JPH03177101A - 円偏波アンテナ - 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〕 本発明は円偏波アンテナ、 用のアンテナ素子に関する。

〔従来の技術〕

円偏波を必要とする場合、 特にアンテナアレイ 特に等方性の反射を 生じさせる障害物、特に雨滴（雲を形成する水滴）によ
るエコーを円偏波により除去しうろことが知られている
レーダーにおいて円偏波が必要となる場合がある。

例えば右回り円偏波のような与えられた円偏波で発射さ
れる電波は障害物での反射により１８０’移送されそし
てそのため、逆極性、この場合には左回り円偏波となっ
てもどる。従って受信器側で交差偏向サプレッサにより
この反射を除去することは容易である。

本発明の一つの目的は特にアレイアンテナにおける一次
源（アンテナ素子）として作用するこのような円偏波を
もつアンテナを提案することであり、このアンテナはい
わゆる対称ストリップラインにより給電される。

対称ストリップラインは、２つの誘電体（好適には空気
）によりサンドイッチされた、同軸ケーブルのコアを形
成するフラットな中央導体により構成され、これら誘電
体自体はその外面を中央導体の前に配置されそして並列
に給電される導体でカバーされ、従ってこれら導体は等
電位である周辺接地導体を形成する。

この対称ストリップライン技術は、アレイの異なる１次
源の給電に必要な複雑なディストリビュータのセットア
ツプが容易であるため特にアレイアンテナにおいては一
般に用いられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

他方、この対称ストリップライン技術の欠点の一つは、
この対称ストリップ給電ラインを直接に伸ばす円偏波１
次源はこれまで存在しないということである。

周知の円偏波１次源（ヘリカルアンテナ、キャンドル形
アンテナ等）は対称ストリップラインと同じモードでは
動作せず、それ故対称ストリップラインとこの源と機械
的および電気的インターフェースに加えて励起モードの
変更が必要であるが、これは源の最適機能には有害であ
る。

他方、対称ストリップライン技術でこれまでつくられる
輻射エレメントは円偏波をつくらず、それ故、このよう
な偏波モードをつくるには誘電ストリップ、ねじ、ワイ
ヤ等を有する偏波器をそれらに付加する必要があり、こ
れにより相関的整合損失および製造の困難性が生じる。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の第１の目的はアンテナアレイディストリビュー
タの分岐の１つにより一般に形成される対称ストリップ
給電ラインを直接に伸ばすことのできる新しい形の円偏
波１次源を提供することである。

このような源では輻射を発生するために対称ストリップ
ラインの、すぐれた帯域幅を与えるＴＭまたは寄生７Ｍ
モード特性を用いることが可能である。

更に、本発明による源の非常に簡単な構造により低コス
トの工場生産が可能となり、これは多数の１次源を含む
アレイをつくるに特に有利である。

本質的に本発明は円偏波を輻射する単一ブロック１次源
を構成するために２個のダイポールを形成するように直
接に伸びる出力分岐を有する移相器により給電される２
個の直交対称ストリップラインにより給電線を伸ばすこ
とからなる（円偏波をつくるために２個の隣り合う直交
ダイポールを同じ振幅であるが矩象である信号で励起し
なければならないことは知られている）。

本発明の第２の目的は、同一の帯域特性、コンパクトネ
スおよび構成の簡単なことにより円偏波（右または左回
り）に加えて円偏波に直線偏波（レクチリニア）を加え
うるようにするアンテナ構造を提供することであり、こ
の直線偏波は一般に垂直そしてまたは水平直線偏向であ
る。

後述するように本発明のアンテナは単一輻射エレメント
と信号の入力チャンネルの簡単な選択的切換えとにより
次のことを必要に応じて得ることができる。

一右回り円偏波 一左回り円偏波 一水平直線偏波　そしてまたは 垂直直線偏波。

複数偏波をもつこのアンテナ特性は２つの機能、例えば
従来の監視機能（円偏波で得られる）と直線偏波で得ら
れるＩＦＦ（敵味方識別）機能を同時に満足するアンテ
ナについて特に有効である。

そのため、本発明によれば、対称ストリップ給電ライン
により励起されそして中央導体の上下に配置された２個
の周辺導体を含むアンテナであって 一第１および第２出力分岐とこの対称ストリップライン
から輻射される信号を受ける少くとも１個の入力分岐を
有する、対称の広帯域９０゜ハイブリッドカプラを含み
対称ストリップライン励起手段と、 −この対称ストリップラインの上記周辺導体の夫々をそ
れらの面内でそれを横切り同じ方向に伸ばすことにより
形成される２個の４分の１波長分岐と上記９０゜ハイブ
リッドカプラの第１出力分岐をその市内でそして上記２
個の分岐に平行に且つ逆向きに伸ばすことにより形成さ
れる１個の４分の１波長分岐を含む第１ダイポール輻射
エレメントと、 上記９０゜ハイブリッドカプラの第２出力分岐と上記周
辺導体の一方を夫々逆向きに折り曲げることにより形成
される、共面であって同軸であり上記導体の面に垂直に
伸びる２個の４分の１波長分岐を含む、上記第１ダイポ
ール輻射エレメントに直角の第２ダイポール輻射エレメ
ントと、を含むアンテナが提供される。

〔作　用〕

このようにこれらダイポール輻射エレメントは同一振幅
で９０″位相のずれた信号で夫々励起されそして輻射さ
れるべき信号はこのように円偏波となる。

輻射されるべき信号を、円偏波の方向すなわち左回りか
右回りかにより９０゜ハイブリッドカプラの入力分岐の
一方に選択的に加えることができる。

上記のように直線偏波と円偏波とを組合せうるようにす
るために、対称ストリップライン励起手段は第１の９０
＠ハイブリツドカプラにカスケード装着された第２の９
０゜ハイブリッドカプラを含み、その第１および第２出
力分岐は第１の９０゜ハイブリッドカプラの第１および
第２入力分岐に接続しそしてその少くとも１個の入力は
対称ストリップラインから輻射される信号を受け、同一
振幅および同一位相の信号でダイポールエレメントを励
起し、輻射信号を直線偏波とする。

直線偏波についてその方向、すなわち垂直そしてまたは
水平方向の関数として第２の９０゜ハイブリッドカプラ
の入力分岐の一方に選択的に信号を加えることができる
。

〔実施例〕

図において、対称ストリップ給電ラインは中央導体１ま
たは２とそれをサンドイッチする、接地率平面を形成す
る２本の周辺導体３と４により形成される。これら導体
はプレート状あるいは剛性をもつストリップ状であり、
互いに平行で且つ空気でもよい適正な誘電体により分離
されて配置されており、この例ではこれらエレメントの
相対位置を保持するためのスペーサが用いられる。

対称ストリップラインはアレイアンテナディストリビュ
ータ（図示せず）の分岐の１個の終端を構成することが
できる。

後述するようにこの給電ラインはまず、円偏波の水平成
分を発生するようになった水平ダイポール１０を、そし
て次に同じ円偏波の垂直成分を発生するようになった垂
直ダイポール２０を励起する。

「水平」および「垂直」なる用語は対称ストリップライ
ンディストリビュータが一般に水平であるアレイアンテ
ナの最も普通の構成に対応する図示の実施例について用
いるものであり、必ずしも物理的に水平、垂直である必
要はなく、空間内での他の任意の絶対的向きを、次に述
べる２個のダイポール間の直交性が満足されるかぎり用
いることができる。

この考え方に従えば、本発明は円偏波を放出する輻射源
の形をとるものとして説明するが、このアンテナはその
ままで受信アンテナとして使用できることは当業者には
自明である。

水平ダイポール１０は一つのダイポールの半分を形成す
る分岐１１だけ給電ラインの中央導体を横方向（すなわ
ち軸△で示すアンテナの軸方向に直角の方向）に伸ばす
ことでつくられる。このダイポールの他の半分は給電ラ
インを、周辺導体３と４の軸△の他方の側（２個の分岐
１２と１３の側）で横方向に伸ばすことにより形成され
る分岐１２と１３により形成される。

分岐１１，１２．１３は約４分の１波長に等しい同一の
長さを有する。

ダイポール２０は他の中央導体を折り下げた分岐２１を
つくりそしてダイポール２０の第２分岐２２をつくる周
辺導体の一方（ここでは上側の導体４）を上に折り曲げ
ることにより形成される。

これら分岐２１と２２は同じく約４分の１波長の長さを
有する。

周辺導体３と４はダイポール１０と２０の短絡面を構成
する接地面を形成するように５と６で折り曲げられる。

ダイポール１０と２０はそれらと給電ライン１と２の間
に間挿されたカブラ３０により一緒に給電される。

このカブラは周知のようにアンテナの２つのダイポール
を９０″の相対位相シフト（矩象）をもって励起するこ
とができる。

ここではカブラ３０はｒ９０”ノ＼イブリッドカプラ」
形であり、これはｒ３ｄＢカプラ」、「３ｄＢハイブリ
ツドリング」またはｒ３ｄＢラダ」とも呼ばれる。

周知のこの９０゜ハイブリッドカプラは２個の対称な（
無線工学的観点で）入力分岐３１と３１′を有し、そし
て更に同じく対称の２個の出力分岐３２と３２′を有す
る。これら４個の分岐は夫々約４分の１波長の４個のセ
グメント３３゜３４．３５．３６で終端する。これらセ
グメント３３−３６は図示のように直線形（この場合に
は一般に「ラダカブラ」なる用語が用いられる）または
曲線形（一般に「ハイブリッドリング」なる用語が用い
られる）であり、あるいはこれらはより複雑な形をとり
うるが、重要なパラメータはこれらセグメントにより形
成される伝送ラインの長さと幅である。

入力分岐３１と３１′、出力分岐３２と３２′およびラ
イン３５と３６の寸法はこれらがすべてアンテナおよび
それに関連する回路の、一般には５０Ωである特性イン
ピーダンスと整合するようなものである。一方ライン３
３と３４はインピーダンスの不整合をつくりだすために
その幅が大きくなっている。この不整合は入力分岐３１
または３１′に加えられる信号が分割されそして４分の
１波長ライン３３−３６により生じる遅延によって出力
分岐３２と３２′の夫々に同一振幅で９０＠位相のずれ
た信号を与えるようにする。

９０゜ハイブリッドカプラはいくつかの利点を有し、特
に非常に広い周波数帯域、一般に２０％帯域において、
この帯域の周波数変化には殆んど影響されないＳＷＲを
もって９０’の位相を殆んど一定に維持することを可能
にするという利点を有する。云い換えると、このノ＼イ
ブリッドカブラは周波数が計算されている中心周波数近
辺で変化しても安全に整合した状態で維持される。

このように、信号がノ＼イブリッドカプラ３０の入力分
岐３１に加えられると、振幅が同じで矩象の対称給電に
より右回りの円偏波がつくられ、他方信号がその入力分
岐３１′に加えられると逆の円偏波すなわち左回り円偏
波が得られる。

このアンテナの給電システムは円偏波（右または左回り
）のみならず直線（垂直そしてまたは水平）偏波（場合
によっては両方の直線偏波を同時に用いると特に有利で
ある）を出すように構成できる。

このため、これら２個のダイポールの内の１個のみを励
起するように例えばＰＩＮダイオードによりこのカブラ
の特定の部分を選択的に短絡することができる。

しかしながら第３図に示す第２の９０゜ハイブリッドカ
プラ４０を第１の９０゜ハイブリッドカプラの上流側に
装着するとよい。これらカブラ３０と４０はカスケード
状にされ、すなわち上流側のカブラ４０の２個の出力分
岐４２．４２’が下流側のカブラ３０の入力分岐３１．
３１’に直接に接続される。

選択切換えにより、輻射されるべき信号はカブラ４０の
入力分岐４１．４１’の一方そしてまたはカブラ３０の
入力分岐３１．３１’　に加えられる。

かくして１つの輻射体（すなわち一つのダイポールに対
１０．２０）により同時にまたは次々に、−カブラ３０
の入力分岐３１により信号が与えられるとき右回り円偏
波 カブラ３０の入力分岐３１′に信号が与えられるとき左
回り円偏波 カブラ４０の入力分岐４１に信号が与えられるとき水平
直線偏波 カブラ４０の入力分岐５１に信号が与えられるとき垂直
直線偏波 を得ることができる。

所望の偏波の選択は例えばＰＩＮダイオードにより異な
る入力分岐を切換えることにより周知のごとくに容易に
行うことができる。

そのような形式のアンテナエレメントは数十または数百
側の輻射エレメントを含む平面アレイをつくるのに特に
適している。

夫々の輻射エレメントはそれに適したハイブリッドカプ
ラと関連し、異なるカブラが適正なディストリビュータ
回路により周知のように適当に給電される。

〔発明の効果〕

本発明の輻射エレメント／ハイブリッドカプラ組立体の
構成は非常にコンパクトな構成とすることができる。こ
れにより種々の輻射エレメントを最大限接近させること
が可能になる。アレイアンテナにおいて広角度カバーレ
ッジに有害なアレイローブの発生を防止する場合には種
々の輻射エレメントをできるだけ、理想的には半波長以
下の間隔で互いに接近させる必要がある。

本発明のアンテナにおいては２個のダイポールの夫々の
位相中心はそれらの位置（中心間の距離Ｘ）によりわず
かにオフセットする。勿論、このオフセットは僅かな非
対称性を導入し、それ故、輻射エレメントの円偏波性に
僅かな欠陥を導入するが、この欠陥はアレイ内の輻射エ
レメント毎にダイポールの位置を変更することにより容
易に補償しうる。

中心間距離Ｘが０．２５λ程度のとき、上記のようにア
レイ内のダイポールの位置を変更することにより円偏波
性の欠陥を補償すれば、満足なアンテナ動作が得られる
。、垂直ダイポール２０を水平ダイポール１０に対しわ
ずかに下がった位置にすることにより、この中心間距離
を例えば０．１５λ程度の値まで更に小さくすることが
できる。

このようなアンテナは対称ストリップライン技術が適用
できる、Ｌ、ＳおよびＣバンドのようなすべての周波数
帯域について適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のアンテナの対称ストリップラインの接
地面の一方を部分的に除いた状態での斜視図、第２図は
第１図の線■−■における断面図、第３図は２個のカス
ケード接続したカブラを円偏波に加えて直線偏波を得る
ために用いる他の実施例を示す図である。 １，２・・・給電ライン、３．４・・・周辺導体、１０
・・・水平ダイポール、１１，１２．１３・・・分岐、
２０・・・垂直ダイポール、２１．２２・・・分岐、３
０．４０・・・９０ａノ＼イブ１ルソドカブラ、３１、
　３１’・・・入力分岐、３２．３２’・・・出力分岐
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、対称ストリップ給電ラインにより励起されるように
   なった、中心導体とその上下に配置される２個の周辺導
   体を有する、アンテナアレイ用の下記要件を含む円偏波
   アンテナ： 第１および第２出力分岐とこの対称ストリップラインか
   ら輻射されるべき信号を受ける少くとも１個の入力分岐
   を有する、対称の広帯域９０゜ハイブリッドカプラを含
   む対称ストリップライン励起手段： この対称ストリップラインの上記周辺導体の夫々をそれ
   ら面内でそれを横切り同じ方向に伸ばすことにより形成
   される２個の４分の１波長分岐と上記９０゜ハイブリッ
   ドカプラの第１出力分岐をその面内でそして上記２個の
   分岐に平行且つ逆向きに伸ばすことにより形成される１
   個の４分の１波長分岐を含む第１ダイポール輻射エレメ
   ント； −上記９０゜ハイブリッドカプラの第２出力分岐と上記
   周辺導体の一方を夫々逆向きに折り曲げることにより形
   成される、共面であって同軸であり、上記導体の面に垂
   直に伸びる２個の４分の１波長分岐を含む、上記第１ダ
   イポール輻射エレメントに直角の第２ダイポール輻射エ
   レメント；上記輻射されるべき信号を円偏波とするよう
   に同一振幅で９０゜位相のずれた信号により励起される
   上記第１および第２ダイポール輻射エレメント。 ２、輻射されるべき信号は円偏波の左回りまたは右回り
   偏波方向により前記９０゜ハイブリッドカプラの入力分
   岐のいずれか一方に選択的に加えられるごとくなった請
   求項１記載のアンテナ。 ３、前記対称ストリップライン励起手段は前記第１のハ
   イブリッドカプラとカスケード接続する第２の９０゜ハ
   イブリッドカプラを含み、第２の９０゜ハイブリッドカ
   プラの第１および第２出力分岐は上記第１の９０゜ハイ
   ブリッドカプラの第１および第２入力分岐に接続し、そ
   の少くとも１個の出力分岐は輻射されるべき信号を受け
   るようになっており、前記第１および第２ダイポール輻
   射エレメントが同一振幅で同相の信号により励起されて
   輻射されるべき信号を直線偏波するごとくなった請求項
   １記載のアンテナ。 ４、輻射されるべき信号は直線偏波が垂直としてまたは
   水平であるかによりその方向の関数として前記第２の９
   ０゜ハイブリッドカプラの前記入力分岐のいずれか一方
   に選択的に加えられるごとくなった請求項３記載のアン
   テナ。