JP3359637B2 - ２重素子エンドファイアアレイアンテナにおけるｑ値の均一化 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は、高速の戦闘機の先端に用いられる小さな
断面のアンテナに係わり、そして、これらに適用される
２重（dual）素子のエンドファイアアレイアンテナの中
で、前の素子と後の素子のＱ値の均一化に関するもので
ある。

背景技術 高速の戦闘機の先端に用いられるアンテナを準備する
ことの問題には、アンテナを作る標準と合致させること
が必要であるが、一方、又、限界の大きさ、高さ、パイ
ロットの視界障害、空気抵抗、取付スペース、全体の複
雑さとも合致させる必要がある。一方、多くの場合、従
来技術のアンテナ設計は、望ましいアンテナの作成標準
の合致に役だっているが、代表的なこの様な設計は、戦
闘機への応用に課せられた物理的制約には合っていな
い。本発明者の先行応用例は、“強制励振をもったアレ
イアンテナ”に関するものであり（07/458,220、特許番
号５、206、656）、更に、“円錐化及び傾斜化修正を有
する航空機アンテナ”（07/841,901,特許番号5,214,43
6）である。それぞれ、リニアアレイアンテナに関連し
ているが、その中で効果がある広い帯域幅の動作が、３
つ又はそれ以上の小さい反射素子の強制励振によって達
成された、また、強制供給型アンテナ或いはその他の平
行アレイを用いたアンテナに関係している。

この様な制約の下での適用のため、２素子のエンドフ
ァイアアレイ（縦形指向アンテナ列）の設計を試みて、
比較的大きい放射素子を用いるアンテナが作成できるこ
とが判明した。しかし、有意な周波数バンドに亘って望
ましいアンテナの機能を維持しつつ、小さな素子の利用
を可能とする方策はなかった。モノポールのエンドファ
イアアレイに用いられる小さな素子の如き小素子では厳
しい相互カップリングの効果のため、後の素子は非常に
低い放射抵抗を有する。この低い放射抵抗は、後方のモ
ノポールのＱ値を増加させ、動作周波数帯に劣ったイン
ピーダンスマッチの結果となる。

この様な２素子のエンドファイアアレイのうちの後の
素子のＱ値を低くするために、モノポールの高さを増加
させるか、又は損失、例えば、直列抵抗を挿入すればよ
い。これらのアプローチは共に望ましくない。特に、適
切な応用では望ましくない。３素子エンドファイアアレ
イに対して、強制励振系の利用によって、前の素子の高
い放射抵抗で、後の素子の低い放射抵抗を効果的に相殺
（offset）させることによる解決策が、引用されている
先行出願の中で得られている。その解決策は、３つの素
子列では効果があり、それは、前と後の素子が反対の位
相信号で励起されるからである。しかし、２素子のエン
ドファイアアレイでは、素子が強制励起系の利用を妨げ
る様に励起される。

そこで、この発明は、航空機に適用するのに適した改
良２重素子エンドファイアアレイアンテナを提供するこ
とが目的である。特に、大きさ、高さ及び他の制約に合
わせたものである。更に本発明の目的は、小さい放射素
子を用い、放射素子の間に連結された特別のＱ値均一化
回路及び、この様なリニアアレイアンテナを一体とした
系を採用している新改良エンドファイアリニアアレイア
ンテナを提供することである。

発明の開示 本発明の改良Ｑ値均一化を持つ２重素子エンドファイ
アアレイアンテナは、放射素子のリニアアレイを含んで
いるが、それは、動作周波数帯の周波数の1/4波長だけ
離れている後の素子及び前の素子と、第１のインピーダ
ンスを有し、後の連結点から該後の素子に信号をカップ
リングする後のカップリング手段と、第２のインピーダ
ンスを有し、前の連結点から該前の素子に信号をカップ
リングする前のカップリング手段と、入力信号をカップ
リングするための入力手段と、該入力手段から該後の連
結点に基準位相を有する第１の信号部分を供給し、且
つ、該基準位相に対して1/4位相差関係を有する第２の
信号部分を、該入力手段から該前の連結点へ供給する供
給手段と、該後と前の連結点の間でカップリングされ、
動作周波数帯の周波数の1/4波長の奇数倍に等しい有効
長を有し、該後の連結点でアドミタンスのコンダクタン
ス成分を増加せしめるのに、該第１と第２のインピーダ
ンスと結びついて有効に働く素子間カップリングインピ
ーダンスを与えるＱ値均一化手段と、を備える。また本
発明の２重素子モノポール又はダイポールエンドファイ
アアレイアンテナでの改良Ｑ値均一化の方法は、次のス
テップから構成される。

（ａ）後の素子と前の素子とを含む、１対のモノポール
又はダイポール放射素子を用意する。

（ｂ）この様な素子を同調させるが、その間、選ばれた
周波数で、調整可能な相対振幅の1/4位相差信号で素子
を励起し、低い素子リアクタンスと、前の後に対する高
い放射レベル比を達成させる。

（ｃ）ステップ（ｂ）で同調励起させた時、後と前の素
子の各アクティブ抵抗を決定する。

（ｄ）ステップ（ｃ）で決められた抵抗の平均値を決定
する。

（ｅ）後の素子の入力抵抗と前の素子の入力抵抗とを所
望の値に特定する。

（ｆ）後の素子と直列にカップリング装置（1/4波伝達
線部の如き）を挿入するが、その装置はステップ（ｄ）
からの平均値と、ステップ（ｅ）からの後の素子入力抵
抗を乗じたものの積の平方根に対応するインピーダンス
を有している。

（ｇ）前の素子と直列にカップリング装置を挿入する
が、その装置はステップ（ｄ）からの平均値と、ステッ
プ（ｅ）からの前の素子入力抵抗を乗じたものの積の平
方根に対応するインピーダンスを有している。

（ｈ）該２つのカップリング装置の間に、放射素子から
離れている連結点に伝達線部を挿入するが、その長さは
所望の周波数で、1/4波長の奇数倍に相当しており、ス
テップ（ｆ）とステップ（ｇ）で示された各インピーダ
ンスの積の２倍で、ステップ（ｃ）で決定された放射素
子の各アクティブ抵抗の間の差で割られたものに対応す
るインピーダンスを有している。

発明のよりよい理解のため、他の目的と共に、引例が
図面と共に以下に示され、付属のクレームの中で範囲が
指摘されている。

［図面の簡単な説明］ 図１は、発明に従ってＱ値の均一化のため、素子間カ
ップリングインピーダンスを有するモノポールを利用し
た２重素子エンドファイアアレイアンテナの図である。

図２、図３、図４、図５、と図６は、本発明を用いた
２重のスロットエンドファイアアレイアンテナの具体例
を示したものである。

図７は、平衡励起装置と、Ｑ値均一化をもったキャビ
ティのあるスロットを含む配列を示したものである。

図８は、追加の強制供給素子によって補われた図１の
タイプの素子の組を用いた多重素子列を示している。

発明を実施するための最良の形態 図１は、本発明に基づいたＱ値均一化をもつ２重素子
エンドファイアアレイアンテナの図による説明である。
示される様に、放射素子のリニアアレイは、後の素子を
含んでいるが、それは１番上のモノポール10に示されて
いる。そして前の素子は、同じモノポール12に示されて
いる。後のカップリング手段は、第１のインピーダンス
Zaを有する1/4波長伝達線部14を構成している様に示さ
れるが、後の連結点18から後の素子10へ信号をカップリ
ングする様に配列されている。同様に、前のカップリン
グ手段は、第２のインピーダンスZbを有する1/4波長伝
達線部16を構成している様に示されるが、前の連結点20
から前の素子12へ信号をカップリングする様に配列され
ている。ターミナル22として示される入力手段は、入力
信号を伝達するためのアンテナにカップリングさせるた
めに準備されており、そして反対に、アンテナからの受
信信号を信号利用回路とカップリングさせるために用意
されている。供給手段は、ターミナル22からの基準位相
の第１の信号部分と、後の連結点18をカップリングし、
又、ターミナル22からの遅れた1/4位相差の第２の信号
部分と前の連結点20をカップリングするための手段であ
るが、3dB（デシベル）タイプの指向性のカップラー24
と、後の連結点18に接続される（直列にインダクタンス
28及びキャパシタンス30を含む）直列ダブルチューニン
グ回路26と、前の連結点20に接続される同様な直列ダブ
ルチューニング回路32と、を含むものとして示される。
直列ダブルチューニング回路26と直列ダブルチューニン
グ回路32とは、それぞれ、後の連結点18と前の連結点20
から分離されて示されているが、回路設計の議論を容易
にするために、実際にこの様な同調回路がふくまれてい
る時は、それらを直接、それぞれの連結点につなぐこと
が望ましい。

図１のアンテナは、Ｑ値均一化手段を含んでいるが、
アドミタンスYcを有する1/4波長伝達線部34として示さ
れている。より詳しく記述される様に、手段34は、素子
間カップリングインピーダンスを、インピーダンスZ_aと
Z_bと共にして、後の連結点18でアドミッタンスのコンダ
クタンス成分を増加させるため効果的に準備されてい
る。図１の寸法は、説明のためにゆがんでいるが、次の
事に注意しなければならない。即ち、モノポール10と12
は、一般的に任意の広がりの波長の1/4だけ離れている
ということと、ここで言う波長とは、アンテナが動作し
ようとしている周波数幅の中の波長を意味していること
である。それは、引き続く参照の中では同じ波長であっ
てもなくともよい。又、ここで言う“エンドファイア”
動作とは、アンテナの動作に関するものと理解される
が、図１のアンテナの例の中の矢印36によって示される
如き固有の指向性を与えるアンテナ放射パターンを送信
又は受信のために提供することを意味する。

“1/4波”又は“1/4波長”伝達線部とは、動作周波数
において、該線に沿って90度位相の遅れを提供する電気
的に有効な長さを有する伝達線部を意味する。実際、何
らかの調整又は誤差は、実際のアンテナ設計や製作には
どうしても含まれるものである。この見地から、“公
称”が、基本の1/4波長の値、即ち、1/4位相差関係が値
の幅の間に実際あるであろうということを指示するのに
用いられるが、概して、基本値のプラスマイナス20度以
内、しかし、時には30度の場合もある。同様に、“公
称”に等しい値は、実例を示すが、それは１つのパラメ
ータが20％の範囲内で異なってくるし、又、時には比較
したパラメータから33％異なることもある。

「図１設計と動作」 図１のアンテナの設計と動作の説明は、まず、２素子
アンテナを図１で示される様に、伝達線部14、16、34の
移動をさせた後に展開される伝達線部14、16は、それか
ら簡単な伝導体で置き換えられ、一方、連結点18、20の
間には、連結は用意されない。この様に最初に考えられ
るアンテナの形状は、２つのモノポールを含むが、それ
は、方向性のカップラー24の作用で1/4位相差の信号が
供給される。同調回路26と32があるかないかは、この議
論の目的では重要でない。

分析の目的に対しては、1/4波の間隔を有する、前に
論じた１番上に書いてある２つのモノポール、これは、
次の様な大きさと関連の特徴をもっているが、その利用
に基づく例を考える。各モノポールは、1060MHzの中間
帯（mid−band）動作周波数を利用するために、0.01イ
ンチの直径の垂直材を含んでいるが、それは水平0.04イ
ンチの直径、1.96インチの長さ、地平から1.2インチの
間隔を置く中心線を有する１番上に載っている素子を支
持している。コンピュータ演算により、これらの素子
は、自己インピーダンス（中間帯において同調はずれの
リアクタンスを伴う）15.8ΩのZ_sと相互インピーダンス
8.4−j10.7ΩのZ_mを有している。15.8Ωの自己インピー
ダンスは、本来、この電気的に短いモノポールの放射抵
抗である。

アクティブ状態のエンドファイアアレイに対して V₁＝I₁Z_s＋I₂Z_m ＝j15.8＋１（8.4−j10.7）＝8.4＋j5.1 （１） ＝後のモノポールのアクティブインピーダンス V₁＝I₂Z_s＋I₁Z_m ＝１（15.8）＋ｊ（8.4−j10.7）＝26.5＋j8.4
（３） ＝前のモノポールのアクティブインピーダンス 後のモノポールについては、抵抗R₁（即ち、Z₁の実数
部）は、ただ5.1Ωで、それは、15.8Ωの自己抵抗R_sよ
りもずっと小さい。このことは、後のモノポールのＱ
が、このエンドファイアアレイアンテナがアクティブベ
ースで動作するとき（注記するに、線部14、16及び34が
除かれたきとき）、重要な因子によって不本意な増加を
したことを示している。同時に、前のモノポールR₂の抵
抗R₂は、26.5Ωであり、それはR_sより大きい。前のモノ
ポールのＱは、かく低減する。後と前の素子のＱは、か
くして動作中のアレイの中で不等となる。

ここで、図１を参照すると図示されるように、伝達線
部14、16、34を有するアンテナが示されている。まず、
素子の中間帯リアクタンスが、素子抵抗を変えることな
く同調はずれしたものとする。それから、中間帯外の周
波数に対するリアクタンス効果のための公称のリアクタ
ンスΔｘを加える、そして、Δｘは両方の素子で等しい
と仮定する。それは、高Ｑ素子に対して適当な近似であ
る。図１のアンテナ系の分析で次の様になる。

各連結点のＱ値は、B_in/netG_inに比例する。もし、伝
達線部34が存在しなければ、Y_cはゼロとなり、連結点18
のＱの値は、連結点20のＱ値より大きくなる。それは、
R₁がR₂より小さいからである。しかし、伝達線部34が存
在していたら、パラメータY_cの有効性は、netB_1in又はn
etB_2inを変えること無く、netG_1inを増加せしめ、netG
_2inを減少せしめる。このことは２つの連結点でのＱ値
の均一化を可能とするものである。これを達成するため
に、次の様にする、 R₁＋Z_bZ_aY_c＝R₂−Z_aZ_bY_c （９） 故に、 前出の例の値を用いる。R2≡26.5Ω、R1≡5.1Ω、と
すると次の様になる。

結局 R₁＋Z_bZ_aY_c＝R₂−Z_aZ_bY_c＝15.8Ω （12） 次のことに注意する必要がある。この値は、両方のモ
ノポール素子の見かけの放射抵抗であるが、それらの自
己抵抗R_sに等しい。（即ち、他の素子が開回路の時の１
つの素子の放射抵抗） 式（２）と式（４）を見ると、素子のアクティブイン
ピーダンスの抵抗成分が次のようになることが判る。

R₁＝R₃＋X_m and R₂＝R₃−Ｘ_ｍ′ （13） 故に （10）式から そして、式（12）の様に、 R₁＋Z_bZ_aY_c＝R₂−Z_bZ_aY_c＝R₃ （16） そして又、 この様に、次のことが判る。即ち、Ｑ値均一化線34の素
子間カップリングインピーダンスは、素子相互リアクタ
ンスＸ_m'の効果を消すために効果があり、それにより、
両方の入力抵抗を、各々1/4破線14と16を通って伝達さ
れた素子自己抵抗R_sに等しくしておく。

実際のアンテナへの発明の適用の中の線インピーダン
スの大きさに注意を向けるべきである。特別のアンテナ
で、R_1inとR_2inが、共に、50Ωの値を持たせたい時に
は、 この場合には、 一般に X_mが、負の時には、Z_cは正となることが判る。もし、
Ｘが正であれば、素子間カップリングインピーダンス
は、1/4波長線34の代わりに、伝達線部3/4波長の長さに
よって得られ、そして式（20）の符号と反対となる。

かくして、50Ωの望ましいR_1inとR_2inの入力値が得ら
れるが、この例では、上記したかかる１番上に乗せてあ
るモノポールを用い、次のものを備える。

・73.8Ωのインピーダンスを有し、1/4波線としての
線部34、及び ・28.1Ωのインピーダンスを有し、1/4波線としての
線部14と16 これらは、上で論じた様に同調はずれしたとみなされ
た各索子の中間帯リアクタンスをもつ中間帯値である。

さて、次に図１に示された全体のアンテナに関して次
のことを考察してみる。各素子10と12によって与えられ
るインピーダンスを調整するための直列同調リアクタン
スが、それぞれ素子入力／出力ポート38と40に挿入され
る。しかし、分流装置は、これらのポートには連結すべ
きでない。それは、その点で電流を変えてしまうからで
ある。かくして、従来の分流ダブルチューニング回路
は、素子のポートに使用すべきでない。適当なダブル同
調回路は、それぞれ後と前の連結ポイント18と20に又は
下に置く事ができる。説明された例で、直列共振回路26
と32は、これらの連結点にカップルされる。上に示した
様に、図１のある大きさが図解の回路分析の助けで、ゆ
がんだ時、実際は回路26と32は直接連結点18と20に連結
してもよい。本発明に適用されたアンテナの中のダブル
同調回路のどちらかの型式は、線の長さ、短い突出部等
の種々の組み合わせを含んでもよい、 もし、伝達線部14、16と34が、記述された様に設計さ
れたら、連結点18と20に伝えられた第１と第２の信号部
分のパワーは（指向性カプラー24の２つの出力により供
されるように）本来等しくあるべきである。この様に、
望ましい信号は、3dB（デシベル）タイプの指向性のカ
ップラ24の利用で得られるが、これは抵抗終端42を含む
既知のタイプの装置である。実際、インピーダンスの測
定及び仕様の許容度並びに他の効果は、指向性カップラ
ー設計の調整を必要とするが、それは、最良のエンドフ
ァイア放射の実行を得るため、3dB（デシベル）から何
がしかの異なったカップリング値を得ることによりなさ
れる。3dB（デシベル）という用語は、次の事を指摘す
るのに用いられる。即ち、調整により、何かしかの3dB
から異なっているカップリング値を有するカップラーを
必要とすることになる。又、もしアクティブ素子インピ
ーダンスZ₁とZ₂のリアクタンス部が、中間帯で同調はず
れすると（即ち、X₁＝X₂＝０）、その時は、素子10と12
の中の電流の望ましい1/4位相差関係は、カップラー24
で得られる。実際、位相調整がよい結果となる様に、設
計の間必要である。

「２重スロットアンテナ」 図２を参照すると、発明に使用した２重のスロットア
ンテナの概念形が示されている。航空機の金属表面に引
き延ばされた開口であり、適当なキャビティの配列でバ
ックアップされているスロットは、半波長の長さで互い
に1/4波長だけ離してある。図１のアンテナで、適切に1
/4位相差関係信号を後のスロット素子50と図２の前のス
ロット素子52に提供することにより、図２の中の右に向
いたエンドファイア放射パターンが得られる。又、記載
する通り、図２のスロット形は簡単で、図１の1/4波線1
4と16を含んでいないが、該構成は、カップルされた信
号に必要な電気的長さ、又は、位相関係を提供すること
のできる連結手段の実装について何がしか複雑なものと
している。

図２に関し、そして前の議論と一致して、２重のスロ
ット構成に対し、 Y_1in＝Y₁＋Y_c Y_2in＝Y₂−Y_c （21） 前の論議の線に従って、まず、各スロットの中間帯サ
セプタンスＢは、スロットコンダクタンスＧを変えるこ
となく同調はずれすると仮定する。そして、中間帯周波
数外に周波数を変えることによるサセプタンス効果のた
め、ΔＢを加える。ΔＢは、スロット50と52の両方と同
じと考える。そのことは、高いＱを生じる浅いキャビテ
ィを有するスロットにとってよい仮定である。

それから、 Y_1in＝G₁＋ｊΔＢ＋Y_c （22） Y_2in＝G₂＋ｊΔＢ−Y_c （24） 両方の入力に同じＱを与える。

G₁＋Y_c＝G₂−Y_c （26） そして、故に、 アクティブスロットコンダクタンスは、自己コンダク
タンスG_sと相互サセプタンスB_mに次のような関係を有す
る。

G₁＝G₃＋B_m and G₂＝G₃−B_m （28） 故に、 そして Y_c＝−B_m （30） また、 G_s＝G₁＋Y_c＝G₂−Y_c （31） そして G_1in＝G_2in＝G₃ （32） 図２に示される二重スロットアンテナは、誘導体でロ
ードされた1/4波長伝達線34に可能性のある短い物理的
長さも用いつつ、スロット励起連結を短く保つことに関
わる実装上の困難さを与える。ここで、1/4波長伝達線3
4は、スロット50と52への各々の入力の間に連結され、
スロット50と52とは、自由空間上で1/4波長だけ離れて
いる。かかる実装上の考慮については以下に説明する。

図３は、後と前の伝達線部54と56の利用を示している
が、その長さは半波長の複数倍であり、アンテナ部品の
位置決め及び内部カップリングをなすことに対して大き
なフレキシビリティを提供している。図２と図３の両方
でスロットは同じ様に励起される。即ち、両方の励起線
は各スロットの同じ側（右側又は左側）に連結してい
る。図４と図５は、配列を示しているが、その中でスロ
ット励起線は、各スロットの反対側に連結し、位相逆関
係を与えている。図４では、１つの半波長線58は、後の
連結点18を後のスロット50に連結するのに用いられてい
るが、一方、前のスロット52は、直接、前の連結点20に
連結される。図５では3/4波長伝達線60は連結点18と20
の間に連結されていて、前の連結点20は、先行する1/4
位相差をもつ信号で励起される。もしスロット励起装置
によって現される線の長さが最小にされるか若しくは考
慮に入れられるか、又はその両方の場合には、これらの
具体例の中の各配列は効果的に、各図の中で右の方を向
いているエンドファイア放射パターンを与えるように２
つのスロット素子に対する信号部分の間に1/4位相差関
係を与える。

図６、図３のタイプの２重スロットアンテナを示して
いるが、それに対して、図１に似ている供給配列が、供
給手段を加えている。図６で示される通り、直列共振ダ
ブル同調回路26aと32aは適切に、丁度、後と前の連結点
18と20の下のそれぞれ供給路の中に位置している。もし
伝達線部54、56と34が、記述された様に設計されたとす
ると、２つの指向性のカップラ24から連結点18と20に伝
えられる後と前の入力信号部分のパワーは、本来等しく
あるべきであり、3dB（デシベル）タイプカップラによ
って与えられるものと同じとなる。もしアクティブ素子
サセプタンスが中間帯で同調はずれしたら、（B₁＝B₂＝
０）、その時は指向性カップラー24で与えられた1/4位
相差信号関係は、全く正確にスロット50と52に望みの1/
4位相差電圧を生じる。次の様に理解される。即ち、確
立したアンテナ設計の実際に用い、カップリングと位相
値は、最良のエンドファイア放射遂行を与えるために、
設計の間、いくらかの調整が必要となる。

図７に関しては、キャビティ60と62によってバックア
ップされた後と前のスロット50aと52a（後からの断面図
参照）の型式に作られた２重素子エンドファイアアレイ
の特別な具体例が説明されている。この具体例では、ス
ロット50aの励起が平衡励起装置配列を通して与えられ
るが、それは、Wilkinsonタイプの平行線信号分波器70
と、半波長伝達線部72で成立している平衡不平衡変換器
68の型式であり、１つの端をキャビティの壁に、他の端
を信号カップリング手段に連結した２重電導体64を含ん
でいる。示されている通り、分波器70と78は、それぞ
れ、２つの平行1/4波長部を含んでいるが、それは、１
つの端は抵抗とカップリングし、他の端は相互連結をし
ている。図７の回路では、半波線54と56は、伝送線切片
80と82で置き換えられる。各線切片80と82の電気的長さ
は、それぞれの励起装置64又は66と、分波器70と78の効
果的長さとの組み合わせで、1/2波長の倍数と等しくな
る様に選択される。線部72と76は、端に半波長の切片を
加える。しかし、励起装置64と66及び分波器70と78の1/
4波長線と線切片80と82の長さを原因とするインピーダ
ンス変成は、素子間カップリング線34のY_cの値の決定に
おいて考慮されねばならない。

アンテナ設計方法 以下に述べるのは、本発明の利用のため、図１のタイ
プのアンテナの基本設計と調整への１つのアプローチで
ある。

モノポールはまず、望みの1/4波長のスペースとラジ
エータの上の適当な所に所望のレーダードームを持った
大きな金属基平面の上に作られる。調整はそれから次の
様になされる。

（Ａ）２つの素子に供された1/4位相差信号の相対位相
と振幅を調整し、中間帯でのエンドファイアアレイ放射
の前の後ろに対する高い比を達成する様にする。

（Ｂ）両方のモノポールを（個別に）、中間帯でモノポ
ールの端子でゼロリアクタンスに同調させる。

（Ｃ）両方のモノポールについて、前の後に対する高い
レベル比及びゼロ中間帯リアクタンスが同時に達成でき
るまで（Ａ）と（Ｂ）のステップを繰り返す。それか
ら、モノポール端子のアクティブ抵抗成分を測定して、
R_s＝（R₂＋R₁）/2の値を算出する、所望のR_1inとR_2inの
値を特定する。それは通常50Ωである。値の計算をする
と、 これは1/4波長線部14と16のインピーダンスである。次
に以下の値を計算する。

これは、図１のＱ値均一化1/4波長伝達線部34の望み
の素子間カップリングインピーダンスである。上の計算
の通り、線部14、16と34を作り、そして、それらをモノ
ポールに連結する。エンドファイア放射の前の後に対す
る高い比を達成するために、２つの連結点に供された1/
4位相差信号の相対位相と振幅を調整する。２つの連結
点のアクティブインピーダンスを測定する。最良の入力
インピーダンスを得るために、線部14、16、34のインピ
ーダンスを調整する。ダブルチューニング回路26と32及
び指向性カプラー34を加える。入力インピーダンスと前
の後に対する比を最良とするために、26、32と34を調整
する。

この基本設計のアプローチは、モノポール、ダイポー
ル、又は、スロットアンテナに対して、アンテナ設計に
能力がある人達によって適用されるが、異なった応用や
色々な形のアンテナがあるので、変化が考えられる。特
に、望みの素子間カップリングインピーダンスは、スロ
ットアンテナ具体例では、もっと容易に決められる。ま
ず、スロット素子が同調する、一方、上の（Ａ）と
（Ｂ）で説明した様に、低い素子サセプタンスと前の後
に対する高い放射レベル比を達成するため、調整可能な
相対振幅を有する1/4位相差信号で励起する。そして同
調した各スロット素子のアクティブコンダクタンスを決
定した後、素子間カッブリングインピーダンスは、２つ
のスロット素子のコンダクタンスの間の差の1/2の逆数
に対応する。

「他の応用」 以上議論した通り、本発明者の先行出願07/458,220
は、リニアアレイアンテナを説明しているが、それは、
３又はそれ以上の小さな放射素子を有しており、そし
て、その中で強制励起が効果的なエンドファイア動作を
達成する様に用いられている。この様な出願の開示は、
ここに、引例によって本明細書に一体となった。

図８に関してであるが、本明細書の具体例が説明され
ているが、それは、加えるに、本発明を利用した多素子
リニアアレイの中に強制的に供給することを一体化して
いる。図８は４つの１番上に載せてあるモノポールのリ
ニアアレイを示しているが、それは、モノポール84に先
行されたモノポール10と12を含んでいて、そして、モノ
ポール86が後に続き、追加の同様のモノポール88と90を
プラスし、任意の追加としてドットが打ってある。

最初、図８でモノポール素子10と12のみを考慮した
が、素子10と12、1/4波部14と16、後と前の連結点18と2
0、それと素子間カップリング線34が図１と同じく配列
されている。素子10と12は、適切に1/4位相差に励起さ
れると、２重素子エンドファイアアレイを前に説明した
様に与える。今、ただモノポール12と84のみを考えるこ
とにする。次のことが判るであろう。即ち、（素子10及
び12と1/4波の間隔と、残りの素子の間に同じ間隔とを
置くことにより）素子12と84は1/2波長だけ離れてい
て、エンドファイア動作に対しては、反対の位相の信号
で適当に励起される。上記出願の07/458,220で十分表現
したが、線部16と92及び半波線部96は、（1/4波変成器
の機能を提供する）点94を通して、素子12と84を強制供
給させることができる。この様な強制供給の結果は、素
子12と84の中の電流の間の望ましい関係を歪めてしまう
はずの素子の間の相互カップリングがここでは、かかる
関係を歪めないことである。発明者の先行発明に従った
強制供給構成と、そして本発明に従った２つの強制供給
素子の間に素子10を含むこととにより、小さな接近して
離れている素子を持つエンドファイア放射パターンの提
供を可能にしている。

この簡単なあらましでもって、先行明細書で意見を述
べた様に、強制供給構成は、素子86に拡張され、示され
る様に、それは、点98を介した素子10と、半波線100
と、1/4波変成器102と、にカップリングされる。88や90
の様な追加素子は、16や102の様な1/4波部の下の点で、
それぞれに供給をカップリングする1/2波線部の準備に
より希望の様に加えても良い。この様に、次の様なこと
が判る。即ち、図８のタイプのアンテナは、線部34のＱ
値の均一化素子間カップリングインピーダンスの利用に
より２つの隣の素子（10と12の様な）の間に基本的供給
関係を確立し、そして、信号供給の構成を強制供給によ
る追加素子に拡張したものとして眺めることができると
いうことである。同調回路は、図１の26と32に対応し、
そして指向性のカップラーは図１の24に対応するが、１
つの適当な方法として図８のアンテナを加えても良い。
その方法の中で、エンドファイア動作に対する望ましい
1/4位相差信号を与えている。

図８のタイプのアンテナの設計で、効果的エンドファ
イア性能が、２つの入力ポートでのQsを均一化すること
を基にして達成できる。図１のアンテナに関する設計解
析と合致して、もしQ₁が、Q₂に等しければ、必要な関係
は次の様になる。

Z_ob/Z_od≡Z_oc/Z_oa≡ｋ′と仮定する。

そうすると R_b＋k²R_d＋Z_obZ_ocY_ok＝R_c＋k²R_a−Z_ocZ_obY_ok （35） そして、 また、 そして、 発明の現在の望ましい具体例を説明してきたが、この分
野の能力のある人は、他の、そして更なる改良と変形が
発明から離れること無しに作られると認識しようが、全
てこの様な改良と変形は、発明の範囲の中に入る様にク
レイムしようとしてある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01Q 21/00 - 25/04

Claims (27)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】改良Ｑ値均一化を備えた２重（dual）素子
   エンドファイアアレイアンテナであって、 後の素子と前の素子を含む放射素子のリニアアレイと、 第１インピーダンスを有し、後の連結点から前記後の素
   子への信号をカップリングする後のカップリング手段
   と、 第２インピーダンスを有し、前の連結点から前記前の素
   子への信号をカップリングする前のカップリング手段
   と、 入力信号をカップリングする入力手段と、 基準位相を有する第１信号部分を、前記入力手段から前
   記後の連結点にカップリングし、且つ、前記基準位相に
   対して公称上1/4位相差関係を有する第２信号部分を、
   前記入力手段から前記前の連結点にカップリングする供
   給手段と、 前記後の及び前の連結点との間でカップリングされ、動
   作周波数帯域内の周波数の1/4波長の奇数倍に公称上等
   しい有効長さを有し、前記第１及び第２インピーダンス
   と結びついて素子間カップリングインピーダンス効果を
   与えて、前記後の連結点におけるアドミタンスのコンダ
   クタンス成分を増加せしめるＱ値均一化手段と、 を備えることを特徴とするアレイアンテナ。
2. 【請求項２】前記放射素子は、動作周波数帯域内の周波
   数の1/4波長の間隔を置いている２つのモノポールであ
   り、前記後の及び前のカップリング手段は、1/4波長伝
   達線部であり、前記Ｑ値均一化手段は、1/4波長伝達線
   部であることを特徴とする請求項１記載のアレイアンテ
   ナ。
3. 【請求項３】前記供給手段は、3dBタイプの指向性カッ
   プリング装置を含むことを特徴とする請求項２記載のア
   レイアンテナ。
4. 【請求項４】前記供給手段は、２つのダブル同調回路を
   更に含み、前記２つのうちの１つは、前記後の及び前の
   連結点の各々に接続されることを特徴とする請求項３記
   載のアレイアンテナ。
5. 【請求項５】前記Ｑ値均一化手段は、インピーダンスZc
   の1/4波長伝達線部を含み、前記Z_cは、R_s（前記後の及
   び前の素子の各々の自己抵抗）をX_m（前記後の及び前の
   素子の相互リアクタンスであり、正値とする）で割り、
   これにR_1inとR_2inとの積（前記後の及び前の連結点にお
   ける入力抵抗の積）の平方根を更に掛けたものに近似的
   に等しいことを特徴とする請求項１記載のアレイアンテ
   ナ。
6. 【請求項６】前記放射素子は、２つのスロット放射素子
   であり、前記Ｑ値均一化手段は、動作周波数帯域内の周
   波数の1/4波長の奇数倍に等しい電気的有効長を有する
   伝達線部であることを特徴とする請求項１記載のアレイ
   アンテナ。
7. 【請求項７】前記供給手段は、3dBタイプの指向性カッ
   プリング装置であることを特徴とする請求項６記載のア
   レイアンテナ。
8. 【請求項８】前記供給手段は、２つのダブル同調回路を
   更に含み、前記２つのうちの１つは前記後の及び前の連
   結点の各々に接続されることを特徴とする請求項７記載
   のアレイアンテナ。
9. 【請求項９】前記後の素子の後に位置するバック素子及
   び前記前の素子の前に位置する前面素子と、 前記バック素子に信号をカップリングするバックカップ
   リング手段と、 前記前面素子に信号をカップリングする前面カップリン
   グ手段と、 前記前の連結点から前記バックカップリング手段に信号
   をカップリングし、前記バック素子に供給するバック供
   給線と、 前記後の連結点から前記前面カップリング手段に信号を
   カップリングし、前記前面素子に供給する前面供給線
   と、 を備え、前記バック素子、後の素子、前の素子及び前面
   素子は、前記動作周波数帯域内の前記周波数の1/4波長
   の素子間隔を有するリニアアレイ状の中に配列される同
   様の放射素子であることを特徴とする請求項１記載のア
   レイアンテナ。
10. 【請求項１０】前記放射素子は、モノポールであり、前
    記カップリング手段の各々は、1/4波長伝達線部であ
    り、前記バック供給線及び前面供給線の各々は、半波長
    伝達線部であり、前記波長は、前記動作周波数帯域内の
    周波数に対応していることを特徴とする請求項９記載の
    アレイアンテナ。
11. 【請求項１１】前記供給手段は、3dBタイプの指向性カ
    ップリング装置であることを特徴とする請求項９記載の
    アレイアンテナ。
12. 【請求項１２】前記供給手段は、２つのダブル同調回路
    を更に含み、前記２つのうちの１つは、前記後の及び前
    の連結点の各々に接続されていることを特徴とする請求
    項11記載のアレイアンテナ。
13. 【請求項１３】２重素子エンドファイアアレイアンテナ
    であって、 動作周波数帯域内の周波数の1/4波長の間隔を置く後の
    素子及び前の素子を含む対状放射素子と、 前記動作周波数帯域内の周波数の1/4波長の長さを有
    し、前記後の素子と後の連結点との間でカップリングさ
    れ、第１インピーダンスを有する後のカップリング線
    と、 前記動作周波数帯域内の周波数の1/4波長の長さを有
    し、前記前の素子と前の連結点との間でカップリングさ
    れ、第２インピーダンスを有する前のカップリング線
    と、 第１入力信号部分を前記後の連結点にカップリングし、
    前記第１入力信号部分とは1/4位相差関係を有する第２
    入力信号部分を前記前の連結点にカップリングする供給
    手段と、 前記動作周波数帯域内の周波数の1/4波長の長さを有
    し、前記後の及び前の連結点との間でカップリングさ
    れ、前記後の素子と前記前の素子との間の相互カップリ
    ング効果を少なくとも部分的に相殺（offset）するのに
    有効な素子間カップリングインピーダンスを与えるカッ
    プリング間線手段と、 を備えることを特徴とするアレイアンテナ。
14. 【請求項１４】前記後の及び前の素子は、モノポールで
    あることを特徴とする請求項13記載のアレイアンテナ。
15. 【請求項１５】前記後の及び前の素子の各々への望まし
    い入力インピーダンスが50オームであり、前記第１及び
    第２インピーダンスの各々は、前記後の及び前の素子の
    中間帯域のアクティブ抵抗の平均値の積の平方根に50オ
    ームを乗じた値に公称上等しい値を有し、前記素子間カ
    ップリングインピーダンスは、前記第１と第２のインピ
    ーダンスとの積の２倍を、前記前の及び後の素子の中間
    帯域の各々のアクティブ抵抗間の差で割った値に公称上
    等しい値を有することを特徴とする請求項13記載のアレ
    イアンテナ。
16. 【請求項１６】２重素子エンドファイアアレイアンテナ
    であって、 動作周波数帯域内の周波数の1/4波長の間隔を置かれた
    後のスロット素子及び前のスロット素子と、 後の連結点から前記後のスロット素子に信号をカップリ
    ングする後のカップリング手段と、 前の連結点から前記前のスロット素子に信号をカップリ
    ングする前のカップリング手段と、 第１入力信号部分を前記後の連結点にカップリングし、
    前記第１入力信号部分とは公称上1/4位相差関係を有す
    る第２入力信号部分を、前記前の連結点にカップリング
    する供給手段と、 前記動作周波数帯域内の周波数の1/4波長の奇数倍長を
    有し、前記後の及び前の連結点にカップリングされ、前
    記後の素子と前記前の素子との間の相互カップリング効
    果を少なくとも部分的に相殺するのに有効な素子間カッ
    プリングインピーダンスを与えるカップリング間線手段
    と、 を備えることを特徴とするアレイアンテナ。
17. 【請求項１７】前記後の及び前のカップリング手段は、
    前記動作周波数帯域内の周波数の半波長の倍数の長さの
    伝達線部であることを特徴とする請求項16記載のアレイ
    アンテナ。
18. 【請求項１８】前記後のカップリング手段は、前記動作
    周波数帯域内の周波数の半波長の長さの伝達線部である
    ことを特徴とする請求項16記載のアレイアンテナ。
19. 【請求項１９】前記カップリング間線手段は、前記波長
    の3/4の長さであり、前記記載のように前記素子間カッ
    プリンブインピーダンスを与えることを特徴とする請求
    項16記載のアレイアンテナ。
20. 【請求項２０】前記供給手段は、前記後の及び前の連結
    点の各々に、２つの同様なダブル同調回路のうちの１つ
    を介してカップリングされる3dBタイプの指向性カップ
    リング装置を含むことを特徴とする請求項16記載のアレ
    イアンテナ。
21. 【請求項２１】前記スロット素子の各々は、後方及び前
    方にキャビテイを対応して背負うスロット放射素子であ
    ることを特徴とする請求項16記載のアレイアンテナ。
22. 【請求項２２】前記後の及び前のカップリング手段の各
    々は、 前記対応するスロット放射素子を背負うキャビティの壁
    に接続される平衡励起装置と、 前記平衡励起装置に供給する平衡不平衡変成器と、 前記平衡励起装置の総有効直列長を生むように選択され
    る長さを有する伝達線部と、 を含み、前記平衡不平衡変成器及び前記伝達線部は、前
    記動作周波数帯域内の周波数の半波長に等しいことを特
    徴とする請求項21記載のアレイアンテナ。
23. 【請求項２３】２重素子エンドファイアアレイアンテナ
    においてＱ値均一化を改良する方法であって、 （ａ）後の素子及び前の素子からなる１対の放射素子を
    準備するステップと、 （ｂ）選択された周波数において調整可能な相対振幅の
    1/4位相差信号で前記素子を励起しつつ、前記素子を同
    調せしめ、低い素子リアクタンスと、前の後に対する放
    射レベルの高い比率を達成するステップと、 （ｃ）前記ステップ（ｂ）における同調及び励起の際
    に、前記後の及び前の素子の各々のアクティブ抵抗を決
    定するステップと、 （ｄ）前記ステップ（ｃ）において決定されたアクティ
    ブ抵抗の平均値を決定するステップと、 （ｅ）望ましい後の入力ポート抵抗及び前の入力ポート
    抵抗を特定するステップと、 （ｆ）前記ステップ（ｄ）において決定された平均値
    と、前記ステップ（ｅ）において特定された後の入力ポ
    ート抵抗との積の平方根に公称上等しいインピーダンス
    を有するカップリング装置を前記後の素子に直列に挿入
    するステップと、 （ｇ）前記ステップ（ｄ）において決定された平均値
    と、前記ステップ（ｅ）において特定された前の入力ポ
    ート抵抗との積の平方根に公称上等しいインピーダンス
    を有するカップリング装置を前記前の素子に直列に挿入
    するステップと、 （ｈ）所望の周波数の1/4波長の奇数倍に公称上等しい
    長さを有し、且つ、前記ステップ（ｆ）及び前記ステッ
    プ（ｇ）において与えられたインピーダンスの積の２倍
    を、前記ステップ（ｃ）において前記決定された各放射
    素子のアクティブ抵抗の各々の間の差で除したものに対
    応するインピーダンスを有する伝達線部を、前記カップ
    リング装置の各々の間で前記放射素子から離れた連結点
    に挿入するステップと、 を含むことを特徴とする方法。
24. 【請求項２４】前記ステップ（ｂ）において前記素子が
    同調され、前記相対振幅が調整されて、素子リアクタン
    スを最小にし、同時に前記前の後に対する放射レベルの
    比率を最大にすることを特徴とする請求項23記載の改良
    Ｑ値均一化方法。
25. 【請求項２５】前記後の及び前の素子はモノポールであ
    り、前記ステップ（ｆ）及び（ｇ）において引用される
    カップリング装置は、前記ステップ（ｆ）及び（ｇ）に
    おいて各々決定されたインピーダンスを有する1/4波長
    伝達線部であることを特徴とする請求項23記載の方法。
26. 【請求項２６】２重素子エンドファイアアレイアンナに
    おいてＱ値均一化を改良する方法であって、 （ａ）後の素子及び前の素子からなる１対のスロット素
    子を準備するステップと、 （ｂ）選択された周波数において調整可能な相対振幅の
    1/4位相差信号で前記スロット素子を励起しつつ、前記
    各スロット素子を、同調せしめ、低い素子サセプタンス
    と、前の後に対する放射レベルの高い比率を達成するス
    テップと、 （ｃ）前記ステップ（ｂ）における同調及び励起の際
    に、前記後の及び前のスロット素子の各々のアクティブ
    コンダクタンスを決定するステップと、 （ｄ）所望の周波数における1/4波長の奇数倍に公称上
    等しい長さを有し、前記ステップ（ｃ）において決定さ
    れた前記後の及び前のスロット素子の前記コンダクタン
    スの各々の間の差の1/2の逆数に対応するインピーダン
    スを有する伝達線部を、前記スロット素子の各々の間に
    挿入するステップと、 を含むことを特徴とする方法。
27. 【請求項２７】前記ステップ（ｂ）において前記スロッ
    ト素子が同調され且つ前記相対振幅が調整されて、素子
    サセプタンスを最小にし、同時に前記前の後に対する放
    射レベルの比率を最大にすることを特徴とする請求項23
    記載の方法。