JPH07112127B2 - コプレーナ・ライン・アンテナ - Google Patents

コプレーナ・ライン・アンテナ

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JPH07112127B2
JPH07112127B2 JP1202268A JP20226889A JPH07112127B2 JP H07112127 B2 JPH07112127 B2 JP H07112127B2 JP 1202268 A JP1202268 A JP 1202268A JP 20226889 A JP20226889 A JP 20226889A JP H07112127 B2 JPH07112127 B2 JP H07112127B2
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aperture
line antenna
apertures
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エマニュエル・ラモ
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アジャンス・スパシアル・ヨーロペアンヌ
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • H01Q25/001—Crossed polarisation dual antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H01Q21/0075—Stripline fed arrays

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  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 a.産業上の利用分野 本発明は、平面回路にあって、アパーシャをいくつか有
する同一平面金属シートと電磁気的なカップリングによ
り協働する導波給電ラインと、該アパーチャへと並置さ
れた末端を有する給電ラインと、該同一平面回路とシー
トとに平行に置かれた下部反射基平面板とからなるいく
つかの素子を有してなる平面アレイ・アンテナに関す
る。
b.従来の技術 アンテナ技術の目標の一つは、給電回路網とともに、高
性能の平面式アレイ・アンテナを、薄い誘電体の層の上
にプリント回路技術により作成することである。この目
標に対する最初の試みは、プリントされたマイクロスト
リップ・パッチ・アンテナ（printed macrostrip patch
anntena）であった。
しかし、プリント回路技術で作成されたパッチ・アレイ
・アンテナの性能は、基板の厚さに課せられた妥協点よ
り制限されてきた。つまり、帯域幅と送信効率を改善す
るために厚手の基板が要求されるが、他方、よりよいイ
ンピーダンス制御とスプリアスな放射電波の低減と給電
配線における損失の低減とのためには、薄手の基板が必
要であった。
この問題を避けるために、送信マイクロストリップ素子
からの給電用の配線の分離からなる、いくつかの解決策
が提案されてきた。
例えば、パッチや双極子の電磁気的なカップリングが提
案されているが、その場合には、誘電体の基板の片面に
すべてをプリントすることは、正確な配列が必要である
こととより大きな処理コストとのために、可能でなかっ
た。
I.J.バールとP.バーティアの著書である1980年に発行さ
れた「マイクロストリップ・パッチ・アンテナ）（“Mi
crostrip Patch Anntena"by I.J.Bahl and P.Bartia pu
blished in ARTECH 1980）には、パッチ送信アンテナ
（patch radiator）より帯域幅が広いプリントされたス
ロット送信アンテナ（printed slot raditor）が記載さ
れている。しかし、給電用の配線（給電ライン）は、誘
電体の同一面にプリントされておらず、誘電体が二層必
要である。
また、ストリップラインの給電インピーダンスは、スロ
ット効率と帯域幅とともに各基平面（ground plane）間
の間隔に依存しており、ある妥協がやはり必要であっ
た。
上記の機能的な制限に加え、従来技術のプリント・パッ
チ・アンテナ及びスロット・アンテナの大きな欠点は、
低損失で高性能の誘電体を使用する必要にあった。その
ような誘電体は高価である。テレビ受信専用アンテナ
（TV receive only（“TVRO"）anntena）といったダイ
レクトな衛星放送（“DBS",Direct Broadcating by Sat
ellite）に応用されるためには、高価な誘電体の使用の
必要性は受け入れ難い。消費者市場においては、低価格
は本質的な重要性をもつ。このことが、なぜ平面板アン
テナがTVRO分野で利用されていないかの理由となってい
る。
しかしながら、この問題に対してはいくつかの解決策が
提案されている。第一の解決策は、1983年４月22日のフ
ランス特許出願第8306650号に記載された懸架帯状線方
式の同軸伝送線のアレイからなるものである。この提案
においては、伝送線は、薄手の低品質の誘電体の上にプ
リントされ、導波アパーチャ送信アンテナを形成する二
つのプレートの間に吊される。しかし、これらの金属プ
レートの厚さは12GHzで約1cmであり、製造が困難で高価
である。金属化して成型されたプラスチック・プレート
を利用することも提案されているが、これによりコスト
は低くなるが、問題は解決されない。
1986年６月５日のフランス特許第8608106号ならびにそ
れに関する二件の追加特許である1987年１月９日の第87
00181号及び1987年11月13日の第8715742号に「低損失の
プリント給電用導体からなり、広帯域スーパーインポー
ズド・レディエーション・スロットを一体化した平面ア
レイ・アンテナ」と題された、もう一つの改良された安
価な解決策が提案されている。この提案においては、デ
ュアル・スロット送信アンテナ（dual slot radiator）
は、二枚の圧断された金属基平面板間に小さい許容誤差
で吊された誘電体の支持板の上にプリントされた中央の
導体を有する幾つかの懸架帯状線により励磁される。こ
の給電回路網は、低品質の安価な誘電体にプリントする
ことができる。
このアレイ・アンテナの性能は、大変優れているが、こ
のアンテナの全コストの大部分は、やはり圧断された金
属基平面板の製造にある。
c.発明が解決しようとする課題 本発明の目的は、総体的な低コストを実現するため、構
造の製造が簡略なタイプの平面アレイ・アンテナを提供
することにある。
d.問題点を解決するための手段 本発明は、アパーチャ（１）と溝状切欠き部（５）を有
する導電体層（４）と、該導電体層（４）を支持してい
る薄い誘電体薄層（１）とからなる平面回路（８）を複
数個含み、直線偏波または円偏波の電磁波を発信または
受信するためのコプレーナ・ライ・アンテナであって、
該アパーチャ（２）とマイクロ波カップリングして協働
するコプレーナ導波路と、該コプレーナ導波路と該アパ
ーチャ（２）を有する該平面回路（８）に平行で該導波
路と該アパーチャ（２）から該アンテナの作動波長の約
４分の１の距離にあって導体からなる下部基平面板
（７）とからなり、ここで、該誘電体薄層（１）と該下
部基平面板（７）との間に空間が形成され、該コプレー
ナ導波路が該溝状切欠き部（５）とその内にある中央導
体（３）とからなり、該溝状切欠き部（５）が該アパー
チャ（２）内へとつがなっており、該中央導体（３）が
該アパーチャ（２）内へと突出し、該中央導体（３）の
終端がアパーチャ（２）内にあってプローブ（６）を形
成することを特徴とする上記コプレーナ・ライン・アン
テナを提供する。
本発明の好適な具体例において、その金属基板が反射板
を形成する開いたハウジング内にアレイがある。
本発明の好適な特徴によれば、アパーチャは、円偏光を
得るように、二つの直交する方向に90度の位相差をもっ
て励磁される。
好ましくは、プリント回路板と反射基平面板との間の空
間は、合成素材の発泡（foam）で満たされる。
e.実施例 第１図及び第２図は、本発明の原理を利用した具体例を
示すものである。薄い誘電体層１の上に、円形スロット
２及び給電導体３によって区画されるアパーチャ２が単
面プリント回路技術により作られる。基平面板８は誘電
体層１の上の金属被覆４により形成される。そこに、ス
ロット及び給電導体３がプリント回路技術により作成さ
れる。基平面板４に作られたチャネル５を形成する導体
３は、平面導波形式のラインを形成する。この他の形
状、例えば正方形、長方形、楕円形等のアパーチャ２を
利用することもできる。励磁プローブ６はこのアパーチ
ャ２の中心または中心を外れた位置を通り得る。従っ
て、この素子全体は、単面プリント回路板をなし、すべ
てのパーツ、すなわち基平面板４、アパーチャ２及び同
軸導体３は、同一平面上にある。導体３は、層４から金
属を取り除くことにより、アパーチャ２内に突出する端
部６を有する平面導波部を形成するよう、チャネル５内
に作られる。端部６は励磁プローブを形成する。
この素子全体は、単向性の放射を生み出すため、プリン
ト回路（平面回路）８に平行な反射基平面板７から約４
分の１波長の距離をもって置かれる。
理論的な研究が、このようなコプレーナ導波路により励
磁されるスロット・アンテナについてなされており、第
４図は、この構成のインピーダンスと損失を第３図に示
されたある変数の関数として示している。第３図におい
て、Ｗはコプレーナ導波路の中央導体の幅であり、Ｇは
中央導体３と基平面板との間の間隙であり、HLはプリン
ト回路と配置可能な外部基平面板との間隙を示す。そし
て最後に、Ｈはプリント回路の誘電体の層の厚さを示
し、HUはプリント回路とその他の配置可能な基平面板、
例えば、反対側に置かれたハウジングのカバーとの間隙
を示す。
第４図のグラフには、インピーダンスをオームで、損失
をdB/mで、それぞれ中央導体３の幅Ｗ（単位はmm）の関
数として示す。
計算は、「Super Compact」と呼ばれるコンピュータ・
エイディッド・デザインの標準的なプログラムを用い
て、12.1GHzで、本実施例のいくつかの変数に次の値を
与えてなされた。
Ｈ＝0.025mm,HL＝5mm HUは無限大である（上部外部基平面はない）。
幅Ａは20mmである。
基板の誘電率は2.2である。
誘電体の損失正接は0.02である。
インピーダンスと損失のこのグラフは、間隙Ｇが0.3mm
と0.4mmの二つの場合について調べられている。
第５図には、第４図での場合と同様の単位を用いてイン
ピーダンスと損失の値を、導体の幅Ｗが1mm、間隙Ｇが
0.4mmであるほか、他の変数の値は同じままで、mmの単
位で表わされる間隙HLの関数として示す。この計算の場
合、間隙HLは、その値が約0.3mm以上であるならば、も
はやインピーダンスにも損失にも影響を与えないことが
看取されよう。この最小限の間隙は、コプレーナ導波路
のその他の大きさと稼動周波数には明らかに依存してい
る。12GHzの場合、計算の誤差を考慮して、間隙が１か
ら2mmであるなら、金属板の影響は無視できる程度であ
る。各々の場合について、このことは、実験的にチェッ
クされなければならない。損失の値は小さく、このこと
がコプレーナ導波路におけるＧとＷの値のその他の組合
せにより確認されている点には、注意を要する。
第6A乃至第6C図には、Ｔ字形電力分配器（T power spli
tter）の３つの具体例を示す。第6A図の第一番目の具体
例においては、マッチングのために必要なインピーダン
スの変化量は、４分の１波長の２倍に対応する長さにわ
たる中央導体の幅のW1からW2への減少により得られる。
第6B図の具体例においては、このインピーダンスの変化
は、チャネルを広げることにより、すなわち間隙をＧか
らＧ′に広げることにより達成される。最後に、第6C図
の具体例においては、第6A図及び第6B図の特徴の両方が
合わせられている。
第７図には、損失の変化を、dB/mの単位で、損失角の正
接の関数として、上に示したようなものと等しい変数
値、幅Ｗが1.2mm、間隙Ｇが0.4mm、に対して示す。たと
え周波数が12GHzであっても、損失性能の悪い（損失正
接が0.02）薄手の誘電体層が、許容できるレベルの損失
を示すのが看取される。
第7B図には、インピーダンスと損失を、mmで表わされた
間隙Ｇの関数として示す。この間隙は比較的小さな影響
をインピーダンスに及ぼしていることが看取できよう。
上記のことから、コプレーナ導波路のこの大きさに関し
て大きな許容誤差が許されうることが分かる。
誘電体については、商品名「Mylar（登録商標）」また
は「Kapton（登録商標）」として入手できる素材を利用
することができる。誘電体の厚さ0.025mm、損失正接0.0
02及び誘電率2.2について、導波損失は約4dB/mである。
また、グラスファイバーで補強した架橋結合したポリス
チレンを利用することも可能である。このとき、厚さは
0.25mm、損失角正接が0.001および誘電率が2.6につい
て、損失は3.55dB/mである。
上述の数値等の選択は、限定的なものでは勿論ない。
外部反射板を送信スロットに用い得ることは、約λ/4で
あるこの距離が1mmより大きいと仮定して（λ/4が6.25m
mである12GHzの場合はこれに該当する）、プリント回路
からのその距離がコプレーナ給電ラインの大きさとは独
立して最適化され得るので、有益である。もし、ある選
ばれた構造について、この条件が満たされないならば、
ラインの計算は基平面板の存在を考慮にいれなければな
らない。ただ、このことは本発明の応用を限定するもの
ではない。
コプレーナ導波路の中央導体は、送信スロットをプロー
ブとして、直線偏波をなすように励磁する。送信アンテ
ナ（radiator）の導波インピーダンスとのマッチング
は、この素子の構造、すなわち主に、端部６により形成
されるプローブの長さやこの端部の幅や形状、さらにス
ロットの直径及び反射基平面板からの間隙を、最適に選
ぶことにより得ることができる。
従って、作られた送信素子は、最適な間隙ををもって反
射板の上方にあるスロットである。このスロットは、
「同軸」ラインの中央導体により励磁される。このよう
なアンテナの性能は、とてもよいことが知られている。
また、90度の位相差をもって励磁された二つの直交する
プローブを用いることにより、スロットを円偏波に励磁
することができる。これは、励磁ラインを3dBのハイブ
リッド分配器に接続することによってなされうる。第８
図に示した別の方法によれば、直交する２個のプローブ
６′を有するＴ字形分配器が使われ、その給電ブランチ
の一つ９は、他のもの９′より４分の１波長分だけ長
く、90度の位相差を作り出すようになっている。
上述のようなＴ字励磁の送信素子の対称と軸方向の比
（axial ratio）は、この帯域のすべての周波数で良い
わけではない。
パターンの軸方向の比を改善するために、第９図から第
11図に示す連続回転方法が利用できる。
第９図において、４つの送信アンテナ部をもつ副アレイ
10は、右回りの円偏波モードに励磁される。すなわち、
各々の送信アンテナ部は、二つの直交するプローブによ
り90度の位相差をもって励磁されるのである。この異な
る送信アンテナ部は、互いに90度回転した位置にある。
この回転は、円偏波した信号の90度の位相差に等しく、
給電部の対応する長さにより補正されている。送信アン
テナ部はこのようにそれぞれ０、90、180、270度の位相
で励磁される。
第10図は第９図に対応するが、ここでは副アレイ10′が
左回りの円偏波を発生するように配置されている。
第11図に対応する、第９図のある平面についての対称な
配置が反対向き（左回り）の円偏波を生み出すことは興
味深い。副アレイを10″で示す。
第12A図には、本発明によるアレイ・アンテナの実際的
な具体例を示す。この具体例の反射基平面板は、その基
部12自体が基平面板を構成する開放された金属ハウジン
グ11を有する。プリント回路13の誘電基板は、上述の素
材の一つであり、例えば商品名「Mylar」または「Kapto
n」として入手できるものである。その厚さは、0.025mm
である。プリント回路13と反射基平面板12との間の間隙
は、例えば発泡したかたちの、低密度の誘電物質で満た
される。この誘電物質には、発泡したポリスチレンまた
は同様な物質を使用できる。
第12A図に示したように、発泡層14の上面は、給電導体
３′と並置された広い溝15を有しても良い。しかし、こ
のような溝は必ずしも必要ではない。この溝の深さは約
1mm以上であり、発泡との干渉と追加の誘電損失が最小
限になるようにしてある。溝の形状はとくに重要ではな
く、そのエッジは給電ラインに正確に従うものでなくて
も良い。給電ラインの幅より広い幅があれば十分であ
る。スロットと基平面との間の間隙も、発泡層の厚さと
ともに、さほど重要ではない。さらに、発泡は伝送ライ
ンの一部をなすものではないので、損失の原因となるこ
ともなく、発泡させたポリスチレンといった安価な素材
を使用することができる。
第12B図には直線偏波スロットのアレイを示すが、全く
同じ製造技術が、円偏波スロットのアレイにも応用でき
ることが理解できよう。
第12B図には、第12A図に関連して示した構造を有する16
個の送信アンテナ部をもつアレイ・アンテナの上面図を
示す。この図において、すべての給電素子は、コプレー
ナ導波路であるが、図を明瞭にするために、実線で示し
てあり、送信アンテナは示してない。給電ライン16のす
べては、導波出力17によって電力供給されている。
第13図には、二重円偏波のスロット・アレイ・アンテナ
の具体例を示す。このスロット・アレイ・アンテナは、
第９図に示したパターンに対応するパターン有している
右回りの円偏波を作り出す第１プリント回路21と、その
両面に例えば第12A図の溝に相当する溝を有して厚さが
１から2mmである発泡スペーサー層22と、第10図のパタ
ーンに対応して左回りの円偏波を生み出す第２プリント
回路23と、第12A図の発泡層14に対応する発泡層24と、
その他の構成部品をすべて収容するハウジング25とを有
する。このようにして、二つの独立して円偏波と二重ス
ロットを有するアレイ・アンテナを得ることができる。
第１プリント回路21のアパーチャ26と第２プリント回路
23のアパーチャ27は、上下に重ねられている。
このような構造により、二つの直線偏波も同様に作り出
すことができる。
第14図乃至第16図には、1987年１月19日のフランス特許
第8700181号と1987年11月13日の同第8715742号とに記載
されたように、送信素子の後ろに空洞がある３つの具体
例を示す。約12GHzで稼動するようにスロットの直径は
約16mmである。スロット後方の空洞の直径は、16mmから
23mmの範囲でありうる。第14図から第16図に示された具
体例において、各々の送信素子は、１つないし２つの偏
波モードのために、それぞれ１または２のスロットとそ
の後方の空洞と、もし必要ならば前部にある開放された
空洞とからなっている。第14図の具体例においては、円
筒形の部品31が発泡内に作られており、スロット32の後
方の空洞35を形成し、スロットに並置されている。これ
らの円周形の金属部品の上端部には、コプレーナ給電ラ
インと並置された、窪み33がいくつかある。これらの窪
みの深さは、上述のように給電ラインとの干渉を避ける
ため、少なくとも１から2mmである。（１つの空洞に対
して４つの窪みがあるのが、対称と製造上の簡略さのた
めに望ましい。） 第15図に示した具体例においては、円筒形の空洞42は発
泡層41に挿入されており、空洞はプリント回路43と接触
する直前で止められていて、空洞42の上部のプリント回
路からの間隔は、給電ラインとの干渉を避けるために少
なくとも１から2mmとなっている。12GHzの周波数につい
ては、この間隔は１から2mmであることが有利であるこ
とが理解されよう。
第16図の具体例においては、十字交差の仕切り52がハウ
ジング51の中に置かれ、格子を形作っている。これらの
仕切りは、プリント回路との干渉を避けるため、誘電体
の発泡層によって、その上部がプリント回路から、常に
少なくとも１から2mmの間隔をもって置かれている薄手
の金属シートにより作られている。
アンテナの性能を向上するために、スロットの前方に１
組の開放された空洞を設けることもできる（1987年１月
９日のフランス特許第8700181号と1987年11月13日の同
第8715742号に記載されている）。
第17図と第18図の具体例においては、示されたアンテナ
の構造は、開いた前部空洞と閉じた後部空洞とにより、
二つの直交する線または円偏波を有する。開いた前部空
洞61は、１から2mmの厚さの第１発泡層62によって第１
プリント回路21から距離を置かれており、この第１プリ
ント回路は第２プリント回路23から厚さ１から2mmの第
２発泡層63により分離されている。この第２プリント回
路23は、発泡層64により後部の閉じた空洞65から分離し
ている。この空洞65は、金属ハウジング66の面またはそ
れ自体の基部により閉じられている。後部空洞65は発泡
物質で満たすこともできるし、空洞のままにすることも
できる。単偏波アンテナについては、回路21または23の
一つを、発泡層63とともに除去する。
第19図から23図には、代わりとなるその他の具体例の分
解図を示す。第19図の具体例においては、給電ラインと
送信アンテナ部とをなすプリントされた導体をもつ薄い
（例えば、数ミクロンの）プリント誘電体層71が、より
厚手の２つの発泡層73と74の間にはさまれている。この
うち下部発泡層74は、約４分の１波長の厚さを有してい
る。この二つの厚手の誘電体層は、同一のものであって
も良い。
これらの各層が、基平面板の導体層75とともに、一つに
接着される。上部の厚手の誘電層73を、レードーム（ra
dome）として使用することもできる。
第20図には、第19図の具体例において下部の厚手の誘電
層がないものを示す。この場合も、上部層73をレードー
ムとして利用することができる。
第21図の別の具体例においては、プリント層71と基平面
板75との間のスペーサとなる下部誘電体層のみがある。
この場合、プリントされた導体72はこの誘電体層に向き
合っている。
第22図と第23図の具体例は、導体82が厚手の誘電体層の
一つに直接プリントされているほかは、第19図から第１
図の具体例に対応する。第22図の具体例において、上部
層81はレードームとして使用でき、導体82は下部の厚手
の誘電体層83に直接プリントされている。基平面板の導
体層84もまた、約４分の１波長の厚さを有する誘電体の
スペーサ層に直接プリントされることができる。
第23図の具体例において、プリントされた導体91は、反
転されたレードームとなる上部の厚手の誘電体層92に直
接プリントされている。
第24図から第29図には、プローブを１つだけ使用して円
偏波（CP）を生み出す、その他の具体例を示す。
プリントタイプのアレイにおける１つのプローブのみの
励磁による円偏波の電波の発生は、90度の位相差をもつ
送信アンテナにおいて二つの直交するモードを発生させ
ることに基づく。
このことは、そのプローブにより励磁された直線偏光モ
ードが分析できる二つの直交するモードの一つに対しキ
ャパシタンスまたはインダクタンスを「負荷」（load）
するために、ユニークなプローブに関して45度の平面内
に「摂動」（perturbation）を生み出すことにより達成
できる。
第24図には、励磁プローブ116に対して45度傾いている
プリントされたバー101を有する、上述のようなCP送信
アンテナを示す。
例として、Ｘバンドの12GHz付近で、直径が約15.5mmの
アパーチャ112と約4.8mmの励磁プローブについて、CP発
生のためには、45度のバーの大きさは、長さａが５から
6mmであり、バーの幅ｂが２から3mmである。
第25図には、アパーチャ122体の対向する正反対の位置
にある２つのプリントされたバー103と104を示す。
第26図の具体例においては、CPはプローブ136に対して4
5度の方向に摂動を生じるように非対称に切り開かれた
送信アパーチャ106により得られる。
第27図には、後部空洞壁111と、それと下部基平面板と
に囲まれた後部空洞114とを有するアレイの場合におい
て、１つのプローブによりCP円偏波を得る実施例を示
す。この場合、CPは、プリントされたプローブ113に対
して45度の角度で置かれたバー112により発生する。こ
のバーは、後部空洞壁111の下部に作られた「隔壁」を
なす。このバーの厚さは、Ｘバンドでは、数ミリである
ことが望ましい。
例えば、角を切った長方形の空洞などといった、種々の
非対称形の後部（または前部）空洞をCP発生に利用でき
る。
上記のいずれを選ぶ場合においても、軸方向の比（axia
l ratio）を改善するために連続回転を応用することが
できる。
上述した摂動方式を、同じ送信アンテナにおいて２つの
直交したプローブにより励磁された２つの直交する直線
偏波モード間のデカップリングを改善するために、応用
することができる。
上記のような二つの直交するプローブにより一つの放射
器において二つの直交する偏波モードを励起する場合に
はプリントされたバーまたは隔壁における摂動を利用し
て、プローブの「典型的な」約20dBのデカップリング
を、約10％のバンド帯域において約30dBに増加させるこ
とができる。
第28図と第29図には、等電力分割器の給電回路網を有す
る、三角形の格子構造を示す。共同給電（corporate fe
eds）は、帯域が広く、公差の小さい回路であることが
知られている。
共同給電は、２の累乗（２、４、８、16等）に等しい数
の送信アンテナ部を有する長方形の格子アレイに応用す
ることができる。
三角形の格子においても、ｍ×2n個の送信アンテナ部を
もつアレイに等しく電力を分配できる共同給電を用い
て、以下に「副アレイ化」（subarraying）を説明す
る。
以下には、ｍ＝３の副アレイ化を例として説明する。
原理は、第28図に示されている。
３個の送信アンテナ部（ｍ＝３）の副アレイは、改善さ
れたCP発生のために、連続回転を利用して給電される。
（連続回転を用いない構成も明らかに可能である。） 給電ラインを表わす太い線は、単純化のため、ここで
は、送信スロットに給電している様子で示されている。
この図において、各々の送信アンテナ121は、CPの発生
のために、90度の位相差と等しい電力をもって直交する
プローブ122により励磁される。（一つの枝が４分の１
波長だけ長い、等または不等電力分割器を、このために
使用することができる。） 各々の送信アンテナは、他に対して120度回転してお
り、第28図に示したような適当なラインの長さにより得
られる対応する（120度または240度）の位相差をもって
給電される。
CP運転のための単一プローブ励磁のCP送信アンテナ、ま
たは、LPまたはCP運転のためのLP送信アンテナをも利用
することができる。このことは、送信アンテナ部の間の
給電ラインのためにより大きなスペースを得ることがで
きて、有利である。
一対三等電力分割器（1 to 3 equal power divider）を
この給電回路に使用する。
種々の求められるライン・インピーダンスは、中央導体
の幅を変えることにより、または、第６図に示された方
法により選ぶことができる。
隣接する副アレイは同様にして給電することができ、そ
の給電ラインは、同じCP位相を得るため、等電力分割器
に180度の位相差をもってつながれる。
同一の六素子配置を、等電力分割器を通じて前のものに
接続することができる。
これにより、静止軌道に載せるアース・カバレッジ・ア
レイに適した約２から2.5波長の十二素子副アレイが得
られる。
上述の副アレイ化は、従来の構造で用いられた７から９
個の代わりに、それぞれ0.6から0.9波長の長さの12個の
送信アンテナを、アース・カバレッジ副アレイに通常求
められる2.0から2.5波長のスペースに、三角形の格子に
密に詰めることができるので、有利である。
もちろんこの配置は、パッチ・タイプ等、他のタイプの
送信アンテナにも応用することができる。
上述の副アレイを、例えば192素子のアレイといったよ
り大きなアレイを作るため、典型的な共同給電により結
合することができる。
副アレイから出力まで信号を運ぶラインのインピーダン
スは、このようなラインでの損失を減少させうる（例え
ば50オーム以下のラインが可能である）という利点を有
する十分なスペースがスロット間にあるので、低くする
ことができる。
導波出力部141は、例えば１つの送信アンテナ部を取り
除くことによりアレイにおけるその中心、または、例え
ば第12B図の場合のようにその側面といったアレイ内の
別の位置に配置することができる。第29図には、そのよ
うな導波出力部の原理が示されている。この図において
142は、送信アンテナ部の給電ラインと導波出力部とを
もつプリント板をさす。約４分の１波長の深さをもつ
「カップ」143が、プリント板142の上に示されている。
基平面板144は、プリント板142に平行に、約４分の１波
長の距離をもって配置される。導波出力部145を、基平
面板144及び／又はプリント板142に固定することができ
る。矢印146は、送信の方向を示し、矢印147は、出力の
方向を示す。
明らかに、当業者にとってはよく知られた、同軸導波
（またはその他）からコプレーナ導波への移行（the co
axial（or other）to coplanar waveguide transition
s）を有利に利用することができる。
f.発明の効果 これらの本発明の具体例は、簡易な構造をもち、製造が
容易なアンテナを提供することが看取されよう。従っ
て、先行技術によるプリント平面アンテナに比べて、そ
のコストを相当低減することができる。従ってこれらの
アンテナは、衛星放送のテレビ信号の直接受信といった
消費者市場に向けての応用に殊に適するものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の具体例によるアレイ・アンテナの一部
分の平面図、第２図は第１図のアンテナの斜視図、第３
図は一般的な平面導波給電ラインの異なるパラメターを
示す第１図のアンテナの一部分の詳細図、第４図は特性
インピーダンスと損失を給電ラインの中央導体の幅の関
数として示すグラフ、第５図は特性インピーダンスと損
失を外部基平面板からの距離HLからの距離の関数として
示すグラフ、第6A図から第6C図はＴ字型電力分配器の具
体例を３つ示す図、第7A図は損失を損失の正接の関数と
して示すグラフ、第7B図は損失と特性インピーダンスを
距離Ｇの関数として示す図、第８図は円偏波を生み出す
具体例を示す図、第９図から第11図は４つの送信素子か
らなる円偏波アンテナの異なった具体例を示す図、第12
A図は直線偏波の四素子のアンテナの発泡スペーサ板を
組み込んだ具体例を示す図、第12B図は第12A図の具体例
の上面図、第13図は二つの独立した円偏波を有する本発
明によるアンテナに対応する実際的な具体例を示す図、
第14図から第16図は送信素子の後ろに空洞を有するそれ
ぞれ異なる具体例を示す図、第17図から第18図は閉じた
後部空洞と送信素子のための開放した前部空洞を有し、
直交した直線偏波及び円偏波を発生する２つのプリント
回路からなる具体例を示す図、第19図から第23図はその
他の具体例を示す図、第24図から第27図は円偏波を生み
出すただ一つのプローブを利用したその他の具体例を示
す図、第28図から第29図は三角格子の給電構成を有する
その他の具体例を示す図である。

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】アパーチャ（２）と溝状切欠き部（５）を
    有する導電体層（４）と該導電体層（４）を支持してい
    る薄い誘電体薄層（１）とからなる平面回路（８）を複
    数個含み、直線偏波または円偏波の電磁波を発信または
    受信するためのコプレーナ・ライン・アンテナであっ
    て、 該アパーチャ（２）とマイクロ波カップリングして協働
    するコプレーナ導波路と、該コプレーナ導波路と該アパ
    ーチャ（２）を有する該平面回路（８）に平行で該導波
    路と該アパーチャ（２）から該アンテナの作動波長の約
    ４分の１の距離にあって導体からなる下部基平面板
    （７）とからなり、ここで該誘電体薄層（１）と該下部
    基平面板（７）との間に空間が形成され、 該コプレーナ導波路が該溝状切欠き部（５）とその内に
    ある中央導体（３）とからなり、 該溝状切欠き部（５）が該アパーチャ（２）内へとつが
    なっており、 該中央導体（３）が該アパーチャ（２）内へと突出し、
    該中央導体（３）の終端がアパーチャ（２）内にあって
    プローブ（６）を形成することを特徴とする上記コプレ
    ーナ・ライン・アンテナ。
  2. 【請求項２】上記平面回路（８）が、上記下部基平面板
    （７）をなす導体からなる基部（12）を有するハウジン
    グ（11）内に納められていることを特徴とする請求項１
    に記載のコプレーナ・ライン・アンテナ。
  3. 【請求項３】各アパーチャ（２）が２個の直交した上記
    プローブ（16）により90度の位相差をもって給電される
    ことを特徴とする請求項１に記載のコプレーナ・ライン
    ・アンテナ。
  4. 【請求項４】誘電体層（14）がスペーサとして上記平面
    回路（８、13）と上記下部基平面板（７）との間に挿入
    されていることを特徴とする請求項１に記載のコプレー
    ナ・ライン・アンテナ。
  5. 【請求項５】それぞれ右回り及び左回りの円偏波の電磁
    波を生み出す２個の上記平面回路（８、21、23）を含
    み、各平面回路の上記アパーチャ（２、26、27）がそれ
    ぞれ上下に重ねられていることを特徴とする請求項１に
    記載のコプレーナ・ライン・アンテナ。
  6. 【請求項６】直交する直線編波を生み出すように２個の
    上記平面回路（８、21、23）を含み、各平面回路の上記
    アパーチャ（２、26、27）が上下に重ねられていること
    を特徴とする請求項１に記載のコプレーナ・ライン・ア
    ンテナ。
  7. 【請求項７】２個の直交する上記プローブ（16）により
    90度の位相差をもって給電される上記アパーチャ（２）
    が、４個組合わさっての副アレイ（10、10′、10″）を
    なすように配置されており、各アパーチャ（２）が互い
    に90度回転されて配置されていることを特徴とする請求
    項１に記載のコプレーナ・ライン・アンテナ。
  8. 【請求項８】上記誘電体層（14）が上記中央導体（３）
    に並行する溝（15）を有することを特徴とする請求項４
    に記載のコプレーナ・ライン・アンテナ。
  9. 【請求項９】空洞（35、65、114）が上記誘電体層（1
    4）内に形成されており、上記誘電体層（14）の上端部
    が上記平面回路（34）に接触していないことを特徴とす
    る請求項４に記載のコプレーナ・ライン・アンテナ。
  10. 【請求項１０】上記誘電体層（14）内に設けられた上記
    空洞（35）の上記空洞壁（31）の上端部に窪み（33）が
    あり、該窪み（33）が上記中央導体（３）の位置に対応
    するように配置されていることを特徴とする請求項９に
    記載のコプレーナ・ライン・アンテナ。
  11. 【請求項１１】上記誘電体層内の上記空洞（65）および
    上記アパーチャ（26）の前方に、開いた前部空洞（61）
    を有することを特徴とする請求項９に記載のコプレーナ
    ・ライン・アンテナ。
  12. 【請求項１２】上記アパーチャ（２、112）の各々が１
    個の上記プローブ（６、116）により給電されており、
    上記アパーチャ（２、112）の平面内にあって上位プロ
    ーブ（６、116）に対して45度の角度で置かれている１
    個の中央金属バー（101）を有することを特徴とする請
    求項１に記載のコプレーナ・ライン・アンテナ。
  13. 【請求項１３】上記アパーチャ（２、122）の各々が１
    個の上記プローブ（６、126）により給電されており、
    上記アパーチャ（２、122）の平面内にあって上記プロ
    ーブ（６、126）に対して45度の角度で互いに向き合う
    正反対の位置に配置されている２個の金属バー（103、1
    04）を有することを特徴とする請求項１に記載のコプレ
    ーナ・ライン・アンテナ。
  14. 【請求項１４】上記アパーチャ（２、106）の各々が１
    個の上記プローブ（６、136）により給電されており、
    上記アパーチャ（２、106）の平面内において上記プロ
    ーブ（６、136）に対して45度の方向に摂動を生じるよ
    うに上記アパーチャ２、106）が上記プローブ（６、13
    6）に関して非対称の形をしていることを特徴とする請
    求項１に記載のコプレーナ・ライン・アンテナ。
  15. 【請求項１５】上記空洞（114）の底部に上記空洞より
    低い高さの隔壁（112）があることを特徴とする請求項
    ９に記載のコプレーナ・ライン・アンテナ。
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