JPH04507337A - マイクロ波周波数における配向可能なフラットアンテナ - 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】

マイクロ波周波数における配向可能な フラットアンテナ 本発明はアンテナの平面に関してビームの配向（オリエンテーション）を許容す る手段によって改良された、マイクロ波周波数を受発信するためのアンテナに関 する。 使用する手段の変位はビームの配向を電気回路によって行う電子操作アンテナと 異なりこのアンテナの半固定調整を保証する。 非制限的な例によれば、本発明による配向可能なアンテナは大量生産型のアンテ ナであり、それ故経済的であり、建物に固定するかまたは組み込まれる平坦な形 状を有する。ビームの配向は例えばテレビ衛星または送信器に向けてアンテナを 機械的に回転させるのではなく電気的にアンテナを方向づけすることができる必 要がある。 ビデオ受信の場合においてアンテナは１０ＧＨｚに近い範囲で作動しなければな らず、１．５ｄＢ以下の低い損失を有しなければならない。 マイクロ波周波数アンテナのゲインは大きくなければならず、受発信されるマイ クロ波周波数の大きな部分を要することは知られている。これはホーン（ｈｏｒ ｎ）アンテナタイプの軸線方向の装置では不可能である。大きな領域の装置を得 るために公知の解決法は収束リフレクタを有する例えばパラボラ型のホーンのよ うな低いゲインを有する装置に関連している。しかし受発信するビームの方向づ けは収束リフレクタの方向づけまたはりフレフタの軸線に関するホーンの変位を 必要とする。 また等位相の平坦なアレイ内の低いゲインの構成要素を関連づけることが可能で あり、それはすなはち以下に詳細に述べる図１に示すような例えば銅で作られた 金属ストリップのアレイによって構成された複数のダイポールである。磁気回路 またはスイッチングダイオードのような作動構成要素によるこのタイプのアレイ の位相制御の方法は公知である。この方法は有効であるが高いコストを要する解 決法である。 本発明はビームの方向づけの半固定調整を許容する低いコストの解決法を提供す る。用語の「半固定」は１つの方向に方向づけられたアンテナは方向を変える必 要がない限り調整されたままであるが変更が可能であることを意味すると理解す べきである。例えばアンテナを第１のＴＶ衛星に対して調整し次に第２のＴＶ衛 星に対して調整可能である。 本発明によれば、等位相の平坦なアレイの形にあり、そのアレイは接地面に水平 な平面内に配置されたダイポールのアレイからなる、アンテナによって送受信さ れたビームは、ダイポールアレイの平面と接地面との間の平面内で、少なくとも １枚の電気材料を変位させることによって方向づけすることが可能である。その 電気材料は、アンテナの入力をダイポールに接続する回路の構成要素上で位相シ フトを生じる非均質の領域を有する少なくとも一枚の誘電材料を有する。 さらに詳しくは本発明はマイクロ波周波数で動作可能な配向可能なフラットアン テナに関し、等しい長さの導線によって接続された複数の放射ダイポールによっ て形成されたツリー状（ｔｒｅｅ−１ｉｋｅ　）のアレイであって、絶縁支持体 上に配置されたアレイを有し、さらにこのアンテナは、アレイとその接地面の間 に位置する空間が導線に垂直に配置された位相シフト構成要素を有する少なくと も１つの誘電シートを有し、前記位相シフト構成要素はアンテナの入力をダイポ ールに接続する線の一部分に位相シフトを生成することを特徴とする。 本発明は添付した図面を参照して次の実施例の完全な記述によってさらによく理 解できるであろう。 図１は公知のマイクロ波周波数アンテナの等位相の平面アレイを示す平面図であ る。 図２は本発明によるアンテナを破断した断面斜視図で図３は本発明による変形さ れたアンテナの誘電体挿入シートの平面図である。 図４は誘電勾配を生じるいくつかの拡大斜視図である。 図５は先行技術のダイポールの平面図である。 図６は本発明による変形された前例のダイポールの平面図である。 図７は本発明の変形アンテナの部分破断図である。 図１は全体として高いゲインを有する平坦なマイクロ波周波数アンテナの低いゲ インの構成要素をグループ化した等位相の平坦なアレイを示す平面図である。ア ンテナはトランジスタ１によって象徴されるその入力（または出力）に関して対 称的である。複数の放射ダイポール２はアレイとしてグループ化され、本状（ツ リー状）の構造を有する等しい長さの導線の回路によって互いに接続されている 。これによって長さしの導線３は各々が長さＬ／２の２つの導線４に分割され、 それら自身は長さがＬ／４の４つの導線５に分割されている。さらに各導線はり アクティブ構成要素６によって中断され、リアクティブ構成要素６は各ノードを 導線の特性インピーダンスに合わせることを可能にする半波長λ／２の長さを有 する。 実施する観点からこれらの導線は互いに直交しており、２つの系列すなわち符号 ３及び５のような長手方向と呼ぶに都合のよい導線と、符号４のような横断方向 と呼ぶに都合のよい導線とにグループ化されている。　１つの実施例においてこ の等位相の平坦なアレイはフィルム状のポリプロピレンまたは他の適当なポリマ のような薄いシート上に配置された例えば銅で金属処理された形態である。価格 が決定要素である応用においては、ダイポール／誘電体／接地面のマイクロ波ス トリップ線路を形成する誘電体として空気を使用するために金属接地面からある 距離をおいて薄い支持体を保持する。薄い支持体／接地面の間隔及び導線の幅の 間の比は導線の特性インピーダンスを画定する。 接地面は２つの機能を果たすニ ー接地面は回路に沿った信号の伝達を保証する。 −接地面はダイポールによって伝達される波を反射し、アンテナのゲインを６ｄ Ｂだけ改良する。この目的のために接地電極は金属板を打ち抜くことによってま たは平坦でない基板を金属処理することによって都合よくリリーフに製造するこ とができる。接地電極のリリーフは図２に示すような溝の形状かまたはシリンダ の一部の形状であり、重要なことはこのリリーフが、伝達する波をダイポールの 方向に反射するために、その伝達された波を収束することである。 本発明は図２に示すように等位相回路の支持体と接地面との間に存在する空間内 に一枚の誘電材料を導入する。 この図面においては簡単にするためにつぎに挙げるものだけを示したニ ー支持フィルム７の一部、（そのフィルム上にダイポール２．導線４及び５及び リアクティブ構成要素６で示す等位相回路が配置されている。） −接地面８の一部、 −これらの２つの間に配置された少なくとも一枚の誘電材料９の一部。 このシート９はその構造内に計算された不規則性を有し、それによってアンテナ の入力１をダイポール２に接続する回路の各部分上に位相シフトを生じる。長手 方向及び横断方向の変位によってシート９の不規則性はアレイ及び接続面の間に 配置された誘電体を変更することにより、ダイポール２の励起の連続的な位相シ フトを保証し、アンテナの主ローブ（ｌｏｂｅ）の軸線を横断方向または長手方 向にそれぞれ偏向する。 位相シフトシートの不規則な形状とその位置を図３及び図４に示す。図３におい て位相シフト構成要素をさらによく配置するために実際のアンテナ回路の平面、 導線及びダイポール１乃至６を実線で重複させる。 図３に示すようにこのシート９は横断方向の変位（Ｔ）によって得られる長手方 向の直線位相シフト（Ｌ）を生じる。それは符号３及び５のような長手方向と称 するに都合のよい回路の導線上にすべてが整列した符号１３及び１４のような複 数の位相シフト構成要素からなる。これらの構成要素１３及び１４は導線の２つ の枝上に対称的に配分され、共通のノードから始まっている。例えば、２つのア ンテナ入力枝３及び３′上ではノード１０と１１との間に４つの位相シフト構成 要素１３があり、ノード１０と１２との間に４つの位相シフト構成要素１４があ る。しかしながらさらに位相シフト構成要素１３及び１４はそれらが位相を変更 する導線に平行な軸線に関して対称的に配置されている。構成要素１３は構成要 素１４に関して反転している。 実際には図４に示すようにシートつとして同時に成形された位相シフト構成要素 は一定の容積を有し、シート９上に区画された外形が四辺形であり、このシート に垂直な横断面はくさび形または三角形である。四辺形は長さがλ／２の小さな 側面、λ／２＋２０％とλとの間の長さの大きな側面及びλのオーダの一定の全 長（または四辺形の高さ）を有する。構成要素１３及び１４の最大の厚さはλ／ １０のオーダである。 位相シフト構成要素１３及び１４は回路の長手方向の枝３〜５に関して垂直であ る。位相シフト構成要素によって与えられる誘電体の厚さは変化し、例えば構成 要素１３において増加し、構−成要素１４において減少し、またはその逆である 。構成要素の厚さの係数としての波の速度変化はこの四辺形の形状を必要とする 。したがって構成要素の幅は常に１／２波長に等しく、構成要素によって導かれ る寄生の反射を減少させる。 枝３及び３′上でノード１０に関して位相シフト構成要素１３及び１４の反転し た配置はシート９の横断方向の変位が枝３の位相シフトを生じ、枝３′の反対方 向の位相シフトを生じることを意味する。 図３はその作用が回路の長手方向の枝に与えられる位相シフト構成要素１３及び １４たけを示す。符号４及び４′のような横断方向の枝上に作用するために２つ の可能性がある。 −同じシート９に横断導線４及び４′に垂直になるように直角の方向に第２の複 数の位相シフト構成要素を加える。このケースにおいてアンテナの主ローブの方 向づけは１つのシート９の横断方向及び長手方向の変位によって得られる。 一横断導線４及び４′に関して垂直に配置された位相シフト構成要素からなる第 ２の誘電体シート１５を挿入する。この場合においてアンテナの主ローブの方向 はシート９の横断方向の変位によって及びシート１５の長手方向の変位によって それぞれ得られる。 誘電体シートすなわちシート９及び１５はセラミックまたはポリプロピレンまた はポリテトラフルオロエチレンのような高い誘電定数と低い吸収性を有するポリ マ材料から作られる。 この点まで説明した位相シフト手段はアンテナの入力１とダイポール２との間に 含まれる回路の枝上に作用することによって直線位相シフトを生じる。またダイ ポール上に作用することによって波の円偏波によって位相シフトを生じることが 可能となる。 ダイポールは図５に示すような形態の形状に形成できることは公知である。好ま しくは矩形の金属処理部１６を隣接した矩形の側面上に配置されたすなわち９０ °に配置された２つの点１７．１８で励起する。これらの２つの励起点が９０° たけ位相シフトされるならば発生する波は円形である。 本発明によればシート７と接地面８との回路の間に各放射構成要素のための図６ に示すような少なくとも１つの１／４波長の位相シフタ１９及び１つの１７２波 長の位相ンフタ２０を支持する第３の位相シフトシート２１を挿入することによ って追加の位相シフトが発生する。 これらの位相ンフタは位相シフト構成要素１３及び１４と類似しており、第３の 位相シフトシート２１の厚さ内の不規則性によって構成され、それはまたセラミ ック、ポリプロピレンまたは他の誘電材料で形成される。位相シフタ１９及び２ ０が符号１７．１８でダイポール１６を励起する導線上に作用するように放射構 成要素１６の回路に関して第３のシートを相対的に変位させることによって円偏 波の調整を行う。 直線ダイポール２を放射構成要素１６によって置き換える場合において円偏波を 直線偏波に加えることが可能となる。 図７は配向可能なアンテナの一部の分解図であり、そのアンテナは本発明の部分 として述べた種々の改良を積み重ねている。その支持シートはこれらのシートの 各構成要素を見ることができるように分けられている。 この配向可能なアンテナは少なくともニーダイポール２または放射構成要素１６ の回路を支持するシート７ −及び接地面８からなる。 これらの２つの平面の間に次の３つのシートのうち少なくとも１つが挿入される 。 一シート９、（シート９は位相シフト構成要素１３及び１４を支持し、横断方向 に移動するが長手方向の直線偏波を生じる。） 一シート１５、（シート１５は位相シフト構成要素１３′及び１４′を支持し、 長手方向に移動するが横断方向の直線偏波を生じる。） 一シート２１゜（シート２１は円偏波を生じる移動シフト構成要素１−９及び２ ０を支持している。）シート９及び１５は１つのシートに組み入れることができ る。もちろんこれらのシートのすべては図示しない剛性のフレーム上に取り付け られ、剛性のフレームはアンテナの方向づけを行うためにシート間のそれらの位 置を調整することができる。調整装置は当業者の観点の範囲内にあり、手動によ る調整のための機械的な手段またはアンテナのゲインの調整のための電気的な手 段のいずれかを有する。 本発明の配向可能なアンテナはマイクロ波周波数の送受信特にテレコミュニケー ションの分野に適用し得る。 マイクロ波周波数で作動する配向可能な平坦なアンテナ操作 本発明は機械的な手段によって主ローブを配向し得る平坦なマイクロ波周波数ア ンテナに関する。 マイクロ波周波数アンテナは基板（７）上に配置された回路（３，４，１７，１ ８）として形成された放射ダイポール（２，１６）のアレイと、接地面とによっ て形成される。このアンテナを配向するためにアレイと接地面との間に少なくと も１つの誘電体シートが導入される。 このシートはシート内に成形された位相シフト構成要素（１３，１４，１９，， ２０）を有する。アレイ（２，１６）に関するシート（９）の移動によってダイ ポールの位相シフト及びアンテナのローブの配向を生じる。マイクロ波周波数の テレコミュニケーションに適用する。

【選択図】　図７ 国際調査報告 ｌｎｍＩＩｍａｍ＾ｐｓｅｍｍＮａＰＣＴ／ＦＲ９１１００３７９国際調査報告 ＦＲ９１００Ｓバ Ｓ＾　４８０８７

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．等しい長さの導線（３，４，５）によって接続された複数の放射ダイポール （２，１６）によって形成されたツリー状の構造を有しかつ絶縁支持体（７）上 に配置されたアレイを有し、マイクロ波周波数で作動する配向可能なフラットア ンテナにおいて、アレイと接地面（８）との間に位置する空間が導線（３，４， ５）に対して垂直に配置された位相シフト構成要素（１３，１４）を有する少な くとも１つの誘電体シート（９）を含み、前記位相シフト構成要素（１３，１４ ）はアンテナの入力をダイポールに接続する導線（３，４，５）の一部上に位相 シフトを形成することを特徴とする配向可能なフラットアンテナ。
2. ２．位相シフト構成要素（１３，１４）は平面的に四辺形の形状を有し、その基 部は導線に面する長さが常にλ／２であるように導線に平行であり、断面におい て三角形の形状であり、位相シフト構成要素の厚さ部分は四辺形の小さな基部の 側面上にあり、構成要素は構成要素を支持するシートと同じ誘電材料で成形する ことによって形成されることを特徴とする請求項１記載の配向可能なアンテナ。
3. ３．ツリー状の構造のアレイにおいて位相シフト構成要素（１３，１４）はノー ド（１０）からの導線（３，３′）の２つの部分上に対称的に配置され、導線（ ３′）の第１の部分の構成要素（１３）は導線（３）の第２の部分の構成要素に 関して反転して取り付けられていることを特徴とする請求項２記載の配向可能な アンテナ。
4. ４．導線（３，４，５）のいくつか（３，５）は長手方向の第１の方向（Ｌ）に 配向され、他（４）は横断方向（Ｔ）に配向され、位相シフト構成要素（１３， １４）はそれらが作用する導線の方向と同じ方向を有する直線偏波を生じること を特徴とする請求項１に記載の配向可能なアンテナ。
5. ５．第１の方向に配向され導線（３，５）上に位相シフトを形成する位相シフト 構成要素（１３，１４）を備えた第１のシート（９）と、第２の方向に配向され る導線（４）上に位相シフトを生じる位相シフト構成要素（１３′，１４′）を 備えた第２のシート（１５）とをアレイの支持体（７）及び接地面（８）の間に 有することを特徴とする請求項４に記載の配向可能なアンテナ。
6. ６．アレイは矩形の２つの隣接した側面で励起される放射構成要素（１６）から 形成され、アレイの支持体（７）とその接地面（８）との間に挿入された第３の 誘電体シート（２１）によって円偏波が生成され、前記シート（２１）は各放射 構成要素（１６）のために少なくとも１つの１／４波長位相シフタ（１９）及び １／２波長位相シフタ（２０）を有し、位相シフタ（１９、２０）は各放射構成 要素（１６）の励起の導線（１７，１８）上に作用することを特徴とする請求項 １に記載の配向可能なアンテナ。
7. ７．位相シフタ（１９，２０）は均等性の厚さの層によって形成され、それらを 支持するシートと同じ誘電材料を成形することによって作られることを特徴とす る請求項６に記載の配向可能なアンテナ。
8. ８．誘電体シート（９，１５，２１），位相シフト構成要素（１３，１４）及び 位相シフタ（１９，２０）はセラミックまたはポリプロピレンのようなポリマか ら製造されることを特徴とする請求項７に記載の配向可能なアンテナ。
9. ９．導線（３，４）に関して位相シフト構成要素（１３，１４）の横断方向の移 動がアンテナの主ローブの軸線を偏向する導線（３，３′，４，４′）の部分の 間に長手方向の位相シフトを生じることを特徴とする請求項１に記載の配向可能 なアンテナの主ローブを配向する方法。
10. １０．アレイの支持体（７）の平面に平行な平面内で少なくとも１つの誘電体シ ート（９，１５，２１）の移動によってローブを配向し、 −第１のシート（９）の横断方向の移動によって波の長手方向の直線偏波を生じ 、 −第２のシート（１５）の長手方向の移動によって波の横断方向の直線偏波を生 じ、 −少なくとも１／４波長位相シフタ（１９）を備えた第３のシート（２１）の長 手方向及び横断方向の移動によって波の円偏波を生じることを特徴とする請求項 ６に記載の配向可能なアンテナの主ローブを配向する方法。