい長さのサブ
アレイが適当である。実際、サブアレイの長さは、打上げロケットのノーズコー
ン下方の可用スペースに適合するようにアンテナのパネルの寸法(1〜3m>に
よって制限される。
結局、合成開口面レーダの放射素子は上記の要件すべてを満たすことはできない
、即ち、
rProceedings of IGAR3S 1988J (289〜29
4頁)に発表されたRobertPetersonとPer Ingvarso
nの論文、「欧州遠隔測定衛星ER3−1用の平面アレイアンテナ」に記載され
たような、特にER3−1(1991)、RADAR3AT (1995)及び
S IR−C(X−5AR)に使用されているスロットガイドは、低損失である
にもかかわらず、二重偏波(bipolarisation)を容易に実現する
ことはできない、その理由は、高度走査範囲が広いのでH偏波及び■偏波を夫々
放射する2つの異なるガイドを組合わせて小ピツチのアレイに挿入しなければな
らないからである。更に、方位走査が規定されている場合、アレイローブのレベ
ルを制限するためにこれらのガイドを小さなセクションに分割することが必要で
あり、このためガイドの製作が極めて複雑になりまたはその価値も低下する。こ
の技術は、方位平面内で走査せずCバンドまたはより高い周波数に偏波を有する
レーダの場合にのみ有利である。
rProceedings of Workshopon printed a
ntennas techn。
1ogy」 (Las Cruces;1979;18−1〜18−20)に発
表されたり、R,Murphyの論文、rSEASAT及びS r R−Aマイ
クロストリップアンテナ」に記載され、5EASAT (1978) 、s I
R−A(1981)、SIRB (1984>及びJ、ER3(日本製、19
92)に使用されているL及びSバンドのハニカムにプリントされた放射素子は
、ガイドよりも軽量で二重偏波が可能である。しがしながらこれらの素子は、単
位長さあたりの損失が大きい、このため、サブアレイの長さが波長(最大10^
)の数倍に制限される。このような損失があるとき、サブアレイ全体に均一な照
射を与えることはできない。
本発明のりニアアレイアンテナの目的は上記の要件すべてを満たすことである。
従って本発明は、少なくとも1つの埋込みフィーダ素子によって励振される一列
の環状窓から形成された放射素子から成るリニアアレイアンテナであって、該フ
ィーダ素子から発する寄生放射を完全に防止するために、該フィーダ素子が放射
素子に内包されており従ってアンテナの放射面に露出していないことを特徴とす
るリニアアレイアンテナを提案する。かかるアンテナは、2つの直線漏波を同時
に放射(または受容)するため、または2つの円偏波(右回りまたは左回り)と
同時に放射(または受容)するように構成されている。
僅か3段の導体を使用する好ましい実施態様において、前記アンテナは一体的レ
ードームとフィーダ段とを有している。好ましくは該アンテナは、厚みが小さく
従って軽量 。
である基板だけを含んでおり、これらの基板は、基板間の示差膨張を避けるため
にアレイの平面内で機械的連続性のない導電性スペーサによって離開されている
。好ましくは該アンテナは、放射素子間及びフィーダ間の結合を完全に阻止する
ために、サブアレイの偏波間及び隣接サブアレイ間に放射素子及びフィーダの遮
蔽を含んでいる。
本発明の特定実施態様によれば、アンテナは、フィーダ段に食刻されており環状
窓の周波数に近い周波数に共振する共振ディスクを使用した広帯域アンテナであ
る。
本発明の別の特定実施態様によれば、アンテナは、フィーダ段に食刻されており
環状窓の周波数から離れた周波数に共振する共振ディスクを使用した2帯域アン
テナである。
かかるアンテナは多くの利点を有している。特に、−損失が少ない、
一走査範囲内の干渉偏波レベルが低い、−2つの1波を使用し得るので、本発明
のアレイアンテすが2つの直線偏波または円層波(右回り及び左回り)を同時に
放射(または受容)し得る、
−高度走査範囲が広い、
一サブアレイがかなりの長さを有し得る、−利得が大きい、及び、
−2つの偏波内の同様の偏角損失、
などの利点を有している。
添付図面に示す実施例に基づく非限定的な以下の記載より本発明の特徴及び利点
が更に十分に理解されよう。
図1は本発明のアンテナの1つの実施例のサブアレイの一部分の分解図である。
図2及び図3は本発明のアンテナの2つの変形実施例のサブアレイの一部分の分
解図である。
図4及び図5は夫々、水平偏波及び垂直偏波の放射パターンを示す。
図6及び図7は本発明の更に別の2つの変形実施例である。
本発明のアンテナは、フィーダから発する寄生放射を完全に防止するように放射
素子に内包され従ってアンテナの放射面に露出していない少なくとも1つの埋込
みフィーダ素子によって励振される一列の環状スリットから成るりニアアレイア
ンテナである。
この種のアンテナは、2つの直線偏波を同時に放射(または受容)するかまたは
2つの円偏波(右回りまたは左回り)を同時に放射するように設計されている。
図1は、かかるアンテナのサブアレイの一部分を示す。
該部分は、
一放射素子のキャビティ11と2つの偏波のフィーダチャネル12とが設けられ
た導電性材料(例えばアルミニウム、金属被覆したカーボンファイバまたは導電
性プラスチック)から成る下部シェル半休10と、
一シェル半休の材料と同様の膨張率を有し、その上面にH偏波及び■偏波のフィ
ーダ14が食刻された極めて薄い(例えば約0.1 mm厚の)第1基板13と
、−2つの偏波のフィーダチャネル16とキャビティ上方の開口17とが形成さ
れた上部シェル半体15と、−銅めっきを全く含まない上面19と食刻された環
状窓21を含む他面20とを有する第1基板同様の第2基板18とを含む、第2
基板18の目的は、環状窓をキャビティの上方に心合わせし且つレードームの機
能を果たすことである。
フローティングストリップ線路(triplaquesuspendu)として
動作するように、2つのシェル半体10.15は同電位に接続される必要がある
。このような接続は、2つのシェル半休の向き合う側の第1基板の面が金属被覆
され且つ該向き合う側の2つの表面を相互接続するようにキャビティの周囲に多
数の金属被覆された開化を配備することによって得られる。
このようなアンテナのサブアレイに10.12及び24個の環状窓を作って試験
した。サブアレイ及びその種々の構成素子が満たす仕様の程度を以下に示す、こ
のようなサブアレイによれば、
一損失が小さい、銀めっきされた壁を有し且つ損失係数の小さい極めて薄い基板
のフローティングストリップ線路技術によって作製されたフィーダは完全な損失
低下を実現する。放射素子も同じ技術で作製される。
−走査範囲内の干渉偏波が低レベルである。ストリップ線路技術を使用するので
放射平面に食刻されたフィーダの線及び屈曲部の寄生放射を防止し得る。フィー
ダがアレイの軸線に間して対称なので干渉偏波に対して異なる放射lパターンが
形成される。この結果、環状窓の既に低レベルの干渉偏波がすべての走査範囲内
で消去される。
−二重偏波を使用し得る。放射サブアレイの中心に90度の位相差の2つの出力
を有する3dB結合器を挿入するので、直交する2つの直tui波または2つの
円偏波によって環状窓が励振される。
一高度走査範囲が広い、フィーダチャネルを使用するので、偏波間の結合の危険
なくサブアレイを著しく小型化し得る。従って高度平面内のピッチがかなり短縮
され、広い高度偏角が許容される。
一サブアレイがかなり長い、フィーダ損が小さいのでサブアレイの照射がほぼ均
一な振幅及び位相である。サブアレイの長さは、サブアレイの通過帯域における
照射の法則の変化だけによって限定される。
一利得が大きい、放射素子の指向性とアレイのネットワークの指向性との完全な
整合が得られる。その理由は、極めて精密に調整し得る直径を有する同心キャビ
ティを使用するからである。調整範囲は、共振の際の導波幅λgに対応する円周
を有するキャビティのほぼ部分#(quasi−decouplee)窓の6d
Biから、1.5λgで共振する窓の9dBiまでである。従って、この種のア
レイに必要な0.56〜0.8λの方形ネットワークの範囲がカバーされる。
−2つの偏波の偏角損が同程度である。キャビティの上方に重なる環状窓はほぼ
回転対称な放射パターンを有している。高度平面内では放射パターンが1波に伴
って変化しないので走査範囲内で同じ損失が保証される。
−サブアレイが低コスト化及び小型化される。
本発明のアンテナの特に有利な実施例を図2に示す、小型化するために、アンテ
ナを厚み約0.1mmの3つの基板から形成する。基板は夫々以下のごとく構成
されている。
下部基板25は、
RF給電コネクタ28.2つの周囲で局部的に銅めっきされ(領域27)、且つ
構造用パネルに接着された下面26と、
(RF給電用開口面以外は)完全に銅めっきされ、アース面として使用される上
面30と、
2つの表面を接続する金属被覆された開孔31とを有しており、
中間基板32は、
導電性スペーサ41によって形成された仕切りに向き合う側の表面42が銅めっ
きされた下面33と、仕切りに向き合う表面42並びにH偏波及びV偏波のフィ
ーダ回路35が銅めっきされた上面34と、配置され2つのアース面間の電気接
続を確保する金属被覆された開孔44とを有しており(開孔36はH偏波及びV
偏波のフィーダ35に給電するコネクタ28.29のコアをはんだ付けするため
に使用される)、上部基板37は、
環状窓39の存在する箇所を除いて完全に銅めっきされストリップ線路に対する
アース面として機能する下面38と、
銅めっきを全く含まずレードームとして機能する上面40とを有している。
これらの3つの基板25.32及び37は、例えばアルミニウムから成る導電性
スペーサによって分離されており、該スペーサは環状窓のキャビティとフィーダ
チャネルとを規定している。
スペーサと銅めっきした基板との界面にハンダプレフォームを付着させた後、オ
ーブンではんだ付けすることによって単一処理で組立を行なってもよく、または
スペーサをスズめっきしてもよい、この種の実施例に使用される材料及び方法は
、サブアレイのコスト及び大きさに関して極めて優秀な性能を保証する。
温度特性に関しては、アレイの平面内で連続しない寸法の小さいスペーサとして
は、アンテナの高度な剛性を確保する例えば炭素の構造用パネルに適合する低膨
張率材料を使用し得る。
方位の偏角が規定されている場合、サブアレイをかなり短縮でき、その結果とし
てアンテナの抵抗損の多少の増加が許容される。
上記アンテナの変形例を図3に示す0図3のアンテナは2つだけの部材、即ち導
電性材料から成る下位部材45と誘電性材料から成る上位部材47とから形成さ
れている。
下位部材45においてアース面は厚みの小さい基板43から成り、その上にスペ
ーサ46がはんだ付けされている。
上位部材47は、上面48に環状窓49を含み且つ下面50に偏波フィーダ51
.52と窓励振器53を含む基板である。基板内の環状窓のキャビティの連続性
は窓のアース面にスペーサを接続する金属被覆された開孔54によって確保され
る。プローブとストリップ線路との闇のアースを連続させる2つの金属被覆され
た開孔55.56を通る同軸プローブによってフィーダの給電が行なわれる。
本発明のこの変形例では、図1のアンテナのすべての特性が維持されている。製
造が簡単になった利点と引き換えに抵抗損がやや増加しただけである。短いサブ
アレイ(〈10^)の場合はこの損失は完全に許容される。その理由は、
−極めて薄い(約0.1mm)の基板によって線が支持されているので、マイク
ロ波エネルギが本質的に真空中で伝播する[フローティングストリップ線路」フ
ィーダ、及び、
−より厚い(約1mm)の誘電性基板内で大部分の伝播が行なわれる「反転マイ
クロストリップ」フィーダを使用するからである。
従って本発明は、これらの実施例のいずれかによって、0.66^1m2のサブ
アレイから成る1、33^10m2のアレイを含む合成開口面を有する宇宙レー
ダアンテナを形成し得る。
長さの小さい放射素子に給電するための追加フィーダ段を使用しないようにする
ために、高度走査は5.3GHzでサブアレイ間のピッチとして約0.7λを要
し、方位走査は全く特定されないので、パネルの長さく約1m)の二重偏波サブ
アレイが最も適当である0本発明は24個の環状窓を有するサブアレイによって
これらの要件をすべて満たし得る。
従ってアンテナは、単一レベルでフィーダと放射素子との双方の機能を確保する
。下部及び上部のスペーサは、ねじによって組立られるアルミニウム製シェル半
休から作られる。2つの偏波の励振はアレイの中央近傍に配置された小形同軸プ
ローブによって行なわれる。
水平偏波及び垂直偏波の放射パターンを図4及び図5に示す、方位平面内の垂直
偏波パターン60.61は、開口面の最初のいくつかの零に対応する±3.22
°に付した「*J記号が示すように、等振幅及び等位相の開口面のパターンに極
めて近い、軸上の干渉偏波のパターン62.63はすべての通過帯域で30 d
B / m a x未満である。アンテナの品質を評価するために、2つの偏
波の利得を式二〔式中、Sはアンテナの表面積である〕で与えられたアレイのネ
ットワークの理論的指向性りと比較しなければならない。
従って、水平偏波及び垂直偏波の夫々において、この値に対する損失は1.5d
B及び2.5dBである。これらの損失は、
一等振幅、等位相の法則に対して24窓の励振エラー、−干渉偏波に起因する損
失
一抵抗損、
一人力不整合による損失を含む。
これらの結果から、アンテナのりニアサブアレイの製造における本発明の利点が
理解されよう。
本発明によれば、図6及び図7に示すような二重共振器アンテナが得られる0通
過帯域を拡大するために、または離間した2つの周波数でアンテナを動作させる
ために、図2及び図3に示すフィーダ線の末端で、これらの線と同じ平面内にデ
ィスク65を配置し得る。ディスク65の直径は、上方に位置する環状窓の共振
周波数F1とは異なる周波数F2に共振するように調整自在である。
−F2がFlに近い値であるときは、アンテナが広帯域で動作し得る。
−F2がFlから遠い値であるときは、2帯域アンテナが得られる。2つのフィ
ーダの各々が夫々の特定帯域に適応し2つの環状窓の1つを励振する。
このような変形は前述した本発明の2つの変形例に応用できる。フローティング
ストリップ線路の実施例では、追加の環状窓を上部基板の上面または下面に食刻
する1図6及び図7は夫々、図2及び図3の変形に対応する1図6に示す上部基
板37′はその上面67に窓69を備えている。
窓のアースとストリップ線路のアースとを接続できるように金属被覆された開孔
66が備えられている。
上記では本発明を好ましい実施例に基づいて図示及び説明したが、本発明の範囲
内で記載の構成素子を等価の素子によって代替できることは勿論理解されよう。
FIG、 6
フロントページの続き
(72)発明者 ゴメーアンリ、ミシエルフランス国、31240・リユニオン
、リュ・ドウ・ランタン・ノワール、11
Claims (10)
- 1.少なくとも1つの埋込みフィーダ素子(14)によって励振される一列の環 状窓(21)から形成された放射素子から成るリニアアレイアンテナであって、 該フィーダ素子から発する寄生放射を完全に防止するために、該フィーダ素子が 放射素子に内包されており従ってアンテナの放射面に露出していないリニアアレ イアンテナであって、小さい厚みを有する基板だけを含んでおり、これらの基板 は、基板との示差膨張を防止するためにアレイの平面内で機械的連続性のない導 電性スペーサによって離間されていることを特徴とするリニアアレイアンテナ。
- 2.前記アンテナが2つの直線偏波を同時に放射(または受容)するように構成 されていることを特徴とする請求項1に記載のアレイアンテナ。
- 3.前記アンテナが(右回り及び左回りの)2つの円偏波を同時に放射(または 受容)するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載のアレイアン テナ。
- 4.一体化レードームと3段の導体だけを使用するフィーダとを含むことを特徴 とする請求項1に記載のアレイアンテナ。
- 5.放射素子間及びフィーダ間の結合を完全に防止するために、サブアレイの偏 波間及び隣接サブアレイ間に放射素子及びフィーダの遮蔽を含むことを特徴とす る請求項1から4のいずれか一項に記載のアレイアンテナ。
- 6.放射素子のキャビティ(11)と2つの偏波のフィーダチャネル(12)と が設けられた導電性材料から成る下部シェル半休(10)と、 シェル半休の材料と同様の膨張率を有し、その上面に水平及び垂直フィーダ(1 4)が食刻された極めて薄い第1基板(13)と、 2つの偏波のフィーダチャネル(16)とキャビティ上方の開口(17)とが形 成された上部シェル半休(15)と、 銅めっきを全く含まない上面(19)と食刻された環状窓(21)を含む他面( 20)とを有する第1基板同様の第2基板(18)とを含み、 2つの半休(10及び15)が同電位に接続されており、この接続は、2つの半 休の向き合う表面に金属被覆を有しており且つ2つの表面を接続するためにキャ ビティの周囲に配置された多数の金属被覆された開孔を有している第1基板によ って確保されていることを特徴とする請求項1に記載のアレイアンテナ。
- 7.下部基板(25)と中間基板(32)と上部基板(37)とを含み、 下部基板(25)は、 RF給電コネクタ(28、29)の周囲で局部的に銅めつされ(領域27)、且 つ構造用パネルに接着された下面(26)と、 (RF給電用開口面以外は)完全に銅めっきされ、アース面として使用される上 面(30)と、2つの表面を接続する金属被覆された開孔(44)とを有してお り、 中間基板(32)は、 導電性スペーサ(41)によって形成された仕切りに向き合う側の表面が銅めっ きされた下面(33)と、仕切りに向き合う表面(35)並びにH偏波及びV偏 波のフィーダ回路が銅めっきされた上面(34)と、2つのアース面間の電気接 続を確保する金属被覆された開孔(44)とを有しており、 上部基板(37)は、 環状窓(39)の所在箇所を除いて完全に銅めっきされストリップ線路に対する アース面として機能する下面(38)と、 銅めっきを全く含まずレードームとして機能する上面(40)とを有しており、 これらの3つの基板(25、32及び37)が、環状窓のキャビティとフィーダ チャネルとを規定する導電性スペーサ(41)によって分離されていることを特 徴とする請求項1に記載のアレイアンテナ。
- 8.導電性材料から成る下位部材(45)と誘電性材料から成る上位部材(47 )とを含み、 下位部材(45)のアース面はスペーサ(46)がはんだ付けされた厚みの小さ い基板(43)から成り、上位部材(47)は、上面(48)に環状窓(49) を含み且つ下面(59)に偏波フィーダ(51、52)と窓励振器(53)とを 含む基板であり、基板内の環状窓のキャビティの連続性は、窓のアース面にスペ ーサを接続する金属被覆された開孔(54)によって確保されており、プローブ とストリップ線路との間のアースを連続させる金属被覆された開孔(55、56 )を通る同軸プローブによってフィーダの給電が行なわれることを特徴とする請 求項1に記載のアレイアンテナ。
- 9.前記アンテナが環状窓の周波数の近傍の周波数に共振する共振フィーダ段に 食刻された共振ディスク(65)を使用する広帯域アンテナであることを特徴と する請求項1から8のいずれか一項に記載のアレイアンテナ。
- 10.前記アンテナが環状窓の周波数から遠隔の周波数に共振するフィーダ段に 食刻された共振ディスク(65)を使用する2帯域アンテナであり、一方の帯域 ではフィーダが共振ディスクを励振し他方の帯域ではフィーダが環状窓を励振す ることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載のアレイアンテナ。
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WO (1) | WO1993000723A1 (ja) |
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