JPS5827403A - 平坦で薄いサ−キユラ−・アレイ・アンテナ - Google Patents

平坦で薄いサ−キユラ−・アレイ・アンテナ

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JPS5827403A
JPS5827403A JP57131065A JP13106582A JPS5827403A JP S5827403 A JPS5827403 A JP S5827403A JP 57131065 A JP57131065 A JP 57131065A JP 13106582 A JP13106582 A JP 13106582A JP S5827403 A JPS5827403 A JP S5827403A
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JP
Japan
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antenna
dipole
flat
leg
antenna element
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JP57131065A
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カ−ル・ポ−ル・トレツセルト
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Original Assignee
Bendix Corp
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • 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
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
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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】 本発明は、電子的に向きを変えることができるアンテナ
素子アレイで構成されるフラット、低プｐフィール（以
下、平坦で薄い）°サーキュラ−・アレイ・アンテナに
関するものであって、各アンテナ素子は複数のパッチ・
ダイポールよシ成シ、それらのバンチ・ダイポールに紘
移相電力分割器を介して電力が供給され、アンテナ素子
とアレイを励振するようになっている。
ある設計周波数またはその近くの周波数で動作するアン
テナ素子は２つのパッチ・ダイポール・アンテナで構成
できることがアンテナ設計者に知られている。典型的な
グイポールは、接地面から第１の所定距離だけ離れて、
その接地面に平行に配置され、かつその少くとも１つの
縁部に沿って接地面導体に接地される全体として長方形
の導電板で構成される。典型的なパンチ・ダイポール・
アンテナは給電点を有する。その給電点は、設計周波数
の移相量に吟しい第２の所定距離だけ分離させられる。
アンテナ素子は、アンテナ素子の第１のボートにおける
電力をパッチ・ダイポール・アンテナの給電点へ分割し
、１つの給電点における信号の位相を、他の給電点にお
ける信号の位相に対して、第２の所定距離に等しい位相
角だけ推移させる電力分割器を含む。アンテナ素子の第
１のボートを励振するとアンテナ素子が励振される。
上記のアンテナ素子は、航空機での環境において有利な
平坦で薄い形状をしたサーキュ２−・アレイ・アンテナ
を用いていることがわかる。しかし、そのようなフラッ
ト・アンテナ・プレイのアンテナ素子がどのように機能
するのかということが誤って理解されていたために、そ
のようなアンテナ素子は従来は使用されていなかった。
とくに、そのよ゛うなアンテナ素子を平らな円形アンテ
ナ・プレイ状に配置する場合には、プレイの位相中心は
、ある特定の設計周波数に対するある最適な寸法の円上
に配置される。先行技術においては、アンテナ素子はダ
イポールの短絡されている側に向って励振されていた。
その場合には、アンテナ素子の位相中心はアンテナ素子
の前端部へ向って配置される。したがって、アンテナ素
子の位相中心が前記の最適寸法円の上に配置されると、
アンテナ素子の内側パンチ・ダイポール・アンテナは互
いに物理的に干渉し合う。このような干渉を避けるため
に、より小型の内側パンチ・ダイポール・アンテナを使
用することが提案されている。しかし、アンテナ素子を
構成する２つのパッチ・ダイポール・アンテナの寸法が
同じでないと、個々のパッチ・ダイポール・アンテナへ
電力を分割して供給する際に問題が起る。以上述べたよ
うなアンテナ素子で構成された平坦で薄いアレイ・アン
テナを開発することが従来行われなかったのは、このよ
うな問題があったためであると信ぜられる。
しかし、これまで信ぜられたものとは異って、アンテナ
素子の位相中心の位置はアンテナ素子励振の向きに依存
する。とくに、アンテナ素子がダイポールの短絡部とは
逆の向きに励振されるものとすると、位相中心はアンテ
ナ素子の後方へ向かうことが見出されている。その結果
、干渉を起すことなしに、パッチ・ダイポール・アンテ
ナを位相中心円にうまく配置できる。
本発明に従って、アンテナ素子の位相中心がアンテナ位
相中心円上に等間隔で配置されるように、接地面導体上
に複数のアンテナ素子が配置される。
各アンテナ素子は２つのパンチ・ダイポールにより構成
され、各パンチ・ダイポールは、接地面導体から所定距
離だけ隔てられている長方形のマイクロストリップ放射
板で構成される。その放射板の一方の縁部は接地面導体
に電気的に接続される。
パッチ・ダイポールはアンテナ・アレイの共通の物理的
中心からの半径方向の線上に直列に配置され、ダイポー
ルの給電点はある所定の距離だけ、−設計周波数の４分
の１波長に等しい長さが適当であるー、隔てられる。各
アンテナ素子のために分離された電力分割器が設けられ
る。その電力分割器はアンテナ素子ボートにおいて電力
を第２と第３のボートへ等しく、かつコヒーレントに分
割する。第２と第３のボートは移相器を介してパンチ・
ダイポールの給電点にそれぞれ接続される。
セれらの移相器により行われる移相は、１つの給電点に
供給される信号が、他の給電点に供給される信号に対し
て、それらの給電点の間の所定の自由空間距離に等し諭
量だけ移相されるようなものである。このような構成に
より、アンテナ素子は遅れ信号給電点の向きに励振され
ることになる。
更に詳しくいえば、接地面導体に接続されるパッチ・ダ
イポールの縁部は、前記半径方向線上にその線に対して
垂直に、かつアンテナ・アレイの物理的中心へ向って配
置される。
本発明の別の特徴に従って、平坦で薄いサーキュラ−・
プレイ・アンテナは、ある基板上に配置された二股状の
スリップ線の形の電力分割器を更に用いる。その二股に
なっているストリップ線の各脚の一端はアンテナ素子の
ボートに終端する。
第１の脚は第２のボートに終端し、第２の脚は第３のボ
ートに終端する。アンテナ素子を構成している２つのパ
ッチ・ダイポール・アンテナを希望のように分離するた
めに、第２と第３のボートの間に抵抗器が接続される。
第２と第３のボートをパンチ・ダイポール・アンテナの
給電点へそれぞれ接続する要素が設けられる。二股にな
っているストリップ線の脚の長さは互いに等しく、この
明細書で説明している実施例においては、約７０．７オ
ームである。第２と第３のボートをパンチ・ダイポール
・アンテナの給電点を接続する要素の長さは等しい値、
後で説明する実施例では、アンテナ・プレイの設計周波
数の約４分の１波長だけ異なる。長い要素のインピーダ
ンスは約５０オームである。
この平坦で薄いサーキュラ−・アレイ・アンテナには別
の構成の電力分割器を使用できる。この電力分割器は、
設計周波数の約４分の１波長に等しい長さに沿って空間
で互いに結合される第１と第２の伝送線よシ成シ、この
明細書で説明する実施例においては、約２０オームの偶
数モード・インピーダンスと、約２０オームの奇数モー
ド・インピーダンスを有する。一方の伝送線の一端はア
ンテナ素子のボートであり、他端は、アンテナ素子を構
成するパッチ・ダイポール・アンテナのうちの１つのア
ンテナの給電点である。他方の伝送線の一端は他のパン
チ・ダイポール・アンテナの給電点であシ、他端は抵抗
器によシ終端されて、アンテナ素子を構成するパンチ・
ダイポール・アンテナの間を希望どおυに分離する。
以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。
本発明の好適な実施例が第１図にアンテナ１゜として示
されている。このアンテナ１ｏは電子的に向きを定める
ことができる標準のアンテナ装置８に接続される。この
アンテナ装置８は、アンテナ１０に加えて、８×８パト
’）　−（Ｂｔｓｔｌ＠ｒ）−ｒトリックス３０と、操
向指令モジュール５０によシ制御される移相器３４〜４
０と、ビーム形成回路網４８とで構成される。電子的に
向きを制御できるアンテナ装置８は従来のアンテナ装置
、とくに米１国特許第４，１２８．８３３号に開示され
ている電子的に向きを制御できるアンテナ装置に類似す
る。先行技術と本発明の明らかな違いは、従来は知られ
ていなかったアンテナ１０として示されている薄状のサ
ーキュラ−・プレイ・アンテナである。たとえば、前記
米国特許には、本発明のように平らなアンテナ構造では
なくて、円筒の周囲に配置される８つのモノボールで構
成されたアンテナ・アレイが示されている。要約して説
明すると、アンテナ１゜は反射導体すなわち接地面導体
１１より成る。この接地面導体１１は図には円形として
示されているが、正方形またはその他の形にできる。８
個のアンテナ素子１２〜１９の平均位相中心が直径りの
円の円周上に等間隔で配置されるように、アンテナ素子
１２〜１９は接地面導体上に配置される。
直径りの重要性については後で詳しく説明する。
アンテナ素子は８ボート・パトラ−・マトリックス３０
へ個々に接続される。このパトラ−・マトリックス３０
は、知られているように、信号変換器であって、この実
施例では、直線位相勾配を有する多数の重みづけられた
入力信号を、サーキュラ−・プレイのための向きを制御
される入力信号゛に変換する。そのようなパトラ−・マ
トリックスは、１９７０年マグロ−ヒル社（ＭｅＧｒａ
ｖ−Ｈｌ　１１　ＢｏｏｋＣｏｍｐａｎｙ　）発行のス
コルニク（Ｍ、１．８ｋｏｌｕｉｋ）着［レーダ、／％
７ドプツク（Ｒａｄａｒ　Ｈａｎｄｂｏｏｋ）Ｊ：１〜
６６ページに詳しく示されている。
アンテナのビーみすなわちパターンの向きは、この実施
例では、操向指令発生器５０から線５０ｍを介して与え
られる指令信号によシ制御される。この操向指令を発生
するためのロジックは本発明の構成部分ではないから、
それについての説明は省く。それらの操向指令信号は、
アンテナのビームを遠方の固定応答局へ向けさせるもの
である。その固定応答局の位置は、その局からの信号を
指向性アンテナ１０によ如受信することＫより、追跡さ
れる。移相器３４〜４０は通常の６ビツト移相器であっ
て、ダイオード型移相器が適当である。
そのような移相器によシアンテナを複数の位置へ向ける
ことができる。その他の公知の操向技術によって、アン
テナを３６０度にわたって連続して効果的に操向できる
。
８ポート・パトラ−・マトリックスをこの実施例では用
いるが、７つの位相器３４〜４０から７つの可変移相さ
れた信号がそのマ）　ＩＪックスヘ与えられる。このパ
トラ−・マトリックスは、当業者に周知のように、不平
衡信号と、使用されていない＋３高次サーキュッー・モ
ードを吸収するための特性インピーダンス３２により終
端される。
移相器３４〜４０に受動ビーム形成回路網４８が接続さ
れる。この回路網４８は単に方向性結合器、ハイブリッ
ドなどの装置のツリーであって、ボー）５２．５４のよ
うなボートから電力を受け、その電力を線４８ｍを介し
て移相器３４〜４０へ分配する。
更に詳しくいえば、この実施例では、ビーム形成回路網
４８から線４８ｍへ与えられる信号は、ボート５２に電
力が与えられる時は和ビームを生ずるように重みづけら
れ、ボート５４に電力が与えられる時は差ビームを生ず
るように重みづけられるパトラ−・マトリックス３０は
、リニヤ・アレイのための出力信号に形が似て重みづけ
られかつ移相された多数の出力信号を、サーキュラ−・
プレイ・アンテナのだめの希望の信号に変換する。もち
ろん、当業者に知られているように、第１図に示す装置
はアンテナ１０に入射するレーダ信号を受信するために
用いることもできる。その場合には、和信号がポー）５
２に現われ、差信号がボート５４に現われる。
各アンテナ素子は２つのパッチ・ダイポールで構成され
る。たとえば、アンテナ素子１２はパッチ・ダイポール
１２＆、１２ｂで構成される。典型的なパッチ・ダイポ
ールが第２図に示されている。この図では、典型的なパ
ンチ・ダイポール１２＆が、４本の非導電性ねじ６０に
より接地平面導体１１にとシフけられている様子が示さ
れている。基本的には、ダイポール１２は、銅板６２の
ような、長方形の導電板で構成される。この導電板は接
地平面導体１１の上に距離ｄをおいて平行に隔てられ、
その一方の側は、導電板６２と接地板１１の周囲６５に
巻きつけられる銅箔６４により接地平面導体に短絡すな
わちシャントされる。ここで説明している実施例では、
導電板６２は標準のテフロン（ｌ商標）ガラス繊維スト
リップ線板６６の上に銅を被覆したものである。板６６
は同じ板６６により接地平面導体から隔てられる。その
板６６の鋼被覆板１０は接地平面導体１１に電気的に接
触する。鋼箔５ｎａｔｃｈマーク（商標）Ｘ−１１８１
銅箔テープであって、板６２とＴＯにはんだづけされる
。よや正しくいえば、パッチ・ダイポール１２ｍは短絡
中ダイポールと呼ばれているものである。寸法りはその
グイポールの動作周波数の４分の１波長に全体として等
しく、いまの場合には、板６６と６８の誘電体負荷効果
のために空気中での４分の１波長よシも短い。実際の動
作周波数は箔６４がパッチの２つの側面をどれくらい覆
うかにより左右され、各個で覆われるＬの寸法が大きく
なると周波数が高くなることに注意されたい。
箔の長さは容易に調整できるから、それにより素子の同
調を行うことができる。実際に用いられるパッチ・ダイ
ポールの寸法は後で示す。
接地平面導体１１とその上の導電板６２との間の距離ｄ
はダイポールの帯域幅を主として決定し、ｄが大きくな
ると帯域幅は広くなる。影響する度合は小さいが、幅Ｗ
が広くなっても帯域幅は広くなる。
ダイポールへは、下側の接地平面導体１１から板６６．
６８を貫通して延びる鋼線を介して電力が供給される。
この銅線の一端８２が導電板６２の位置８０にはんだづ
けされている様子が示されている。この銅線は第２図で
は見えないが第３図では見える。この第３図では、パン
チ・ダイポール１２ｍ、１２ｂで構成されているアンテ
ナ素子１２が接地平面導体１１にとりつけられている様
子が示されている。パッチ・ダイポール１２＆の場合に
は、その向きを定めるために鋼板６２．Ｔｏと、誘電体
板６６．８０と、ねじ６０と、銅箔６４とが示されてい
る。端部８２が鋼板６２にはんだづけされている鋼線８
４がダイポール１２＆と接地平面導体１１を貫通して！
イクロストリップ電力分割器および移相器９０まで延長
している様子が示されている。
下側の鋼板７０には鋼線８４と同心の穴があけられて短
絡が起らないようにしている。接地平面導体１１を貫通
している線８４の周囲にテフロン（商標）ブッシングが
同心状に設けられ、寸法を選択することにより、パンチ
・ダイポール１２ａと電力分割器９０の間に短い５０オ
ーム同軸線を形成する。線８４の下端部は電力分割器お
よび位相器８０上の鋼のマイクロストリップ・トラック
にはんだづけされる。このマイクロストリップ・トラン
クについては後で説明する。もちろん、線８４に類似の
線がダイポール１２ｂへ信号を与える。電力分割器およ
び移相器９０はバトヲー・マトリックスから、接地平面
導体の下側のスペーサー９２にとりつけられている同軸
コネクタ９４の中心導体を介して入力を受ける。同軸コ
ネクタ９４の外部導体はスペーサー９２を介して接地平
面導体１１に短絡される。
電力分割器および移相器９０が第４図に詳しく示されて
いる。この電力分割器および移相器９０は絶縁プリント
回路板９１を含んでいるのが示されている。このプリン
ト回路板９１は、パッチ・ダイポール１２ｍ、１２ｂで
構成されているアンテナ素子１２の下の接地平面導体１
１の下側にとシっけられる。プリント回路板９１にはワ
イルソン電力分割器として知られている電力分割回路９
８がとりつけられる。この電力分割回路９８は４分の１
波長の二股になった脚１１８ｍ、１１８ｋを用い、それ
らの脚の接合部９６は、アンテナ素子のポートを構成す
る同軸コネクタ９４の中心導体に接続される。
特性インピーダンスが７０．７オームである脚９Ｂ＆。
ｓａｂの他端部１Ｇ０．１０２は１００オームの直列抵
抗器１０４によｐ終端される。この電力分割器は本質的
にはボー）　９６　、１００．１０２を有する３ボ一ト
回路であって、その実用帯域幅は約１オクターブである
。
電力分割確度は周波数とは無関係であるから、厳密には
装置の構造の確度の関数である。ポート１００は短い５
０オームのストリップ線セグメントを介して銅線８８に
接続される。この鋼線８８の他端部はパンチ・ダイポー
ル１２ｂに接続されることは先に述べた。ボー）　１０
２はスｌｊンプ線１０８の５０オ一ム４分の１波長部分
を介して銅線８４に接続される。この銅線８４の他端部
はパッチ・ダイポール１２ｍに接続される。
電力分割器９８と４分の１波長部分１０８およびダイポ
ール１２ｍ、１２ｂとを組合わせた動作は次のとおシで
ある。信号が同軸コネクタ９４を介してポート９６へ与
えられる。その信号は互いに等しくテコヒ−Ｌ／７）な
２つの信号に分けられてポート１００．１０２へ与えら
れる。ボー）　１００に与えラレタ信号紘ストリンプ線
１０６と鋼線８８を介してパッチ・ダイポール１２ｂへ
与えられる。ポート１ｏ２へ与えられた信号はパッチ・
ダイポール１２ｍへ与えられるが、４分の１波長部分１
０８により９０度だけ位相が遅らされる。したがって、
ダイポール１２ｍにおける信号はダイポール１２ｂにお
ける信号よυ９０度だけ位相が遅れる。パッチ・ダイポ
ール１２畠が空気中で４分の１波長だけパンチ・ダイポ
ール１２ｂから隔てられていると、それらダイポールが
別のやり方で広い側で励振されるのとけ異シ、アンテナ
素子は矢印１１０の向きへ端部で励振される。最初に、
２′）のパッチ・ダイポールのＶ８ＷＲからの反射は１
８０度の位相差で電力分割器のボー）　１００，１０２
へ戻ってくるから、それらの反射信号は抵抗器１０４に
より吸収される。したがって、ダイポールのポート８４
はポート８８から分離されることがわかる。
本発明に使用するのに適当な別の種類の電力分割器およ
び移相器が第５図に示されている。この電力分割器およ
び移相器１２０は基本的にはストリップ線トランク１′
２４で構成される。このストリップ線トランク１２４は
、その部分１２４ａと第２のストリップ線トラック１２
２０部分１２２＆に沿ってトランク１２２に結合するよ
うに、トラック１２２の下側に設けられる。この結合線
全体として長さＭにわたって行われる。この長さは構造
媒体中での信号の４分の１波長に等しい。これについて
は後で説明する。トラック１２４はオフセント部１２４
ｂ、１２４ｃを含む。オフセント部１２４ｂはアンテナ
素子のポート１２６に電気的に接続されるようになって
いる。そのポート１２６は第３図に示されている同軸コ
ネクタ９４の中心導体９４＆に等しい。オフセット部１
２４Ｃは部分１２４・においてアンテナ素子の最も先端
のパンチ・ダイポール、たとえば第３図のパンチ・ダイ
ポール１２＆へ線８４を介して電気的に接続される。ト
ランク１２２はオフセット部１２２ｂと１２２Ｃを含む
。オフセット部１２２ｂは先端部１２２ｄがアンテナ素
子の後方のパンチ・ダイポール、たとえばパッチ・ダイ
ポール１２ｂ（第３図）へ線８８を介して電気的に接続
される。オフセット部１２２ｃは部分１２２ｅが特性イ
ンピーダンス１２８によシ終端される。
次に、電力分割器および移相器１２０の動作を説明する
。点１２４ｄに与えられた信号は長さＭに沿ってトラン
ク１２２１に結合される。この装置は、信号が点１２４
・、　１２２ｄに等しく分割されるように、−３ｄＢの
結合を行うように構成される。また、点１２２ｄに与え
られた信号は、上側の部分１２２＆と１２４１で構成さ
れている結合部の長さＭのために、点１２４・に与えら
れた信号に対して４分の１波長分だけ位相が遅れる。も
ちろん、全てのオフセット部１２２ｂ　。
１２２ａ　、　１２４ｂ　、　１２４ｅの長さは等しい
と仮定している。
前記したウィルキンソン分割器におけるのと同様に、２
つのパッチ・ダイポールのＶ８ＷＲからの反射信号は点
１２２・に違してからインピーダンス１２Ｂにより吸収
される。したがって、グイボールのボートは互いにほぼ
分離される。
電力分割器および移相器すなわち結合器１２０は三層対
称ストリップ線構造として構成できる。この種の構造は
当業者に知られているものであるから詳しく説明する必
要はないり、ｇ！約すれば、そのような構造の結合器１
２０は非常に良くしやへいでき、３枚のストリング線板
のサンドインチ構造より成る。このサンドインチ構造の
上と下のストリップ線板の外面には接地平面導体が設け
られ、中心のス）　ＩＪツブ線板の一方の側にはトラン
ク１２２が設けられ、他の側にはトラック１２４が設け
られる。それらのトランクはストリップ線板の材料を介
して結合される。ストリップ線構造に一般に用いられる
種類の簡単なピル型（ｐＨｌ　ｔｙｐ峠イフィンピーダ
ンスンピーダンス１２８として好適である。
サンドインチ構造の両側面には、通常のやり方で行われ
る信号のやり取りを除いて、ＲＦシやへいを完全に行う
ために、サンドインチ構造体の外面上の接地平面導体に
接地てれる箔のようなＲＦＩ、やへい物質をなるべく被
覆する。ここで第４図も参照して、結合器１２０は、前
記クイルキンソン結合器の代りに、アンテナ接地平面導
体１１の底になるべくとりつける。そして、点１２４６
と１２２ｄはパンチ・ダイポールの給電点の真下にそれ
ぞれ位置させて、線８４．８８が点１２４ｅ、１２２ｄ
にそれぞれ直接電気的に接続されるようにする。これに
関連して、点１２４・と１２２ｄの間の直線距離は、４
分の１波長である２つのパッチ・ダイポールの給電点の
間の距離に等しい（第６図）ことに注意すべきである。
点１２２ｄと１２４・の関の実際の物理的距離は長さＭ
（これも４分の１波長である）とは一般に異る。
その理由は、媒体を伝わる信号が異るからである。
１つの結合器１２０が、この実施例では、２つのパッチ
・ダイポールで構成されている各アンテナ素子に用いら
れる。したがって、第６図に示すアンテナには全部で８
個の結合器１２０を必要とする。
この実施例、すなわち、１０３０〜１０９１０９Ｏに使
用する実際的な結合器１２０では、トランク１２２と１
２４（点１２２ｄと１２４・）の間の結合は一３ｄＢで
ある。各部分１２２ｂ、１２２ｃ、１２４ｂ、１２４ｃ
のライン・インピーダンスは５０オームである。上側の
部分１２２ｍ、１２４ｍの偶数モード・インピーダンス
はなるべ（１２０，７オームにし、奇数モード・インピ
ーダンスはなるべ（２０，７オームにする。
次に、接地平面導体１１と、直径がＤである位相中心円
の円周に沿って等間隔で配置されている８つのアンテナ
素子１２〜１９とで構成されているアンテナ１０が示さ
れている第６図を参照する。
接地平面導体１１の下側には電力分割器および移相器９
０〜９Ｔが設けられる。それらの電力分割器および移相
器は第４図に示すものと同じものであるが、第５図に示
すような他の種類のものを用いるとともできる。
この明細書で用いる「位相中心」という用語は、信号が
アンテナ素子から出るように見える見かけの点を指すも
のである。一般に、アンテナ素子は種々の角度から見ら
れるものであるから、この位相中心としである特定の決
った点というものは一般に存在しない。しかし、妥当な
確度までは、そのような素子のアレイ特性を記述するた
めに、最大放射の向きから素子を見た時には位相中心と
しての１つの点を見出すことはできる。その本来の性質
から、「位相中心」はそのアンテナ素子の物理的な形状
から計算で求めることは困難である。
位相中心の最も有用な決め方は実験に基づくものである
。すなわち、アンテナ素子１２のようなアンテナ素子に
前記したようにして給電し、アンテナによる電磁界の位
相パターンを求めて図に表す方法である。
このアンテナ・プレイの構造では、予め決定しである位
相中心が仮想の「位相中心」に一致するように、アンテ
ナ素子を配置する。アンテナ素子を位相中心円の上に等
間隔で配置する、いいかえれば、パッチ・ダイポールの
前縁部と後縁部がアレイの物理的中心１１ｍに垂直であ
るようＫ、その物理的中心１１龜から出る等間隔の仮想
半径線上にアンテナ素子を配置する。直径が２７菌の円
上にアンテナ素子をそのように配置すると、このアンテ
ナを方位角で３６０度走査した時のアンテナ・パターン
は、走査される時にそのパターンが比較的一定に保たれ
るという意味で、比較的良好であることが見出されてい
る。もちろん、電子的に走査される実用的な任意のアン
テナにおけるようＫ、ビームが走査されるにつれてアン
テナ・パターンにある程度の変化は生ずる。しかし、位
相中心が前記したようにして設けられる場合には、それ
らの変化は一般に非常に小さい。１０３０〜１０９１０
９Ｏの周波数範囲で使用するために本発ＦｊＡＫ従って
第６図に示すようなアンテナを作った。そのアンテナの
アンテナ素子の寸法はｇ’ｙ図に示すようなものであっ
て、アンテナ素子１２はバッチ・ダイポール１２＆、１
２ｂで構成されて接地平面導体１１１の上に装置され、
ダイポール１１２ａ、１１２ｂのそれぞれの給電点１１
４．１１６は互いに４分の１波長だけ隔てられている。
この４分の１波長は、中心周波数の１０６１０６Ｏでは
７．０６ｃｒｎである。各パフｆ−グイボールの幅と長
さはそれぞれ６．１０ｃｍ　、　４．９５ｍであり、接
地平面導体の上のダイポール放射板の高さ、すなわち、
第２図の距離ｄはこのアンテナ素子の場合には０．６４
ｆｆｉである。アンテナ・パターンは矢印１２Ｇの向き
に延びる。すなわち、点１１４における供給信号の位相
は点１１６における供給信号の位相よｐ９０９０度遅。
各給電点はそのバッチ・ダイポールの幅に対して中心を
定められ、その中心は後縁部から１．７８ｃｒ１１隔て
られる。後縁部というのは、たとえば、パンチ・ダイポ
ール１１２ｄの場合には縁部１２１のことである。ダイ
ポールは各バッチ・ダイポールの後端部で７ヤントされ
る。そのシャントはたとえば箔１６４で行われる。長さ
が０．８９Ｃｒｎと１．０２ｃ１ｎの側面箔は完全なア
レイにおける典型的な値を表す。両者の値が等しくない
のは、プレイ中の内側のパンチと外側のパンチの受ける
相互結合が異なるからである。
ダイポール・シャントの位置はアンテナ素子を励振する
向きを決定するものではないことを理解すべきである。
アンテナ素子の励振の向きは、前記したように、種々の
パンチ・ダイポールへ供給される信号の位相差によシ決
定される。要約すると、いまの場合には、ダイポール１
１２１へ与えうした信号がダイポール１１２へ与えられ
た信号より９０度遅れの場合に、アンテナ素子が矢印１
２（ｌの向きに励振されるように、アンテナ素子唸信号
遅れの向きに励振する。アンテナ素子励振の向きに対す
るダイポール・シャントの位置は、アンテナ素子の位相
中心の位置に影響を及ぼす。たとえば、第７図に示すア
ンテナ素子を矢印１２０の向きに励振すると、前方方位
放射に対するアンテナ素子位相中心は、ダイポール１１
２ｂのほぼ前縁部位置１２５であることが見出されてい
る。しかし、パンチ・ダイポール１１２ｂへ与えられた
信号がバッチ・ダイポール１１２＆へ与えられた信号よ
１９９０ｇだけ遅れるように、バッチ・ダイポール１１
２ａと１１２ｂへの信号供給を相互に変えることにより
アンテナ素子１１２が矢印１２０の向きとは逆に励振さ
れ九とすゐと、後方でパターンが最大である所で測定さ
れた位相中心は給電点１１６の近くの位置１２７である
ことが見出される。位相中心の位置がこのようにアンテ
ナ素子の励振の向きに関係があることは従来は知られて
いなかったと信ぜられる。このことを理解することによ
り、従来は作ることができなかった、ここで説明するよ
うなアンテナを作ることができる。更に詳しくいえば、
第６図を参照して、前記１０３０〜１０９１０９Ｏの周
波数範囲のために設計されたアンテナは、位相中心円の
直径りを約２６Ｂ７αとする必要があることが見出式れ
ている。第７図の矢印１２０の向きに励振するように各
アンテナ素子の向きを定めて配置すると、すなわち、ダ
イポールのシャントをアレイの物理的中心へ向けると、
求められているダイポールを希望の位相中心直径上に物
理的に適合することが簡単な幾何学かられかる。しかし
、アンテナ素子が第７図の矢印１２０とは逆の向きに励
振されるものとすると、すなわち、ダイポールのシャン
トをプレイの外向きにすると、この場合には２６６７ｃ
ｒｎの位相中心直径で定められる円の上に位置させられ
るアンテナ素子位相中心に対して、全てのアンテナ素子
をアンテナ・アレイの中心へ向って移動させねばならな
いととがわかる。再び簡単な幾何学から、求められてい
るパンチ・ダイポールはこの新しい配置に適合しないこ
とがわかる。この場合には、狭くて効率の低い素子を適
合するように作れるかもしれないが、アレイ中の素子の
間の相互結合は素子が接近しているために非常に悪くな
り、走査により得られるパターンは劣化する。
第８図は、公称接地平面導体上に第６図に示すように配
置されている８個のアンテナ素子のうち、７個を抵抗終
端させた時の、１個のアンテナ素子についての仰角零に
おける測定方位アンテナ・パターンを示す図である。こ
の図から特徴的なカージオイド形の和パターンが、アン
テナ素子励振の向き（０度）に指向性を有することが明
らかである。第９図は、他のアンテナ素子を終端させ九
時に、１個のアンテナ素子についての測定ボアサイト主
平面垂直パターンを示す本のでめる。
第８，９図に示すアンテナ・パターンは設計周波数帯の
中間である１０６１０６Ｏに対するものであるが、両端
の周波数である１０３０　、１０９１０９Ｏでも、ダイ
ポールは、全周波数帯にわたって約０．６という一定の
不整を生ずるように同調されているから、利得の低下は
僅かである。この不整合によりある程度の電力損失がも
ちろん生ずる（いまの場合には約２ｄＢ　）、この損失
電力は電力分割器の抵抗器（第４図の抵抗器１０４）に
おいて消費される。本発明の利点を保って、上記の２ｄ
Ｂ損失をなくすために、たとえば無損失整合素子を用い
て、ダイポールを同調する狭帯域同調回路を設計できる
。この場合に、ある周波数帯内の２つの周波数だけでア
ンテナ・アレイを動作させる時には、　　２ｄＢ損失を
避けるために、希望の周波数に同調した複同調整合回路
網を使用できる。
以上説明した本発明の実施例は種々改変で龜る。
たとえば、ダイポール・シャントとしてめっきし九貫通
穴またはねじを用い、１枚の銅被覆誘電体シート上にア
ンテナ・プレイ全体をプリントできる。その場合には、
各パンチ・グイポールの長さしは第７図に示すものより
全体として短い。その理由は、誘電体が各パンチの開放
端を離れた縁部領域に設けられるからである。別の例と
して、おそらく空気が含まれる低誘電率の泡または機械
的支持のための小さな誘電体柱を除き誘電体のない折り
曲げたシート状金属パッチでプレイを作ることもできる
。この場合には、誘電体ロードがないから、長さしを完
全に４分の１波長にする必要がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は電子的に向きを変えることがで色るアンテナに
接続されている本発明のアンテナ・プレイの略図、第２
図は典型的なパンチ・ダイポールの概略斜視図、第３図
は典型的なアンテナ素子の側面図、第４図は電力分割器
および移相器を詳しく示す典減的なアンテナ素子の下面
図、第５図は本発明に使用できる別の種類の電力分割器
および移相器の略図、第６図は８素子の薄形サーキエラ
ー・「スレイ・アンテナの正面図、第７図は１０６０■
口で動作するアンテナ素子の物理的寸法図、第８．９図
はアンテナ・ノくターン図である。 １０・・・・アンテナ、１１・・・・接地平面導体、１
２〜１９・・・・アンテナ素子、１２＆〜１９ｂ・・・
・パンチ・ダイポール、６２・・・・導を板、８４・・
・・接地縁部、８４．８８・・・・ボート、９０〜９７
．１２０・・・・電力分割器及び移相器、９４・・・・
同軸コネクタ、１０６．１０８・・・・接続要素。 特許出願人　　ザ・ペンデイツクス・コーポレーション
代理人　山川政樹（眠・１名）

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 （１）設計周波数ｔたはその近くの周波数で動作する少
    くとも１つのアンテナ素子よシ成り、このアンテナ素子
    （１２）ａ　２つのパッチ・ダイポール・アンテナ（１
    ２ｍ、１２ｂ）より成９、典型的なパッチ・ダイポール
    ・アンテナ（１２ｍ）は接地平面導体（１１）から第１
    の所定距離だけ隔てられて、その接地平面導体（１１）
    Ｋ平行に配置される導電ｆＬ　（＠２）で構成され、そ
    の導電販拡その少くとも１つの縁部（６４）に沿って前
    記接地平面導体（１１）Ｋｉｌ地され、典型的なパッチ
    ・ダイポール・アンテナ（１２ｍ）は給電点（１４）を
    有し、アンテナ素子（１２）のパッチ・ダイポール・ア
    ンテナ（１２ｍ、１２ｂ）の給電点（８４，１１８）゛
    は前記設計周波数の移相量に勢しい第２０所定距離だけ
    隔てられ、かつ前記給電点（８４，ｍｉｌｍ）へのアン
    テナ素子の第１のボート（Ｎ）において電力を分割し、
    かつ、１つの給電点（Ｍ）Ｋおける信号の位相を他Ｏ給
    電点（８４）における信号の位相に対して、前記第２の
    所定距離に勢しい位相角だけ推移させる丸めの電力分割
    器（Ｉｏｔたは１２０）を含む平坦で薄いサーキュラ−
    ・アレイ・アンテナ（１０）であって、それぞれ２つの
    パッチ・ダイポール・アンテナ（１２ｍ＝１２ｂ　〜１
    １ｍ、１１ｂ　）で構成された複数のアンテナ素子（１
    ２〜１１Ｂ）が前記接地平面導体（１１）の中心（１１
    ｍ）の周Ｗ！ＡＫ等しく隔てられ、前記各パンチ・ダイ
    ポール・アンテナ（１２ｍ、１２１ｙ−１１ｍ、１９ｂ
    ）の接地縁部（６４）は、前記中心（１１ｍ）から出る
    線に全体として垂直で、前記中心（１１ｍ）へ向けて配
    置され、前記各アンテナ素子（１２〜１９）に１つの前
    記電力分割器が設けられて複数の前記電力分割Ｉ！（９
    ０〜１１７）があるととを特徴とする平坦で薄いサーキ
    エラー・アレイ・アンテナ。 （２、特許請求の範囲の第１項に記載の平坦で薄いサー
    キ３−２−・プレイ・アンテナであって、典型的アンテ
    ナ素子（１２）は位相中心（１２５）を有し、全ての前
    記アンテナ素子（１２〜１９）の位相中心は前記中心と
    同心の円（Ｄ）　０上に配置されることを特徴とする平
    坦で薄いサーキュラ−・アレイ・アンテナ。 （３）特許請求の範囲の第１項または第２項に記載の平
    坦で薄いサーキュ２−・アレイ・アンテナであって、典
    型的な電力分割器（９ｏ）は基板（９１）を更に備え、
    この基板の上には二股になっているストリップ＃　（１
    １ｇ）が配置され、そのストリップ線の各脚（９８ｍ、
    ９８ｂ）の一端部は前記第１のボート（９４）で終端し
    、第１の脚（９８ｍ）の他端部は第２のポー）　（１０
    ２）で終端し、第２の脚（ｓａｂ）の他端部は第３　ノ
    ホ−）　（１０Ｇ）で終端し、前記第２のボート（１０
    ２）と前記第３のポー）　（１００）の間に抵抗器（１
    ０４）が接続され、前記第１の脚（９８ｍ）と前記第２
    の脚（９８ｂ）は等しい長さであシ、前記第１の脚（９
    ８ｍ）は前記＃Ｉ２のポー）　（１０２）と第４のポー
    ）（８４）を接続する第１ノｌＩｉ素（１０８）と、前
    記第３のボート（１０Ｇ）と第５のポー）　（Ｊ１８）
    を接続する第２の要素（１０６）とを備え、前記第５と
    第４の要素（８８゜８４）はそれぞれ前記１つの給電点
    （８８）と前記他の給電点（８４）であシ、前記第２の
    要素（１０６）と前記第１の要素（１０８）との長さの
    差は前記所定の距離２−・プレイ・アンテナであって、
    前記各脚（９８ａ。 ｅａｂ　）のインピーダンスは約７０．７オームであり
    、前記第１の要素（１０１ｍ）のインピーダンスは約５
    ０オームであることを特徴とするサーキュラ−・アレイ
    ・アンテナ。 （５）％許請求の範囲の第３項に記載の平坦で薄いサー
    キュ２−・プレイ・アンテナであって、前記脚（９８ｍ
    、９８ｂ）の長さは前記設計周波数の約４分の１波長で
    あることを特徴とするサーキュラ−・アレイ・アンテナ
    。 （６）％許請求の範囲の１ｓ１項または第２項に記載の
    平坦で薄いサーキュラ−・プレイ・アンテナであって、
    典型的な電力分割器（１２０）は第１の伝送線（１２４
    ）を更に備え、この第１の伝送線は前記設計周波数約４
    分の１波長に等しい長さに沿って第２の伝送線（１２２
    ）　Ｋ空間結合されることを特徴とするサーキュラ−・
    アレイ・アンテナ。 （７）特許請求の範囲の第６項に記載のサーキュラ−・
    プレイ・アンテナであって、前記第１と第２の伝送線（
    １２４，１２２）はそれらが結合されている４分の１波
    長に沿ってそれぞれ約１２０オームの偶数モード・イン
    ピーダンスと、約２０オームの奇数モード・インピーダ
    ンスを有することを特徴とするサーキュラ−・プレイ・
    アンテナ。
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