JPH02228104A - 広帯域アンテナ - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アンテナの構造体に関し、更に詳しくは、広
範囲にわたる周波数に実質的に依存しない、放射パター
ンおよびインピーダンス特性の外に広帯域特性を有した
新規なコンフォーマル（共形）な空力アンテナ構造体に
関する。

〔発明の背景〕

設計しようとするアンテナ構造体では、アンテナ設計者
は、アンテナが所望の電気的機能を確実に行うようにさ
せる必要があり、この電気的機能には、例えば、電磁波
の送受信の際の直線偏波作用、右円偏波作用、左円偏波
作用等、適切なゲインを有するｒ、ｆ、信号、バンド幅
、ビーム幅、副ローブレベル、放射効率、開口効率、受
信断面、放射抵抗およびその他の電気的特性がある。又
、アンテナは、支持構造体若しくは高速度航空機、ミサ
イルおよび空力形状から過度にデビエーションを許容し
得ないロケット等の乗物に装着又は固定することがしば
しば必要とされるので、これらアンテナ構造体は、軽量
で、設計が容易、コストが低く且つ目立たないことが必
要である。もちろん、アンテナが美観上の面および／ま
たは安全上の面から容易に見えないようにアンテナ構造
体を覆うことが望ましい場合もある。従って、理論的・
電気的な特性を持つアンテナは、物理的に体積を小さく
しなければならず又、必要な電気的特性をすべてそのま
ま発揮させて航空機の外板等の取り付は表面の外側に突
出しないようにする必要がある。

設計しようとするアンテナ構造体では、この構造体が効
率的に動作させる環境を考慮する必要がある０例えば、
このようなアンテナ構造体が航空機および／またはミサ
イルに載置されると、このアンテナ構造体は、その電気
的な特性を落とさずに極度の熱影響を受ける環境に耐え
ることが出来るように機械的特性を発揮させる必要があ
る。この点に関して、アンテナレードームとして高温材
を使用したり設置後このようなアンテナ構造体の同調を
図ることが先の方法では行われてきた。この結果、この
ようなアンテナ構造体を正確に同調するには熟練した技
術レベルが必要なので、この方法は安価で多量生産を行
うのに十分役立たない。

非常に小さいプロフィルを有し支持面上に平に設けるこ
とができるアンテナは、通常、コンフォーマル（共形）
アンテナと称する。以上検討されたように、これらアン
テナは、実際、支持面の形状に一致しなければならない
、それ故、このようなアンテナが移動体に装着若しくは
固定して空間を推し進む時に生ずるすべての乱流作用を
低減若しくは除去しなければならない。もちろん、この
ようなコンフォーマルアンテナは、いくつかの方法によ
って構成可能であるが、通常は、むしろ簡単なエツチン
グ技術によって製造できる。このような技術は、比較的
生産コストが低く、容易に製造することができるからで
ある。

このようなコンフォーマルアンテナ又はプリント回路板
アンテナと称せられるものは、従来のフォトレジスト・
エツチング技術を用いて単体のメタルクラッド誘導体シ
ート又は重重フィルムの片面をエツチングすることによ
って形成される０代表的なものとして、アンテナ構造体
の全厚さを一波長の何分の−に可能であり、又生産コス
トを最小にするように且つ製造および／または作動信頼
度および再現性を最大にするようにこの厚さを設定しう
る。適切なｒ、ｆ、フィードライン、フェーズシフティ
ング回路および／またはインピーダンス整合ネットワー
クと共に単体のアンテナ素子および／またはこのような
素子からなるアレイが。

通常、電子、プリント回路板を製造するのに使用される
低コストのフォトレジスト・エツチング方法を用いて、
すべて、一体に形成された電気回路として製造可能であ
るので、その製造コストは実質的に最小限にできる。こ
のことにより、複雑で高価格の多くの従来技術と比較す
ると、例えば、ターンスタイル・ダイポールアレイ、空
洞バック型ターンスタイル・スロットアレイおよびその
他の種類の特殊なアンテナのように、内部の、別個の成
分構成でボラライズド（偏波面）放射パターンが得られ
るということになる。

共振アンテナは、半波長の整数倍のものである。

共振アンテナにおける電流および電圧の定在波は、特定
の周波数に対するアンテナリアクタンスが最小の時放射
エネルギの最大量が放射されることによって設定される
０通常、共振アンテナの一例として、ロング・オープン
エンド式リニアアンテナがあげられ、このアンテナには
、その長手方向に沿って反対方向に進行する、オープン
・エンドにおいて等振幅および１８０度位相差を持つ二
液を備えた正弦波分布状態が生ずる。！圧分布は、この
電圧が電流零の代りに伝送ラインの端部において最大と
なる場合を除き定在波パターンを有する。

このような分布では、最大および最小が半波長の整数倍
毎に繰り返される。このような分布では。

各パターンにおいて零と最大との間に１／４スペースが
生ずる。従って、共振アンテナは定在波アンテナと称せ
られる。

もちろん、アンテナは、良好に動作させるために共振特
性を発揮させる必要はない。アンテナは、その長手方向
に沿って略均−な電流および電圧振幅を持つように作動
させることが可能であると共に設計可能である。このよ
うなアンテナは１通常、進行波アンテナとして使用され
又非共振型であることが特徴である。これは、反射が実
質的に少なくなるようにアンテナ構造体を正確に終端さ
せることによって達成し得る０通常、進行型フェーズパ
ターンは、このような進行波又は非共振アンテナに対す
る電流および電圧分布に対応している。

多数の開口アンテナは言うまでもなくポリロッド、ヘリ
ックス、ロング・ワイヤ、八木−宇田、対数周期の各ア
ンテナおよび導波管内におけるスロットおよびホールは
、独立素子型進行波アンテナの代表的な例である。

一般に、アンテナにとっては、そのアンテナが有効に動
作する周波数の範囲に限度がある。もちろん、アンテナ
は、バンド幅がより狭い信号を持つ所定の周波数範囲内
で良好に作動可能である。

又通常、このようなアンテナの設計には、何らバンド幅
問題は生じない、一方、もし広帯域アンテナを必要とす
る場合、アンテナ設計者は、良好に作動するアンテナ素
子を製造するためにたくさんの困難を克服しなければな
らない、ある条件において、もしアンテナの寸法上の特
性の修正が実際許されるならば、あるいはアンテナのイ
ンピーダンス整合変換特性の調整が実際行われるなら、
広い周波数範囲にわたる実質的に挟帯域アンテナを実用
することは多数の用途において可能である。

しかしながら、所定の形状を備えたアンテナ構造体は、
非常に広い周波数帯域にわたって動作することが必要で
ある。従って、広いバンド幅を持ったアンテナが非常に
望ましいので、このような動作条件を達成するために多
くの広帯域化のための技術が実施されている。

バンド幅を考慮すると１通常、次の二種類のパラメータ
に識別される；　（１）アンテナ放射パターンおよび（
２）インピーダンス特性、この放射パターンに関しては
、広帯域アンテナを設計する際に検討すべきパラメータ
は、電力利得、ビーム幅、サイドローブ・レベル、ビー
ム方向およびボラライゼーション（偏波性）を含み、イ
ンピーダンス特性に関しては、考慮すべきパラメータに
は、入力インピーダンス、放射抵抗および空中線効率が
含まれる。

共振アンテナに関しては、このアンテナの抵抗負荷によ
ってそのインピーダンスバンド幅を広げる手段が提供さ
れる。この点では、広帯域ダイポールアンテナが作られ
ており、そのアンテナの長さに対して導電素子の厚さを
大きくしている。従って、厚さの薄いものよりむしろ直
径の大きい導体を用いることによって広帯域ダイポール
構造体を簡単に達成し得るにの点では、双円錐アンテナ
が通常このクラスに属し、一般に広帯域アンテナである
と考えられている。それにもかかわらず、高い周波数で
作動するアンテナ用に抵抗負荷は一般に使用されない、
これは通常、導体損失が極端に小さく不適当なバンド幅
を有したアンテナとなるためである。

種々様々の物理的な大きさおよび形状を有したいくつか
のアンテナが知られており、これらは周波数に依存せず
、少なくとも１０対１および実質的にはそれ以上のバン
ド幅を達成し得る。一般には、そのアンテナの広帯域作
用にはインピーダンス特性および放射パターン特性の両
方が含まれている。このような周波数非依存型アンテナ
、一般にはそのように称せられているものは、ある一定
の形状若しくは幾何学的形状を持つパターンを特徴とし
ている。このようなアンテナには１寸法の変化で多少繰
り返される一定の構造パターンがある。このような設計
上の特性を有する実例としては、所謂対数周期型ダイポ
ールアレイアンテナがある。

このような多数のアンテナが知られており、これらのア
ンテナには、ビバレージアンテナ、スパイラルアンテナ
、ロンビックアンテナ、双円錐アンテナおよび前記対数
周期アンテナが含まれるが、これらすべてのアンテナは
比較的大きく又かなりのスペースを必要とする。更に、
このようなアンテナは、同−平面若しくはロー・シルエ
ットインストールには役立たない。

本主題の発明は、従来技術に対して多くの著しい利点を
提供する共形的に装着されたアンテナを容易に製造する
ことに関する。更に、−見して本発明に極く関連してい
るものとして、いくつかの関連特許があげられるが、詰
めて検討するとかなり相違がある。この点に関して、米
国特許第３．８６８，６９４号（阿ｅｉｎｋｅ　）には
、誘電体指向性アンテナに関するものがあり、このアン
テナは、角辺の各々に導電性の励振器を備えたウェッジ
形誘電体を使用している。この特許（Ｍｅｉｎｋｅ）の
一実施例でとりあげられているものは、励振器の一つが
三角形でありもう一方は前記励振器に送電する同軸線路
を備えたグランド・プレン（接地面）である、米国特許
第３，０９９，８３６号（Ｃａｒｒ）には、ストリップ
が放物線曲率を有する、擬似誘電体レンズを備えたＶス
トリップ形アンテナが開示されている。このＣａｒｒア
ンテナでは、バンド幅は、このアンテナの面内面間に集
められその間に配設された金属素子を使用することによ
って１０対ｌを越える周波数範囲に対して動作可能な高
い周波数に拡張される。更に、米国特許第２，８２２，
５４２号（Ｂｕｔｔｅｒｆｉａｌｄ）は、導波管がウェ
ッジ型形状を有する誘電体放射部材に結合可能な指向形
アンテナ・デバイスを開示している。ここで注目すべき
点は、この特許（ＢｕｔｔｅｒｆｉｅＬｄ）で開示され
ているように、このアンテナでは、そのバンド幅が導波
管送りの遮断周波数によって制限されるということであ
る。

従来技術では、同一平面上に装着されたチャネルガイド
アンテナは、誘電体およびチャネルの一端が誘電体の端
部において効率良く放射が行われるようにテーパ化され
ており、金属チャネル内に埋め込まれた、断面が方形の
ソリッド式誘電体導波管から成る表面波構造体として知
られている。

チャネルの他方の端部は、チャネル内の表面波が発射さ
れるように種々の手段によってｒ、ｆ、源に結合可能で
ある０代表的な物として、発射台にはオーブン・エンド
形導波管、ホーン若しくはワイヤ発射台がある。

上記の代表的な特許には、本主題の発明と共通したいく
つかの特徴を備えているが、これら特許は、本明細書に
記載し且つクレームしたように有利な構造的な特徴およ
び関連する広帯域特性を示していない。

〔発明の要約〕

本発明の目的は、設計が簡単で製造が容易な、改良され
た広帯域共形アンテナ素子を提供することにある。

本発明の別の目的は１周波数に依存しない、特に高周波
数範囲に対して依存しない且つ、単独またはアレイで指
向性アンテナとして使用可能な新規な形状を有する改良
型高利得放射素子を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、容易に同一平面に取付けられ
るコンパクトなデザインで比較的大きさの小さい、新規
な縦型の進行波アンテナ素子を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、インピーダンス整合および放
射パターン特性の両方に係る広帯域性能を備え得る、コ
ンパクトで対称に設計された、共形式空力アンテナを提
供することにある。

本発明の更に別の目的は、多数のボラライゼーション（
偏波面）のうち一つ若しくは二つで作動するように用い
られる広帯域アレイを提供することにある。

本発明の更に別の目的は、安価で多量生産ベースで同調
式素子として容易に製造可能な埋込型アンテナを提供す
ることにある。

本発明の更に別の目的は、可観測型の狭いプラットフォ
ーム等に役立つ用途を有することは言うまでもなく、高
温度・圧力の用途に役立つ広帯域アンテナを提供するこ
とにある。

本発明の上記目的および他の目的は、電磁波を送受する
ためのアンテナ構造体を設けることによって達成される
。前記アンテナ構造体は、離間した二つのプレーナ脚を
含む導電性手段から成っており、前記両脚のうち一方の
導電性脚は、連続関数に従って細幅部から幅広部までの
形状（幅）変化を有し、前記両導電性脚は、外側に広が
っていると共に夫々の終端部で終端しており、レンズ部
材は、前記両導電性脚に結合すると共に前記両脚間のス
ペースに詰め込まれ、更に第１終端部で厚さが最大とな
り又そこから第２終端部に向かって下方にテーパ化され
両者間にアパーチャ（開口）が形成されている。

本発明は、広帯域特性を有し、離間した二つの導電性プ
レーナ部材から成っていて、その一方は連続関数により
細幅部から幅広部までの形状（幅）変化を有すると共に
前記両プレーナ部材の他方から離れて上向きの傾斜角を
有し且つ前記幅広部における終端部で終端しており、テ
ーパ化したレンズ部材が前記終端部から前記両プレーナ
部材の前記他方に向かって下向き傾斜角を有しＷａ波を
送受するためにその間にスロープ面を形成していること
を特徴とする埋込型アンテナ構造体を提供する。

本明細書に記載し且つクレームしたように、使用用語即
ちプレーナと言う表現、プレーナ脚、プレーナ装置等に
は、曲線化されスロープを付けたこれら構造体および場
所、若しくはより理論的なプレーナ幾何学的形状又はフ
ラットな形状から湾曲した前記以外のものを含んでいる
ことが理解される。

別の観点から見ると１本発明は、単一エツジを備えたナ
ローサイドおよび上側と下側エツジを備えたブローダサ
イドを有するウェッジ型電磁ウィンドと、前記上側エツ
ジに結合した第１Ｒ電性素子と、前記下側エツジを横切
って配置され且つ前記単一エツジ方向に延在した第２導
電性素子とから成っていて、前記第１および第２導電性
素子は。

離間されていて形状がプレーナ状で、前記第１導電性素
子はトランペット状の形状を有していて前記第２導電性
素子に隣接した点から前記上側エツジ方向に向かって上
側にテーパ化されており且つギャップによって前記第２
導電性素子から分離されていることを特徴とする進行波
アンテナに関する。

電磁波、特に平行ビームの形で電波を送受するための、
著しい効果を持った装置が達成される。

前記装置は、離間された二つのプレーナ面を有する導電
性手段から成っていて、前記一方の導電性の面は、関数
に従って細幅部から幅広部までの形状（ｆｉｌｌ）変化
を有すると共に外側に広がっておりそれぞれ第１および
第２終端部で終端しており且っ電磁レンズ部材は、前記
両プレーナ導電性面に結合されると共にその両者間のス
ペースに充填されており、前記レンズ部材は、前記第１
終端部で厚さが最大であると共に前記第２終端部で厚さ
が薄くなっていることを特徴としている。前記両プレー
ナ面は、同一構造体の面積若しくは単なる複写とは全く
異なっていると言える。後者の点に関して言えば、これ
らの両プレーナ面は、自己相補型であると共に互いにミ
ラー状のイメージを表わし又はその形状において鏡像性
がある。

この両導電性素子は、電磁ウィンドと一体化されると共
に金属被膜状になっており、通常テーパ基板、例えば、
誘電体上に配置され又はそこに結合され且つ互いに離間
されている。更にこの両金属膜は、テーパ基板の夫々の
独立した交差面上に形成されると共に両金属が互いに接
近して離間された状態でテーパ基板の比較的狭い部分に
おいてギャップ部が形成され且つマウス部がテーパ基板
のより広い部分に形成されるように互いに配置されてい
る。各金属膜は、特定の形状、好ましい実施例で述べら
れるように、アルフォーン若しくはトランペット状の形
状を取り得る。更に別な実施例においては、これらの形
状は、相補性即ち、前記基板の隣接面上にデュプリケー
ト可能である。

第２の導電性素子は基準面として考えてもよくフラット
若しくは曲線化してもよい０本明細書から明らかなよう
に、前記両導電性素子は、ＴＥＭモードを持続させる改
良型マイクロストリップ伝送ラインとして作用する。好
ましい実施例では、第１導電性素子は、−次間数または
放物線関数のいずれかの連続関数に従ってギャップ部分
から外側に指数関数的に湾曲する。

進行波アンテナは、波長の点からみると構造的に長い連
続した放射源を含む。通常の視覚レベルから見ると、放
射構造体の一部または端部における場合を除いて、不連
続性又は中断作用が全くないように考えられるすべての
放射構造体は連続放射源と考えてもよい、実際、進行波
アンテナは、アンテナフィールド・パターンを発生させ
る電磁界および電流が、一つ若しくはそれ以上の進行波
によって１通常は同一方向に表わすことが可能なもので
ある。

一般には、進行波アンテナには二種類ある。角周波数Ｗ
および位相定数βを持つ進行波は、位相速度ｖ　＝＝　
ｗ　／βを有する。このような波は、前記位相速度Ｖが
自由空間における平面波の速度Ｃを越えるかまたはそれ
未満かによって速波（ファースト・ウェーブ）若しくは
遅波（スロー・ウェーブ）のいずれかに分類可能である
。よって、ｃ　／　ｖ≦１の波は速波と称せられると共
にｃ　／　ｖ≧１の波は遅波と称せられる。従って、第
１の種類のアンテナは、放射により連続してエネルギが
減衰されるので、ファースト・ウェーブアンテナ、一般
には漏洩波アンテナと称せられ、第２の種類のアンテナ
は表面波アンテナと称せられる。

漏洩波アンテナはファースト・ウェーブアンテナとして
分類される０通常、そのフィールドは、このような構造
体に沿ってその伝幅方向に減衰する０表面波アンテナは
、通常そこから連続放射はしないが、その代わり、二つ
の異なった媒体間の境界面に沿って形成される表面波が
ある程度表面に達して曲率性、不均一性および不連続性
でのみそこから放射が起こる。他の点では１表面波アン
テナは、アンテナ面上の跳躍波を阻止させるアンテナ構
造体におけるこのような不連続性および不均一性から電
力流を放射する。このようなアンテナでは、位相速度は
、周囲の媒体のものより小さく電磁界（ＥおよびＨ）が
前記放射源より指数関数的に減衰する。ある意味では、
表面波アンテナは、単にトラップ型ウェーブ構造体と見
なし得る。

ここで使用される前記縦型放射源とは、最大放射が直線
軸に沿うと共に通常自由空間における光の速度より小さ
い位相速度を有する直線的な範囲を持つ放射源とみなせ
る。ここで使用したブロードサイド（横型）放射源とは
１通常、ライン又はプレーナアパーチャである放射源に
対し最大放射が垂直であるものと称せられる。一般には
、横型源は、一つのアパーチャを使用した無限位相速度
を特徴としている。

本主題（発明）のアンテナは、アンテナ構造体における
離散型若しくは分布型のいずれか、不均一性および曲率
性でのみ放射が起こるスロー・ウェーブ型構造体として
見なし得る０本発明では、例えば、伝送ラインが電磁ウ
ィンド又はレンズ材の中で終端することはいうまでもな
く表面に沿って不連続性があることが分かる０本生迎の
アンテナは、縦型若しくは略縦型式放射デバイスとして
容易に使用することが可能である。一般に、本アンテナ
は、３：１のバンド幅を示す、以下更に詳しく説明する
、特殊性を持った特徴および列挙された特徴のコンビネ
ーションによって形成されたアレイは、本発明の利点を
生み出すと共に特性を表わす。

本発明は、従来のコンフォーマル（共形）型に設計され
たものの長さ方向に対し垂直なそのフィールド・パター
ンを投影する前記従来のものと比較すると、縦型状に、
直接外側に投影されるフィールド放射パターンの形成を
可能にする０本発明では、縦型パターンが進行方向又は
ａｆｔ　（後方）方向に生ずるので、実アンテナ構造体
を多数の用途において、制御要素のより少ない位置に設
けることが可能であり、この位置とは、即ち、前方に若
しくはリーディング・エツジ（前縁）またはエツジに配
置すべき必要性の傾向が多い能動素子、構成要素、セン
サ、機械式デバイス等がより少ない位置である６設計上
の技術的観点からすれば、制御する領域は少ない方が大
いに好ましい。

本発明は、高速移動する対象物に関連した多くの所謂熱
的スポットを回避するのに役立つ。例えば、航空機では
、リーディング・エツジは、極めて高い温度および圧力
に曝されることが多い。本発明の教示に従うと、当業者
は、例えば、胴体またはウィング、リーディング・エツ
ジのウェル後部において、本発明のアンテナ構造体若し
くはそのアレイを容易に使用することが可能である。こ
のような場所で、本発明は優れた性能・特性、例えば、
ワイドなスキャン性能を発揮する。

単一素子のアンテナ構造体が開示されているが、多数の
所望の放射パターンは、単一の素子によって容易に到達
し得ないということ、又、電気的・幾何学的装置におけ
るアレイ若しくはこのような構造体の集合体は、所望の
放射特性が生ずるように形成しなければならないという
ことは当業者にとって自明である。このような装置は、
線形状。

曲線状等にすることが可能であり、例えば、以下詳述さ
れるように、はぼフラットな面に若しくは三次元的形状
に設計することも可能である。

〔実施例〕

本発明の広帯域アンテナ素子は、例えば、銅から成る両
金属膜、即ち、トップサイド金属膜１２およびボトムサ
イド金属膜１３を有する基板１１を含むアンテナ素子１
０を示す第１ａ図および第１ｂ図の概略図で示されてい
る。前記金属膜１２の一端部において設けられているも
のは金属膜１２と一体形成されると共に小さな延長部を
形成しているマイクロストリップ伝送ライン１４である
０図から分かるように、金属膜１２は、基板１１の端部
１５付近のマイクロストリップ伝送ライン１４から成る
細幅ストリップに結合されると共に緩やか形状（幅）変
化を形成して各位置１２ａおよび１２ｂ、即ち基板１１
の＠Ｗまで拡大した幅広ストリップに達し、金属膜１２
自身は、アンテナ素子１０の長さのほんの一部を延在さ
せているにすぎない、トップサイド金属膜１２のエツジ
１６および１７、マイクロストリップ伝送ライン１４か
ら滑らかで連続した形状（幅）変化を示すような態様で
形成され、これにより、外見がトランペット状の形状を
取るフレアー型対称構造体°。

Ｅが提供されることが分かる。ボトムサイド金属膜１３
は、基板１１の全ボトム面を覆う金属膜として端部１５
から延びており、アンテナ素子１０用のグランド・プレ
インとして機能する。

マイクロストリップ伝送ライン１４は、略平行状態に接
近して離間された二つの導体、即ち実質的にはその内一
方が線路導体Ａであってその他方が接地導体Ｂから最も
簡単な形で構成されていることがわかる。一般に、接地
導体の表面が、実際上、！路導体Ａのイメージ反射を行
うように接地導体Ｂは、接地電位若しくはある他の所定
電位で動作し得ると共に線路導体Ａよりかなり幅広とな
っている。これにより１両道体間の電磁界の分布は、理
論的に完全な二つのパラレル・システムの一つの導体と
中立面との間の電磁界分布と実質的に同じとなる。線路
導体Ａのサイズおよび形状の微小変化により同システム
の特性インピーダンス変化を生ずることがあるが、接地
導体Ｂに対する電磁界分布は、実質的に乱されない。同
様に、ある程度の接地導体Ｂの表面（フィールド）変化
は、このような変化が互いに相殺されるか前記両道体間
の電磁界分布に悪影響を及ぼさないかのいずれかである
ため、実質上、その表面に対する電磁界分布を乱すこと
はない。幅広の寸法により低損失が与えられるのでその
幅広の寸法を使用してもよいが、接地導体Ｂは、線路導
体Ａの幅の２〜３倍が当然好ましい。このような装置に
おいて、電磁波は、線路・接地導体システムに沿う７８
Ｍモードに近い機能を表すモードによって容易に伝幡可
能である。

金属膜１２がボトム金属膜付近で、尚且つ端部１５にお
けるそのボトム金属膜から離間したライン１４で終端す
るように、基板１１は、端部１５に向かって集まってテ
ーパ化されている。基板１１は、上側エツジ１８から端
部１５へまた上側エツジ１８から終端部１９へかけて下
向きにスロープしている。上側エツジ１８から終端部１
９にかけてのこの下向きスロープまたはテーパは、テー
パに沿った断面積を減少させることにより広帯域バンド
幅における表面波の位相速度に信頼が得られるという点
で１本発明のスロー・ウェーブアンテナを製作する上で
重要なものとなる。

アンテナ構造体の断面寸法は、上側エツジ１８で整合す
るベースと両サイド（辺）から構成される。第１ａ図か
ら明らかに分かるように、本実施例では、上側エツジ１
８と終端部１９との間に形成されるスロープしは実質的
に直線的であるが上側エツジ１８と端部１５との間のス
ロープは実質的に放物線状であるという点で両サイドは
異なっている。

基板又はレンズ部材１１は、この部材の肉厚端部が金属
膜１２および１３又は導電性脚に結合されており且つス
ロープＬに沿ってテーパ化された肉薄端部が、電波発射
面として機能する指数型テーパ又はストレート型ウェッ
ジの形をなすように選択された形状を有する。肉厚端部
１８から肉薄端部１９にかけて形成されるスロープＬの
長さに沿う厚さを減少させると、肉厚部１８で励振され
る表面波が、光の速度より小さい位相速度で基板又はレ
ンズ部材１１の長手方向に沿って進行する。

フレアー型ライン構造体Ｅのマイクロストリップ・ライ
ン１４からその終端部Ｔまでの幾何学的形状変化が本発
明の重要な点である。レンズ部材の上側エツジからそれ
に沿って広がるプレーナ状の幾何学的形状変化の終端部
までの広がりと路間−の広がりでレンズ部材を正に裁断
したものが本発明の別の重要な特徴である。線路導体Ａ
は上側エツジ１８側に向かって緩やかに且つ均一状態で
マイクロストリップ・ライン１４からその表面積が増加
し、それにより線路導体Ａは、構造体Ｅ。

即ち接地ライン１３から離れて上向きにテーパ化される
、湾曲型プレーナ状のフレアー型素子を形成する。従っ
て、金属膜１２は、上側に向かって緩やかにスロープし
てその面積が増大すると共に接地ライン又はボトム金属
膜１３から距離的に離れて行き、直線状態で上側エツジ
１８で終端していることが第１ｂ図からはっきりと分か
る。更に分かることは、二つの金属膜は、マイクロスト
リップ・ラインの短い領域に関しては実質的にはそうで
あるが異なっており、素子１０の長手方向に沿って平行
とはならないので、マイクロストリップ・ライン１４に
沿って設定された７８Ｍモードは、その幾何学的形状に
よって修正しつるものである。

本発明の広い観点からすれば、広帯域アンテナ素子は、
離間した二つのプレーナ部材又は金属膜１２および１３
から成る埋込み型アンテナ素子として見なし得る。この
一方の部材又は金属膜１２は、連続関数に従って細幅部
から幅広部までに至る導電性の形状変化を生ずる。又、
前記一方の部材又は金属膜１２は、前記両部材の他方又
は金属膜１３から離間した上向き傾斜を有すると共に基
板又はテーパ化されたレンズ部材１１の上側エツジ１８
に沿う若しくはそこに最も接近した終端部Ｔで終端して
いる。前記レンズ部材１１は、前記終端部Ｔ又は上側エ
ツジ１８から前記両部材の他方又は金属膜１３の方に向
かって下向きに傾斜して、前記エツジ１８と前記レンズ
部材１９の端部との間にスロープ面りを形成し、これに
より電磁波の送受が行われる。

図示されていないが、当業者によって判断し得るように
、多数の結合手段、例えば、本アンテナ構造体にエネル
ギを結合させたりそこからエネルギを放射させたりする
ためにマイクロストリップ状の幾何学的形状変化に対し
て共軸のものを容易に使用可能である。

第１ｂ図の終端部Ｔは線形若しくは直線となるように示
されているが、この終端部は、湾曲化若しくはのこ歯状
化（切り込み）されるように終端エツジで形造化若しく
は仕上げられていることが分かる。後者の場合、この切
り込みの度合いは。

周波数に応じて可変可能であり又借かな、視認できる特
性を得ようとする時の特徴として役立つ。

以上から判断し得るように、これら構造上の特徴は、特
にレーダの断面積を実質的に縮小するのに用いられる。

第１ａ図および第１ｂ図に示された単一素子は。

電気的および幾何学的形状の放射素子のアセンブリに容
易に採用可能であるので、特定の方向若しくは複数の方
向にベクトル的に所定の最大電磁界強度となる放射パタ
ーンを与える各素子より成るアレイが提供され又多方向
の強度は無効化若しくはほぼ相殺される。

第２ａ図および第２ｂ図は、四つの広帯域素子および１
３ｂから成るアンテナ素子１０が備えられたアレイ２０
を示している。このアレイ２０は基板層２１上に支持さ
れており、この基板Ｍ２１は、各素子１０のマイクロス
トリップ伝送ライン１４に一方の端部において結合され
ると共に参照番号２４で示された単一の給電機能に他方
の端部において結合されるＴ型す−ド部２３（その三つ
は第２ａ＠および第２ｂ図に示されている）を含む複数
の薄いリボン状の導電性リード部２２を備えている。リ
ード部２２は適当に寸法化（長さ、幅および厚さ）され
、それにより同軸伝送ライン２５とリード部との間のイ
ンピーダンスを的確に選択して、電１１９ｆ（不図示）
゛と、より効率のよいアンテナ用に備えたアレイとの間
のインピーダンス整合を行う、更に、同軸線の入力部と
夫々の給電点との間の夫々の距離は互いに等しい。この
ように、組合せ式多段給電およびインピーダンス整合ネ
ットワークにより、同軸伝送ラインから入力信号が分離
されて複数の等位相・振幅になり、これを各給電点に伝
送して最良の状態にアレイを励振させる。本実施例にお
いて注目すべき点は、金属膜又は素子１２ａおよび１３
ｂが互いにミラーイメージであり、即ち、接地導体２６
は、第１ａ図および第１ｂ図に示された実施例の場合の
ように、全表面を占有していないことである。ある方向
に向いた（鋭い）放射パターンおよび／またはロー・サ
イドローブが得られるように位相および／または振幅制
御を実行してもよいことは当業者にとって自明である。

第２ａ図および第２ｂ図に示されたアレイには、四組の
放射素子のみが備えられているが、上記から考慮すれば
、様々なパターンで配設し得るという放射素子がいくら
でもあり得るという点で、本発明がこのような点に全く
限定されないということが理解される。更に、給電点お
よびこれに対応する給電路がいくらでもあり得る。従っ
て、上記インピーダンス整合機能および入力信号の分離
機能が実質的に保持される限り、前記入力部と各給電点
との間の前記給電路は様々な寸法にしても良く且つ種々
の設計度をとっても良い。この点、後者の機能は、もし
前記各給電路が互いに等しい距離であるならば、確保さ
れる。

第２ａ図および第２ｂ図に示されたアレイは、テーパ状
のレンズ部材のテーパ面が前記アレイの外側に向かって
前方に延在する状態で、離間した素子１２ａ、１３ｂ内
に前記レンズ部材を単に結合させることによって前記レ
ンズ部材を容易に収容可能であることは自明である。

本アンテナ構造体の導電性脚又はプレーナ部材は、同軸
線によって直接マイクロストリップラインに入ることが
可能であるので、ｒ、ｆ、エネルギが供給されると、不
連続点を横切ったニア−フィールド（近視野像）が生じ
、これにより、ファーフィールド（遠視野像）パターン
の伝幡が設定される。前記アンテナ構造体のボラライゼ
ーション（偏波面）より誘電体基板の面内に存在するＥ
−ベクタ成分とその成分に直角に存在するＨ−ベクタ成
分の電磁界波が直線的に発射されることは自明である。

ここに開示された新規なアンテナ構造体は、既に述べた
ように、直角にポラライズ（偏波）されたアレイに容易
に形状化できることは自明である。

既に知られているように、アレイの放射パターンは、夫
々の素子の相対位置、夫々の素子における電流又はフィ
ールド（電磁界）の相対位相、夫々の素子の電流又はフ
ィールド（電磁界）の相対的な大きさおよび夫々の素子
のパターンによって決まる。アレイから放射された空間
の所定の点における放射フィールド（電磁界）は、夫々
の素子から放射されたフィールド（電磁界）のベクトル
合計値である。

第３図は、五個の素子が互いに一直線に並んで配置され
たアレイ３０の実施例を示しており、各素子は、グラン
ドプレン（接地面）３３の二つのトランペット状の形状
３１および３２の組合せ体から成っている。レンズ部材
又は基板３５は、浮き上がった三角形の形状をなし、各
素子からなる組合せ体の夫々は、上述したように放射パ
ターンを形成する。

第４図は、四角形又は箱型状のパターンに形成された。

更に別のアレイ４ｏの実施例を示している。各素子４１
．４２は、グランドプレン（接地面）として夫々作用す
る素子４１ａ、４２ａの形状でミライメージを構成して
いる１図示されてないが、レンズ部材は、アレイの前方
に結合されており、アレイの長手方向の軸線に沿って延
びる中心線に集中したテーパ型の面を備えている。第５
図は、関連した放射パターンの形を表した素子が備えら
れている、航空機のウィングの断面の一例を示す、第６
ａ図および第６ｂ図は、放射素子６２が共通のグランド
プレン（接地面）６３の周りに対称に配設され、その円
筒状の本体を中心にアレイ内に使用可能である本主題の
アンテナ素子６１の更に他の実施例を示している。第７
図は、各素子７１が円形アレイ内に配設されると共に３
６０度の全方向の放射カバレージを提供する更に別な実
施例を示している。本発明に従って、基板７２は、各素
子７１から緩やかな各スロープ面７３を提供すると共に
ほぼ幾何学的に共形なアレイを形成する。上記各実施例
を考慮すると、従来の電子式構成要素と組合せて本新規
なアンテナ素子を利用することによってフェイズドアレ
イはもちろん、簡単な交換型ビームアレイを容易に形成
することが可能である。

第８図は、低周波数、４ＧＨｚにおける本アンテナ素子
の放射フィールドパターンを示し、そのパターンは、ブ
ロードサイド・エレベーション（横仰角）におけるもの
である。第９図は、中間周波数、８ＧＨｚにおける更に
別な放射フィールドパターンを示し、そのパターンは、
ブロードサイド・エレベーションにおけるものを示して
いる。

第１０図は、更に高い周波数、１２ＧＨｚにおける放射
フィールドパターンを示し、そのパターンはブロードサ
イド・二゛レベーションにおけるものを示している。

本発明に従って広い範囲のレンズ部材を使用してもよく
、これにはフェライトの他に誘電材、減衰性のある部材
がある。従って、アルキド樹脂。

ポリエチレン、ポリスチレン等を含んだ、プラスチック
に加えて種々のセラミックおよびガラスを使用してもよ
い。セラミック・フェライト等に加えて広い範囲のフェ
ライトを基板として使用してもよい。更に、通常のエネ
ルギを越えてエネルギを消散し又は比較的高い減衰性を
有する、多数の減衰性又は絶縁性の物質を容易に使用す
ることも可能である。

本明ＪｉｌｌＩ書において、好ましい実施例の他に多数
の利点を持った実施例を挙げて説明してきたが、添付ク
レームに記載されたように本発明の精神と範囲から逸脱
することなく、アンテナ構成上のささいな変更も可能で
あることは自明である。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は、本発明に従って構成された本主題のアンテ
ナの正面図、 第１ｂ図は、第１ａ図のアンテナの平面図、第２ａ図は
、本発明の一実施例の斜視図、第２ｂ図は、第２ａ図に
示された実施例の裏面の斜視図、 第３図は、本発明のデュアル・ポラライズ（偏波）型配
列を示したアレイ形状を備える本発明の一実施例の別な
斜視図。 第４図は１本発明の別な実施例を示す図、第５図は、飛
行機のウィング上に配置された本主題のアンテナを示し
た前記ウィングの平面図、第６ａ図は１円筒型オブジェ
クト上に配設された、本発明の素子の正面図。 第６ｂ図は、第６ａ図の端面図、 第７図は、各素子からなるアレイが円形状に配設されて
いる本発明の更に別の実施例を示す図、第８図は、低周
波数、４　Ｇ　Ｈｚにおける本発明のアンテナ素子によ
る、横形エレベーションにおける放射フィールド・パタ
ーンを示す図。 第９図は、中間周波数、８ＧＨｚにおける本発明のアン
テナ素子による、横形エレベーションにおける別な放射
フィールド・パターンを示す図、第１０図は、高周波数
、１２ＧＨｚにおける本発明のアンテナ素子による、横
形エレベーションにおける更に別な放射フィールド・パ
ターンを示す図である。 １０・・・・・・アンテナ素子、　　１１・・・・・・
基板。 １２・・・・・・トップサイド金属膜、１３・・・・・
・接地ライン、 １４・・・・・・マイクロストリップ伝送ライン、１５
・・・・・・端部、　　　　　１８・・・・・・上側エ
ツジ、１９・・・・・・レンズ部材、　　３０，４０・
・・・・・アレイ。 特許出頴人　　ボール　コーポレイション代理人　弁理
土鈴木昌明（外２名） ＦＩＧ、５ ＦＩＧ、６ａ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、離間された二つの導電性のプレーナ部材を備え、前
   記両部材の一方の部材は、連続関数に従つて細幅部から
   幅広部まで形状変化し、前記導電性のプレーナ部材の他
   方の部材から離れて上向きの傾斜角を有すると共に前記
   幅広部における終端部で終端し、テーパ型レンズ部材は
   、前記終端部から前記導電性のプレーナ部材の他方の部
   材へ向つて下向きの傾斜角を有し前記両部材間にスロー
   プ面を形成して電磁波を発射したり受信したりすること
   を特徴とする広帯域アンテナ素子。 ２、前記両部材の一方の部材は、マイクロストリップ伝
   送ラインと、前記マイクロストリップ伝送ラインと一体
   に結合されたフレア型金属膜とから成つていることを特
   徴とする請求項１記載の広帯域アンテナ。 ３、前記フレア型金属膜は、三角形であることを特徴と
   する請求項２記載の広帯域アンテナ。 ４、前記フレア型金属膜は、トランペツト状に拡がつた
   形であることを特徴とする請求項２記載の広帯域アンテ
   ナ。 ５、前記マイクロストリップ伝送ラインは、ＴＥＭモー
   ドを持続させることを特徴とする請求項２記載の広帯域
   アンテナ。 ６、前記導電性のプレーナ部材の他方の部材は、実質的
   に前記両部材の一方の部材の前方に延在していることを
   特徴とする請求項１記載の広帯域アンテナ。 ７、前記両部材の一方の終端部は、線形であることを特
   徴とする請求項１記載の広帯域アンテナ。 ８、前記両部材の一方の部材の前記終端部は、のこ歯状
   であることを特徴とする請求項１記載の広帯域アンテナ
   。 ９、前記テーパ型レンズ部材は、１又はそれ以上の比誘
   電率εγを有すると共に前記終端部から前方向に厚さが
   薄くなつていることを特徴とする請求項１記載の広帯域
   アンテナ。 １０、所定の放射フィールドパターンを形成するように
   配設された請求項１記載の複数の広帯域アンテナ素子か
   ら成つていることを特徴とする広帯域アンテナアレイ。 １１、前記複数の広帯域アンテナ素子は、線形に形成さ
   れていることを特徴とする請求項１０記載のアレイ。 １２、前記複数のアンテナ素子は、曲線状に形成されて
   いることを特徴とする請求項１０記載のアレイ。 １３、前記複数のアンテナ素子は、円筒状のアレイ内に
   はめ込まれていることを特徴とする請求項１２記載のア
   レイ。 １４、前記複数のアンテナ素子は、平行ビームを発射す
   ると共に受けるためにプレーナアレイ内に配設されてい
   ることを特徴とする請求項１２記載のアレイ。