JPH0818323A - 平面アンテナ及びアンテナと低雑音ブロックダウンコンバータの組合せ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低雑音ブロックダウンコンバータを用いた製
造が簡単な平面アンテナの提供。 【構成】 接地面２１０とパワーサミングコンバイニン
グ層２２０と受信素子層２３０と低雑音ブロックダウン
コンバータ２００とを備えた平面アンテナであり、パワ
ーサミングコンバイニング層２２０の線路は受信素子層
のアンテナ素子と容量結合されており、低雑音ブロック
ダウンコンバータはパワーサミングコンバイニング層と
容量結合されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は平面アンテナ及びアンテ
ナと低雑音ブロックダウンコンバータ（ＬＮＢ）の組合
せに関し、特に低雑音ブロックダウンコンバータを平面
アンテナのフィードネットワークに電気的に接続するた
めの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は米国特許第５，１２５，１０
９号においてもこの分野に関連した平面アンテナを提案
している。また米国特許第４，７６１，６５４号や４，
９２９，１５９号や５，００５，０１９号でも平面アン
テナについて記載している。なお関連した内容が米国特
許出願第０７／６４８，４５９号や０８／１２６，４３
８号に記載されている。

【０００３】上述の米国特許第５，１２５，１０９号
は、平面アンテナにおけるパワーサミング・コンバイニ
ング(power summing/combining)ネットワーク層に載置
されたＬＮＢについて記載している。ここでは平面アン
テナは受信器として機能するが、アンテナが送信器とし
て機能する場合にはこの層はパワー分割分配ネットワー
ク層と呼ぶべきものである。ＬＮＢをパワーサミング・
コンバイニングネットワーク層に接続するためには、同
軸的な接続やマイクロストリップ・導波管中継(microst
rip/waveguide transition)がなされる。このような構
成により良好な作用が望めるが、２つの欠点がある。即
ちＬＮＢユニットをアンテナに装着する前の事前の試験
が困難であること、またＬＮＢユニットを最終的に組込
んでネットワーク層に接続するのに時間と労力が必要な
ことである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】米国特許第５，１２
５，１０９号に記載された発明の改良として、ストリッ
プ線路とマイクロストリップとの中継を提供することが
提案されている。具体的には低雑音増幅器（ＬＮＡと称
し、ＬＮＢの一部である）をアンテナの接地面間に位置
させ、中継を実現させるためのストリップ線路において
対称な電界を利用することである。しかしながら上述の
米国特許第５，１２５，１０９号における問題と同様に
良好な電気的接続が得られないという欠点がある。なお
これらの内容は米国特許出願第０８／１１５，７８９号
に記載されている。

【０００５】そこで本発明は、ＬＮＢに対して容易に接
続が解除でき直流の導通を排除する（ＤＣブロッキン
グ）電気的接続が可能な平面アンテナであって、製造工
程が簡素化でき製造コストの低下が図れる平面アンテナ
及びアンテナと低雑音ブロックダウンコンバータの組合
せを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、ＬＮＢと
パワーサミング・コンバイニング層との容量結合を企図
し、出願人が長年に亘り研究している平面アンテナの分
野において開発を行った。上記目的を達成するために本
発明は、接地面と、該接地面上に設けられ、第１のポイ
ントで給電される第１のパワーコンバイニングネットワ
ークを有し、該第１のパワーコンバイニングネットワー
クが該第１ポイントから延びる第１の複数の給電線路を
有する第１のパワーコンバイニングネットワーク層と、
該第１のパワーコンバイニングネットワーク層を通過し
て該第１のパワーコンバイニングネットワークと容量結
合する第１の低雑音ブロックダウンコンバータと、該第
１のパワーコンバイニングネットワーク層上に設けら
れ、第１の複数の受信素子を有する第１の受信素子層と
により構成され、それぞれの該第１の複数の給電線路は
それぞれの該第１の複数の受信素子と容量結合し、該第
１の低雑音ブロックダウンコンバータは該接地面と該第
１の受信素子層との間で該第１のパワーコンバイニング
ネットワーク層を通過して鉛直に載置される平面アンテ
ナを提供している。

【０００７】ここで、該第１の受信素子層上に第２のパ
ワーコンバイニングネットワーク層を設け、該第２のパ
ワーコンバイニングネットワーク層上に第２の低雑音ブ
ロックダウンコンバータを設け、該第２のパワーコンバ
イニングネットワーク層上に第２の受信素子層を設け、
第２のパワーコンバイニングネットワーク層は第２のポ
イントで給電される第２のパワーコンバイニングネット
ワークを有し該第２のパワーコンバイニングネットワー
クが該第２ポイントから延びる第２の複数の給電線路を
有し、該第２の低雑音ブロックダウンコンバータは該第
２のパワーコンバイニングネットワークと容量結合し、
該第２の受信素子層は第２の複数の受信素子を有し、そ
れそれぞれの該第２の複数の給電線路はそれぞれの該第
２の複数の受信素子と容量結合しているのが好ましい。

【０００８】本発明は更に、平面アンテナと低雑音ブロ
ックダウンコンバータの組合せであって、該平面アンテ
ナは、接地面と、該接地面上に設けられ単一のポイント
で給電されるパワーコンバイニングネットワークを有し
また該単一のポイントから延びる複数の給電線路を有す
るパワーコンバイニングネットワーク層と、該パワーコ
ンバイニングネットワーク層上に設けられそれぞれの該
複数の給電線路と容量結合する複数の受信素子を有する
受信素子層とを有し、該低雑音ブロックダウンコンバー
タは、該平面アンテナに垂直に載置されて該接地面と該
受信素子層との間で該パワーコンバイニングネットワー
ク層を通過し、また該低雑音ブロックダウンコンバータ
の給電部が該パワーコンバイニングネットワーク層に容
量結合する平面アンテナと低雑音ブロックダウンコンバ
ータの組合せを提供している。

【０００９】

【作用】低雑音ブロックダウンコンバータ（ＬＮＢ）は
平面アンテナに設けられるが、ここでは機械的な接続関
係はなく、ＬＮＢをアンテナのパワーサミング・コンバ
イニングネットワーク層に載置して、ＬＮＢの中継部を
容量結合によってパワーサミング・コンバイニングネッ
トワークとストリップ線路相互の中継という形態で接続
させる。機械的な接続関係がないので、アンテナの製造
が容易となり、ＬＮＢの試験を迅速に行うことができ、
ＬＮＢを簡単にアンテナに組入れることができる。

【００１０】

【実施例】本発明の第１実施例による平面アンテナにつ
いて図１乃至図５に基づき説明する。図１は平面アンテ
ナにおけるパワーサミング・コンバイニングネットワー
クとＬＮＢとの容量結合状態を示している。容量結合さ
れた送信ライン１１０、１２０は共にストリップ線路に
より形成されている。ここでストリップ線路１１０はパ
ワーサミング・コンバイニングネットワークに接続され
ており、ストリップ線路１２０はＬＮＢに接続されてい
る。これらの線路１１０、１２０の重なり量は１２ＧＨ
ｚの周波数の場合にはλ／４であるのが好ましい。パワ
ーサミング・コンバイニングネットワークとそこから延
びる線路１１０はマイラー製フィルム１３０上に設けら
れている。ＬＮＢに接続するストリップ線路１２０は該
フィルム１３０の下側に設けられる。よって線路１１０
と１２０とは互いに物理的には接触せず、容量結合され
ている。

【００１１】図２乃至図４は、平面アンテナに対するＬ
ＮＢの載置手順や載置状態を示している。ＬＮＢ箱２０
０が載置された平面アンテナは多層構造をなし、接地面
２１０と、パワーサミング・コンバイニング層２２０
（ＰＣＮ層）と、受信素子層２３０とを有する。受信素
子層２３０は第２の接地面として作用する。ＰＣＮ層２
２０はストリップ線路状をなし、その図示せぬ線路は受
信素子層２３０の対応するアンテナ素子に容量結合され
ており、線路とアンテナ素子とは直接接続されていな
い。なお２２１は発泡体である。また２８０はレドーム
であり、２９０はコネクタである。

【００１２】貫通接続(feedthrough)２４０は例えばス
トリップ線路とマイクロストリップ線路の接続に採用さ
れるが、線路１１０、１２０を介してＰＣＮ層２２０を
ＬＮＢ２００に接続しており、ＬＮＢはＬＮＡ２５０
と、ダウンコンバータ２６０と中間周波増幅器（ＩＦア
ンプ）２７０を有している。なおこのような接続は米国
特許出願第０８／１１５，７８９号に記載されている。

【００１３】図２、図３に示されるように、ＬＮＢ箱２
００は２個の接地面２１０、２３０の間に設けられる。
ＬＮＢ箱２００はＰＣＮ層２２０の中央の位置にあるの
が好ましい。というのはこの位置が損失が最も少ないか
らである。かかる構成により受信素子層２３０の中央位
置においていくつかの受信素子を省略し、その代わりに
ＬＮＢ箱２００を位置させることが可能となる。またテ
ーパ状のアンテナのいずれかのアンテナ素子に代えてＬ
ＮＢ箱２００を性能を損なうことなく設けることが可能
である。というのはアンテナをテーパ状にした場合に
は、いくつかのアンテナ素子列はアンテナ全体の性能に
さほど貢献しなくなり、受信しないかきわめて弱い受信
性能しか発揮しなくなるので、これらのアンテナ素子列
に代えてＬＮＢを用いるのである。よって性能上の損失
は生じない。

【００１４】図５は、動作周波数帯域８ＧＨｚから１５
ＧＨｚでの線路とＬＮＢとの容量結合による動作上の反
射減衰量を示すグラフである。グラフから容量結合はす
べての帯域において有効であることが判る。

【００１５】図６はＬＮＡ用の別の載置方法を示す。Ｌ
ＮＡはストリップ線路における電界の方向性を利用可能
である。図６は容量結合による中継の上面図であり、コ
ンタクトレスストリップ線路の中央導体４１０は、低雑
音増幅器（ＬＮＡ）回路４３０に接続され、該ＬＮＡ回
路４３０はＬＮＡ載置ブロック４２０に載置されてい
る。ＬＮＡ回路基板はアルミナにより形成され、厚さは
１０ミル（１０／１０００インチ）である。ストリップ
線路の中央導体４１０は、５０Ω特性インピーダンスを
達成するために幅が約２１２ミルで、長さがλ／４であ
り、接地面のスペースが１６０ミルである。なお４４０
はストリップ線路とマイクロストリップとの中継のため
に用いられる金製のリボン接点である。約５ミルの空隙
がＬＮＡ載置ブロック４２０とストリップ線路導体４１
０の端部との間に存在する。また約２ミルの空隙がアル
ミナ基板４３０の端面とストリップ線路４１０の端部と
の間に存在する。

【００１６】図７はプリント回路アンテナを示し、該ア
ンテナは接地面２１０と、パワーコンバイニングネット
ワーク２２０と、図示せぬ複数の受信素子を有する受信
素子列２３０を有している。パワーコンバイニングネッ
トワーク２２０のそれぞれの素子は、それぞれに対応す
る受信素子によって給電される。低雑音増幅器回路４７
０が金属ブロック（キャリアブロック）４３０上に載置
される。該増幅器回路４７０は例えば２段階の増幅器で
あり、該ブロック４３０は接地面２１０と受信素子列２
３０との間に延びて抵抗の小さい接続を果たしている。
ストリップ線路導体４１０とマイクロストリップインプ
ット４５０とは９０度ずれている。

【００１７】パワーコンバイニングネットワーク２２０
とマイクロストリップインプット４５０との間は、容量
結合によるストリップ線路とマイクロストリップ線路の
中継関係にある。なお米国特許出願第０８／１１５，７
８９号に記載された技術が利用可能である。以上のよう
に本発明ではストリップ線路相互の接続が容量結合によ
りなされて効果を発揮するものである。

【００１８】キャリアブロック４３０の縦方向の金属製
の壁はストリップ線路による送信モードの末端をなす。
そこでは、接地面２１０と受信素子列２３０とによる２
つの接地面間において鉛直方向の電界が形成される。実
際の中継領域では、マイクロストリップ回路自体は鉛直
方向に指向しているので、ストリップ線路のモードの電
界は９０度回転してマイクロストリップのモードとな
る。増幅器回路４７０はパワーコンバイニングネットワ
ーク２２０に対して鉛直に指向しているので、ストリッ
プ線路の送信モードにおいては対称な電界を利用するこ
とができる。増幅器回路の鉛直な指向により、電界の上
部を折りたたんで下降させ、また電界の下部を折りたた
んで上昇させることができ、マイクロストリップの電界
形状が提供できる。

【００１９】上述した米国特許第５，１２５，１０９号
では、ＬＮＡブロックを受信素子列に載置するために
は、素子列のうちのいずれかの受信素子を犠牲にせざる
を得なかった。しかし、受信素子も重要な素子とさほど
重要でない素子とがあるので、アンテナの性能の低下を
極力抑えるように犠牲にすべき受信素子を選択する。例
えばアンテナの中央部付近の受信素子を犠牲にして、そ
の代わりにＬＮＡブロックを載置する。

【００２０】本発明は上述した実施例に限定されず、特
許請求の範囲に記載された発明の範囲において、種々の
修正、変更が可能である。例えば類似の技術において、
ＰＣＮ層２３０とＬＮＢ箱２００との間で、ストリップ
線路と導波管との中継を同軸的に接続することが行われ
る。またその他の類似の技術としてストリップ線路とマ
イクロストリップ線路との中継があるが、いずれの技術
においても本実施例の容量結合を採用することができ
る。なおストリップ線路とマイクロストリップ線路の中
継は米国特許出願第０８／１１５，７８９号に記載され
ている。

【００２１】また上述した実施例の平面アンテナは、接
地面と、パワーサミング・コンバイニングネットワーク
層と、受信素子層を備えているが、受信素子の種類は本
発明においては重要ではなく、その種類や形状は動作の
条件に基づいて定めればよい。例えば平面アンテナを受
信用としてではなく送信用として使用する場合には、受
信素子を発信素子とすればよい。またそれぞれの受信ス
ロットがパワーサミングコンバイニングネットワーク層
の対応する素子と容量結合させることを前提として種々
の受信スロット構造が適用できる。

【００２２】更に、２連の分極した平面アンテナに本発
明を適用することが可能である。その場合には、多数の
パワーサミングコンバイニングネットワーク層と多数の
受信素子層を設け、それぞれのネットワーク層の上にそ
れぞれの受信素子層を載置する。そしてそれぞれのパワ
ーサミング・コンバイニングネットワーク層のために１
個のＬＮＢを設けてパワーサミング・コンバイニングネ
ットワークと容量結合させればよい。具体的には第１実
施例におけるパワーコンバイニングネットワーク層を第
１のパワーコンバイニングネットワーク層とし、それは
第１のポイントで給電される第１のパワーコンバイニン
グネットワークと、第１のパワーコンバイニングネット
ワークが第１ポイントから延びる複数の給電線路を有す
るものとし、第１実施例における第１のパワーコンバイ
ニングネットワーク層を通過して第１のパワーコンバイ
ニングネットワークと容量結合する低雑音ブロックダウ
ンコンバータを第１の低雑音ブロックダウンコンバータ
とする。また第１実施例における受信素子層を第１の受
信素子層とし、それが第１の複数の受信素子を有するも
のとする。そしてそれぞれの第１の複数の給電線路がそ
れぞれの第１の複数の受信素子と容量結合し、第１の低
雑音ブロックダウンコンバータは接地面と第１の受信素
子層との間で第１のパワーコンバイニングネットワーク
層を通過して鉛直に載置される。このような前提におい
て、第１の受信素子層上に第２のパワーコンバイニング
ネットワーク層が設けられ、第２のパワーコンバイニン
グネットワーク層上には第２の低雑音ブロックダウンコ
ンバータが設けられ、第２のパワーコンバイニングネッ
トワーク層上には第２の受信素子層が設けられる。第２
のパワーコンバイニングネットワーク層は第２のポイン
トで給電される第２のパワーコンバイニングネットワー
クを有し、第２のパワーコンバイニングネットワークは
第２ポイントから延びる第２の複数の給電線路を有する
ものとする。そして第２の低雑音ブロックダウンコンバ
ータが第２のパワーコンバイニングネットワークと容量
結合するように設けられる。更に第２の受信素子層は第
２の複数の受信素子を有し、それそれぞれの第２の複数
の給電線路はそれぞれの第２の複数の受信素子と容量結
合させればよい。

【００２３】加えて上述したＬＮＢとパワーサミング・
コンバイニングネットワークとの電気的な結合を条件と
して、米国特許第５，１２５，１０９号に記載される一
般的なレイアウトに本発明を適用してもよい。また米国
特許出願第０８／１１５，７８９号に記載される一般的
なレイアウトに本発明を適用することができる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明した本発明の平面アンテナ及
び、アンテナとＬＮＢとの組合せによると、ＤＣコンタ
クトレスでＲＦコンタクトのアンテナを製造することに
より、通常のＲＦアンテナと同様に、高周波環境におい
ても、ＬＮＢの事前の試験を高速でかつ自動化のもとに
正確に実行することができ、この試験後に最終的なアン
テナとするためにＬＮＢを瞬時にかつ自動的に組込むこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるパワーサミング・コンバイニング
ネットワークとＬＮＢとの容量結合状態を示す概略断面
図。

【図２】本発明の実施例による平面アンテナにおけるパ
ワーサミング・コンバイニングネットワークとＬＮＢと
の容量結合状態を示す概略斜視図。

【図３】本発明の実施例による平面アンテナにおけるパ
ワーサミング・コンバイニングネットワークとＬＮＢと
の容量結合状態を示す概略断面図。

【図４】本発明の実施例による平面アンテナにおけるパ
ワーサミング・コンバイニングネットワークとＬＮＢの
詳細を示す概略断面図。

【図５】特定の動作周波数帯域での線路とＬＮＢとの容
量結合による動作上の反射減衰量を示すグラフ。

【図６】ＬＮＡを載置した別の例を示した概略図。

【図７】プリント回路アンテナを示した断面図。

【符号の説明】

２００ 低雑音ブロックダウンコンバータ（ＬＮＢ） ２１０ 接地面 ２２０ パワーサミング・コンバイニング層 ２３０ 受信素子層 ４３０ 低雑音増幅器（ＬＮＡ）回路 ４５０ マイクロストリップインプット ４７０ 低雑音増幅器（ＬＮＡ）回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バーナード ディー．ゲラー アメリカ合衆国、メリーランド州 20879、 ゲーサーバーグ、アパートメント 198、 ボイズンベリー ドライブ 18512番地

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 接地面と、 該接地面上に設けられ、第１のポイントで給電される第
   １のパワーコンバイニングネットワークを有し、該第１
   のパワーコンバイニングネットワークが該第１ポイント
   から延びる第１の複数の給電線路を有する第１のパワー
   コンバイニングネットワーク層と、 該第１のパワーコンバイニングネットワーク層を通過し
   て該第１のパワーコンバイニングネットワークと容量結
   合する第１の低雑音ブロックダウンコンバータと、 該第１のパワーコンバイニングネットワーク層上に設け
   られ、第１の複数の受信素子を有する第１の受信素子層
   とにより構成され、それぞれの該第１の複数の給電線路
   はそれぞれの該第１の複数の受信素子と容量結合し、該
   第１の低雑音ブロックダウンコンバータは該接地面と該
   第１の受信素子層との間で該第１のパワーコンバイニン
   グネットワーク層を通過して鉛直に載置されることを特
   徴とする平面アンテナ。
2. 【請求項２】 該第１の受信素子層上に第２のパワーコ
   ンバイニングネットワーク層を設け、該第２のパワーコ
   ンバイニングネットワーク層上に第２の低雑音ブロック
   ダウンコンバータを設け、該第２のパワーコンバイニン
   グネットワーク層上に第２の受信素子層を設け、第２の
   パワーコンバイニングネットワーク層は第２のポイント
   で給電される第２のパワーコンバイニングネットワーク
   を有し該第２のパワーコンバイニングネットワークが該
   第２ポイントから延びる第２の複数の給電線路を有し、
   該第２の低雑音ブロックダウンコンバータは該第２のパ
   ワーコンバイニングネットワークと容量結合し、該第２
   の受信素子層は第２の複数の受信素子を有し、それそれ
   ぞれの該第２の複数の給電線路はそれぞれの該第２の複
   数の受信素子と容量結合することを特徴とする請求項１
   記載の平面アンテナ。
3. 【請求項３】 平面アンテナと低雑音ブロックダウンコ
   ンバータの組合せであって、 該平面アンテナは、接地面と、該接地面上に設けられ単
   一のポイントで給電されるパワーコンバイニングネット
   ワークを有しまた該単一のポイントから延びる複数の給
   電線路を有するパワーコンバイニングネットワーク層
   と、該パワーコンバイニングネットワーク層上に設けら
   れそれぞれの該複数の給電線路と容量結合する複数の受
   信素子を有する受信素子層とを有し、 該低雑音ブロックダウンコンバータは、該平面アンテナ
   に垂直に載置されて該接地面と該受信素子層との間で該
   パワーコンバイニングネットワーク層を通過し、また該
   低雑音ブロックダウンコンバータの給電部が該パワーコ
   ンバイニングネットワーク層に容量結合することを特徴
   とする平面アンテナと低雑音ブロックダウンコンバータ
   の組合せ。