JPH08186437A - ２周波共用アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 航空機の全周方向に通信及びレーダの有効範
囲を設定でき、しかも薄型でかつ小型に構成された２周
波共用アンテナを得る。 【構成】 低周波用パッチアンテナ３を、金属ケース１
と、これに設けた給電線８により金属ケース１上に配設
されるパッチ７とで構成する。また、このパッチの上に
は、パッチ１０で構成される平面アレイアンテナ、複数
の送受信モジュール、分配合成器、制御器とを一体に組
み込んで高周波用フェイズドアレイアンテナ４を構成す
る。薄型でかつ小型に構成できる一方で、低周波用パッ
チアンテナ３で広い指向性を得ることができ、高周波用
フェーズドアレイアンテナ４で所定の方向に対する指向
性を得ることができ、航空機に適用したときには、全周
方向に通信及びレーダの有効範囲を設定することが可能
となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は２周波共用アンテナに関
し、特に周波数が互いに充分離れたフェーズトアレイア
ンテナとパッチアンテナを一体化して薄型化、小型化を
実現した通信・レーダ共用アンテナに用いて好適な２周
波共用アンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に航空機搭載の電子機器として通信
装置とレーダ装置が備えられるため、これらの通信用ア
ンテナとレーダ用アンテナを航空機の機体に装備する必
要がある。通信用アンテナは、レーダ用アンテナに比較
して低周波数でかつ広帯域が必要とされ、レーダ用アン
テナは逆に高周波数で狭帯域が必要とされるため、従来
ではそれぞれ別のアンテナを機体に装備している。この
ため、航空機に占めるこれらアンテナのスペースが無視
できないものとなる。

【０００３】このため、これら通信用とレーダ用の各ア
ンテナを一体化することが考えられる。例えば、特開平
２−２１４３０６号公報、特開平４−４０００３号公
報、特開平４−３５２０８号公報には、異なる周波数範
囲のアンテナ素子を一体に形成することで、２周波の共
用アンテナとして構成したものが提案されている。これ
らのものは誘電体基板を利用しており、その裏面側に地
導体を形成し、表面側にマイクロストリップ形の素子や
バッチ素子を形成してアンテナ素子を構成したものを基
本としており、異なるアンテナ素子を垂直方向に重ねて
配置することで２周波に対応したアンテナとして構成し
たものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来のアンテナは、いわゆるアンテナ素子のみを構成し
たのに過ぎないため、その一部で例えばフェーズドアレ
イアンテナ素子を構成する場合には、このアンテナ素子
とは別に給電信号の分配合成器や送受信モジュールを装
備してアンテナ素子に接続する必要がある。このため、
前記したように、通信用とレーダ用のアンテナを従来技
術を利用して一体化した場合でも、レーダ用としてのフ
ェーズドアレイアンテナに対して分配合成器や送受信モ
ジュールを接続しなければならず、アンテナの薄型化、
小型の障害となり、しかもその接続構造が通信用アンテ
ナの特性に影響を与えることがある。また、逆に、通信
用アンテナに接続する給電線がフェーズドアレイアンテ
ナの指向性に影響を与えることがある。

【０００５】また、仮に前記した従来の技術を利用して
通信用とレーダ用の２周波アンテナを構成したとして
も、通信用及びレーダ用とも航空機の全周方向に対して
限られた角度範囲しか有効なものしか得られず、通信に
おいては機体の姿勢により通信品質の劣化や中断が生
じ、レーダにおいては航空機の前方あるいは前後方のみ
覆域とせざるを得ないものとなる。このため、従来では
前記したように特性が背反する通信用アンテナとレーダ
用アンテナを一体化することは困難とされており、未だ
に有効なアンテナが提案されていないのが実情である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】航空機搭載の電子機器
として、通信用アンテナとレーダ用アンテナは別々に実
装されており、多機能化と同時に小型化あるいは薄型化
の需要の障害となっている。また、レーダ用、通信用と
も現状では航空機の全周方向に対して限られた角度範囲
しか有効でなく、通信用においては機体の姿勢により通
信品質の劣化や中断が生じ、レーダ用においては航空機
の前方あるいは前後方のみ覆域としている例が多い。

【０００７】

【発明の目的】本発明の目的は、航空機の全周方向に通
信及びレーダの有効範囲を設定でき、しかも薄型でかつ
小型の２周波共用アンテナを提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の２周波共用アン
テナは、地導体板と、この地導体板の所定位置に設けた
給電線により前記地導体板上に配設されるパッチとで構
成される低周波用パッチアンテナと、このパッチの上に
搭載された高周波用フェーズドアレイアンテナとを備え
た構成とされており、この高周波用フェーズドアレイア
ンテナは複数のパッチを誘電体平面上に配置して得られ
る平面アレイアンテナと、この平面アレイアンテナに接
続される高周波の増幅及び位相調整手段を有する複数の
送受信モジュールと、これらの送受信モジュールに高周
波信号を分配すると共に前記送受信モジュールからの高
周波信号を合成する分配合成器と、前記送受信モジュー
ルに制御信号及び電力を供給すると共に前記送受信モジ
ュールからのモニタ信号を受信する制御器とを一体に構
成したことを特徴とする。

【０００９】ここで、平面アレイアンテナの下側にマイ
クロストリップ回路で構成された分配合成器を配置し、
この分配合成器の下側に制御器を配置し、この制御器の
下側に複数の送受信モジュールを配置し、前記平面アン
テナのパッチ、分配合成器、制御器はそれぞれ下側に存
在する分配合成器、制御器に設けたスルーホールを挿通
してコネクタにより送受信モジュールに接続される構成
が採用される。

【００１０】また、分配合成器は、複数の送受信モジュ
ールに接続される第１の分配合成器と、複数の第１の分
配合成器に接続される第２の分配合成器とを備え、制御
器は、複数の送受信モジュールに接続される第１の制御
器と、複数の第１の制御器に接続される第２の制御器と
を備え、前記第１の分配合成器と第１の制御器は平面ア
レイアンテナの下側に密接状態に支持され、かつその下
側に送受信モジュールが配設される構成が採用される。

【００１１】一方、低周波用パッチアンテナの給電線は
中空構造とされて地導体板の裏面においてコネクタに接
続され、高周波用フェーズドアレイアンテナの分配合成
器に接続される同軸ケーブルと、制御器に接続される制
御電源ケーブルとで構成される高周波用フェーズドアレ
イアンテナの給電線は、前記低周波用アンテナの給電線
の内部を挿通され、地導体板の裏面に設けたコネクタに
接続される。

【００１２】また、低周波用パッチアンテナの地導体板
は、その一部に浅皿状の凹部が設けられ、この凹部の周
辺にフランジが形成され、パッチはこの凹部内に配置さ
れてなることが好ましい。

【００１３】

【作用】低周波用パッチアンテナと高周波用フェーズド
アレイアンテナを一体化することで、低周波用パッチア
ンテナで広い指向性を得ることができ、高周波用フェー
ズドアレイアンテナで所定の方向に対する指向性を得る
ことができ、航空機に適用したときには、全周方向に通
信及びレーダの有効範囲を設定することが可能となる。

【００１４】また、低周波用パッチアンテナのパッチ上
に高周波用フェイズドアレイアンテナが構成されてお
り、かつこの高周波用フェイズドアレイアンテナは、平
面アレイアンテナと共に分配合成器、制御器、送受信モ
ジュールが一体に組み込まれることで、各アンテナの給
電線の複雑化を回避し、アンテナ全体の薄型化を図ると
ともに、小型化が実現できる。

【００１５】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１（ａ），（ｂ）は本発明の一実施例を示して
おり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。同図に
おいて、金属ケース１は平面形状が矩形をした浅皿状の
凹部１ａを有しており、かつその周辺部にフランジ１ｂ
を有している。この金属ケース１の凹部１ａ内には誘電
体２を充填し、この誘電体２の上面に低周波用、例えば
ＵＨＦ帯の通信用パッチアンテナ３と、高周波用、例え
ばマイクロ波またはミリ波帯のレーダ用フェイズドアレ
イアンテナ４が構成されている。そして、これらの通信
用とレーダ用の各アンテナ３，４は、前記金属ケース１
の凹部１ａの底面に設けたコネクタ５，６によりそれぞ
れ通信機、レーダ送受信機に接続され、給電が行われる
ように構成される。

【００１６】図２は図１の要部を拡大した断面図、図３
は要部を部分的に切り欠いた斜視図である。前記通信用
パッチアンテナ３は、前記金属ケース１上の誘電体２の
上面に延設される導体板からなるパッチ７を備えてい
る。そして、このパッチ７の一部には中空構造をした給
電線８が下方に向けて突出形成され、この給電線８が前
記金属ケース１の底面に設けたコネクタ５の中心電極と
して接続される。なお、このコネクタ５の外部電極は金
属ケース１に接続される。

【００１７】また、前記レーダ用フェイズドアレイアン
テナ４は、薄い誘電体板９の上面に複数個のレーダ用パ
ッチ１０を配列し、かつ下面に地導体１１を設けた平面
アレイアンテナとして構成される。そして、前記通信用
パッチ７の上側と前記平面アレイアンテナの下側との間
には所要の空隙が画成されており、この空隙内に第１及
び第２の分配合成器１２，１３と、第１及び第２の制御
器１４，１５と、複数の送受信モジュール１６が内装さ
れている。

【００１８】前記第１の分配合成器１２は、送受信モジ
ュール１６に対して高周波信号の分配と合成を行い、第
２の分配合成器１３は前記第１の分配合成器１２に対し
て高周波信号の分配と合成を行うものである。また、前
記第１及び第２の制御器１４，１５は、送受信モジュー
ル１６に対する制御信号及び電源の分配、並びに送受信
モジュール１６からのモニタ信号を収集するように回路
パターンが形成されたものである。

【００１９】前記第１及び第２の分配合成器１２，１３
は、図２に第１の分配合成器１２の断面構造を示すよう
に、誘電体板１７の内部に形成したマイクロストリップ
回路１８とその上下面にそれぞれ形成された地導体１
１，１９で構成されるトリプレート構造とされる。この
マイクロストリップ回路１８は、図３に示すように、直
線状の伝送線２０に対して直列に複数の方向性結合器２
１を配列したものである。各方向性結合器２１の一端は
スルーホール２４を通してコネクタ２６に接続され、他
端は抵抗器２２及びλ／４ショートスタブ（λは波長を
示す）２３から成る終端器２５に接続されている。

【００２０】そして、前記第１の分配合成器１２の下側
には第１の制御器１４が設けられ、更にその下側には前
記方向性結合器２１にそれぞれ対応する位置に前記複数
の送受信モジュール１６が配列される。そして、各々の
送受信モジュール１６に対しては、前記方向性結合器２
１の一端がコネクタ２６により接続され、前記レーダ用
フェイズドアレイアンテナの各パッチ１０がコネクタ２
７により接続され、更に前記第１の制御器１４がコネク
タ２８により接続されている。

【００２１】また、前記第１の分配合成器１２は第２の
分配合成器１３に接続され、この第２の分配合成器１３
の下側に設けられた第２の制御器１５は前記第１の制御
器１４に接続される。そして、これら第２の分配合成器
１５に接続された同軸ケーブル２９と、第２の制御器１
５に接続された制御電源ケーブル３０とからなる給電線
３１は前記通信用パッチアンテナ３の中空の給電線８の
内部を挿通され、その途中から外部に引き出された上
で、前記金属ケース１の底面に設けたコネクタ６に接続
されている。

【００２２】なお、前記した通信用パッチアンテナ３と
レーダ用フェイズドアレイアンテナ４の概念構成を図４
に示す。レーダ用フェイズドアレイアンテナ４において
は、複数のパッチ１０はそれぞれ送受信モジュール１６
に接続され、かつ個々の送受信モジュール１６は第１の
分配合成器１２及び第１の制御器１４に接続されてい
る。これらのアレイが複数並んでおり、第２の分配合成
器１３及び第２の制御器１５により信号がまとめられ、
コネクタ６を介してレーダ送受信機とマイクロ波または
ミリ波の高周波信号の授受、並びに制御信号、電源及び
モニタ信号の授受を行っている。一方、通信用パッチア
ンテナ３は給電線８及びコネクタ５を介して通信機に接
続されている。

【００２３】図５は本発明に適用される送受信モジュー
ルの系統を示すブロック図である。送信側には、可変減
衰器４１、スイッチ４２、電力増幅器４３が設けられ、
受信側には低雑音増幅器４４とスイッチ４５が設けら
れ、これらの送信側と受信側をスイッチ４６，４８で切
り替えるように構成される。そして、スイッチ４６は第
１の分配合成器１２の入出力端子に接続され、スイッチ
４７は各パッチ１０に接続される。また、スイッチ４
２，４５間には移相器４８が介挿される。

【００２４】この構成では、送信時には、各スイッチ４
２，４５，４６，４７は図示の状態であり、第１の分配
合成器１２から励振信号が入力され、励振信号はスイッ
チ４６，４５を通り、移相器４８で送信用の所定の位相
量に位相調整されスイッチ４２を通って電力増幅器４３
で送信信号レベルに増幅されスイッチ４７から各パッチ
１０、即ち平面アレイアンテナ４に出力される。

【００２５】一方、受信時においては、前記各スイッチ
４２，４５，４６，４７は切替えられ、平面アレイアン
テナ１０から入力された受信信号はスイッチ４７を通っ
て低雑音増幅器４４で増幅され、スイッチ４５を通って
移相器４８で受信用の所定の位相量に調整され、スイッ
チ４２を通って可変減衰器４１で所定の振幅に調整され
てスイッチ４６から第１の分配合成器１２に伝送され
る。

【００２６】以上の構成の通信・レーダ共用アンテナの
ビーム形成概念を図６に示す。通信用パッチアンテナ３
によるビームはアンテナが１素子のため通信用ビーム５
１に示すようにビーム幅の広いビームになる。また、レ
ーダ用フェイズドアレイアンテナ４によるビームはレー
ダ用ビーム５２に示すようにビーム幅の狭いペンシルビ
ームとなる。そして、送受信モジュール１６内の移相器
４８における移相量の調整により電子的にビーム走査を
行うことができる。

【００２７】ここで、通信用パッチアンテナは、図７
（ａ），（ｂ）にその基本構成の平面図と断面図を示す
ように、金属ケース１を地導体板とし、これに給電線８
を介してパッチ７を接続した、Ｆｌｕｓｈ Ｍｏｕｎｔ
タイプのマイクロストリップアンテナとして構成された
もので、その広帯域化が実現されている。このアンテナ
の特性例は（「Ｆｌｕｓｈ Ｍｏｕｎｔタイプの広帯域
マイクロストリップアンテナ」電子情報通信学会 秋季
全国大会 Ｂ−５２，１９８９年）で紹介されており、
放射指向性について、金属ケース１のフランジ１ｂの高
さとパッチ７との高さの差（ギャップ）をパッチの高さ
程度にとれば、利得の低下が少ないことが確認されてい
る。

【００２８】したがって、前記通信・レーダ共用アンテ
ナに保護用レドームを付設したアンテナ５０として構成
した上で、これを同図に示すようにプラットホーム外筺
５３の面にあわせて装着することにより、薄型の通信用
アンテナ単体とほぼ同じハードウェア規模で通信・レー
ダ共用アンテナを装備することができる。

【００２９】そして、この構成では、通信・レーダ共用
アンテナ内に、レーダ用フェイズドアレイアンテナを構
成する送受信モジュール、分配合成器等を内装し、かつ
所定の給電接続が行われているため、レーダ送受信機と
は別に送受信モジュールや分配合成器を接続する必要が
なく、小型かつ薄型に構成できる。また、送受信モジュ
ールや分配合成器をレーダ送受信機に内蔵した場合のよ
うに、多数本の給電線をアンテナに接続する必要がな
く、配設工程が削減できる。

【００３０】また、通信用とレーダ用の各アンテナに接
続される各給電線は、アンテナ内部では相互に影響を及
ぼすことがないため、金属ケースの底面に設けたコネク
タに対してそれぞれの給電線を接続した場合でも、アン
テナ相互間で干渉等による影響が生じることはなく、良
好な特性が確保できる。

【００３１】なお、以上の説明では金属ケース、通信用
パッチアンテナ、レーダ用フェイズドアレイアンテナを
平面構成としているが、例えば航空機胴体の曲率に合わ
せて曲面に形成したアンテナとしてもよい。また、通信
用パッチアンテナとレーダ用フェイズドアレイアンテナ
の周波数帯は前記した帯域に限定されるものでないこと
は勿論である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、低周波用
アンテナと、そのパッチの上に搭載された高周波用フェ
ーズドアレイアンテナとを備えているので、低周波用パ
ッチアンテナで広い指向性を得ることができ、高周波用
フェーズドアレイアンテナで所定の方向に対する指向性
を得ることができ、航空機に適用したときには、全周方
向に通信及びレーダの有効範囲を設定することが可能と
なる。

【００３３】また、低周波用パッチアンテナのパッチ上
に高周波用フェイズドアレイアンテナの平面アレイアン
テナ、分配合成器、制御器、送受信モジュールが一体に
組み込まれることで、各アンテナの給電線の複雑化を回
避し、アンテナ全体の薄型化を図るとともに、小型化が
実現できる。

【００３４】したがって、本発明によれば、航空機など
のプラットホームの各部にレーダと通信との両方の機能
を持った薄型のアンテナを取り付け易くなり、全周方向
にレーダ及び通信の有効範囲をとることが容易となる効
果がある。また、アンテナの数を増やす必要の無い場合
でも複合化によりプラットホームのペイロードを軽減で
きる効果がある。

【００３５】ここで、平面アレイアンテナの下側に分配
合成器と制御器を配置し、かつ制御器の下側に複数の送
受信モジュールを配置した上で、前記平面アレイアンテ
ナのパッチ、分配合成器、制御器はそれぞれ下側に存在
する分配合成器、制御器に設けたスルーホールを挿通し
てコネクタにより送受信モジュールに接続することで、
その薄型化を図り、かつ一体化が可能とされる。

【００３６】一方、低周波用アンテナの給電線は中空構
造とされて地導体板の裏面においてコネクタに接続さ
れ、高周波用フェーズドアレイアンテナの給電線は、低
周波用アンテナの給電線の内部を挿通され、地導体板の
裏面に設けたコネクタに接続されるため、各アンテナの
給電線が干渉することを回避し、相互の特性に影響を及
ぼすことが防止される。

【００３７】また、低周波用アンテナの地導体板は、そ
の一部に浅皿状の凹部が設けられ、この凹部の周辺にフ
ランジが形成され、パッチはこの凹部内に配置されるこ
とで、その指向性をより広いものに設定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の通信・レーダ共用アンテナの一実施例
の斜視図とその断面図である。

【図２】図１の要部の断面図である。

【図３】図１の要部を階層毎に破断した斜視図である。

【図４】レーダ用アンテナの配線接続構造を示す模式図
である。

【図５】送受信モジュールの内部構成を示すブロック図
である。

【図６】ビーム形成概念を示す図である。

【図７】通信用パッチアンテナの基本構成を示す平面図
と断面図である。

【符号の説明】

１ 金属ケース ２ 誘電体 ３ 低周波用パッチアンテナ ４ 高周波用フェイズドアレイアンテナ ５，６ コネクタ ７ パッチ ８ 給電線 １０ パッチ １２ 第１の分配合成器 １３ 第２の分配合成器 １４ 第１の制御器 １５ 第２の制御器 １６ 送受信モジュール １８ マイクロストリップ回路 ２１ 方向性結合器 ２６，２７，２８ コネクタ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地導体板と、この地導体板の所定位置に
   設けた給電線により前記地導体板上に配設されるパッチ
   アンテナとで構成される低周波用パッチアンテナと、前
   記パッチの上に搭載された高周波用フェーズドアレイア
   ンテナとを備え、前記高周波用フェーズドアレイアンテ
   ナは複数のパッチを誘電体平面上に配置して得られる平
   面アレイアンテナと、前記平面アレイアンテナに接続さ
   れる高周波の増幅及び位相調整手段を有する複数の送受
   信モジュールと、前記送受信モジュールに高周波信号を
   分配すると共に前記送受信モジュールからの高周波信号
   を合成する分配合成器と、前記送受信モジュールに制御
   信号及び電力を供給すると共に前記送受信モジュールか
   らのモニタ信号を受信する制御器とを一体に構成したこ
   とを特徴とする２周波共用アンテナ。
2. 【請求項２】 平面アレイアンテナの下側にマイクロス
   トリップ回路で構成された分配合成器を配置し、この分
   配合成器の下側に制御器を配置し、この制御器の下側に
   複数の送受信モジュールを配置し、前記平面アンテナの
   パッチ、分配合成器、制御器はそれぞれ下側に存在する
   分配合成器、制御器に設けたスルーホールを挿通してコ
   ネクタにより送受信モジュールに接続されてなる請求項
   １の２周波共用アンテナ。
3. 【請求項３】 分配合成器は、複数の送受信モジュール
   に接続される第１の分配合成器と、複数の第１の分配合
   成器に接続される第２の分配合成器とを備え、制御器
   は、複数の送受信モジュールに接続される第１の制御器
   と、複数の第１の制御器に接続される第２の制御器とを
   備え、前記第１の分配合成器と第１の制御器は平面アレ
   イアンテナの下側に密接状態に支持され、かつその下側
   に送受信モジュールが配設されてなる請求項２の２周波
   共用アンテナ。
4. 【請求項４】 低周波用パッチアンテナの給電線は中空
   構造とされて地導体板の裏面においてコネクタに接続さ
   れ、高周波用フェーズドアレイアンテナの分配合成器に
   接続される同軸ケーブルと、制御器に接続される制御電
   源ケーブルとで構成される高周波用フェーズドアレイア
   ンテナの給電線は、前記低周波用アンテナの給電線の内
   部を挿通され、地導体板の裏面に設けたコネクタに接続
   される請求項１の２周波共用アンテナ。
5. 【請求項５】 低周波用パッチアンテナの地導体板は、
   その一部に浅皿状の凹部が設けられ、この凹部の周辺に
   フランジが形成され、そのパッチアンテナはこの凹部内
   に配置されてなる請求項１または４の２周波共用アンテ
   ナ。