JPH1127039A

JPH1127039A - 平面アンテナ

Info

Publication number: JPH1127039A
Application number: JP17987597A
Authority: JP
Inventors: Jiro Kuroyanagi; 次郎黒柳
Original assignee: Yokogawa Denshikiki Co Ltd
Current assignee: Yokogawa Denshikiki Co Ltd
Priority date: 1997-07-04
Filing date: 1997-07-04
Publication date: 1999-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】円形状の基板のスヘ゜ースを有効に使用でき、し
かも利得が高く、かつアンテナの出力ヒ゛ームの指向特性が向上
された平面アンテナを提供する。【解決手段】 1は円板状の基板であり、絶縁性材料で
形成されている。2・・・はマイクロストリッフ゜ハ゜ッチアンテナであり、薄
い導体材料で形成され、周辺部が電磁波を放射するスロット
として働く。3は給電線路であり、各マイクロストリッフ゜ハ゜ッチアンテ
ナ2,・・・へ電力を供給する。給電線路3にはマイクロストリッフ゜ハ゜ッ
チアンテナ2,・・・へ同一な電力を供給するため、各分岐点にお
いて、電力分配部分が構成されている。複数の分岐給電
路に前記給電線路を分岐させる電力分配部分において、
各分岐給電線路の並列合成インヒ゜ータ゛ンスが、前記給電線路ノ
インヒ゜ータ゛ンスと等しくなるよう形成されているため、各マイク
ロストリッフ゜ハ゜ッチアンテナ2から電力供給源までの間のインヒ゜ータ゛ンス
は、全て等しい値とされている。さらに、各分岐給電線
路は、給電される電力値と分岐給電線路のインヒ゜ータ゛ンスと
の積が等しい値となるよう形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、距離測定に使用さ
れる指向性の高い平面アンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の目標検知型信管などに使用される
平面アンテナは、図５に示すように、円板状の基板１０
０の表面にマイクロストリップパッチアンテナ（長方形
アンテナ）１０１、１０１、・・・が一定間隔でｎ×ｎ
（ｎは自然数）状に配列されて構成されている。たとえ
ば、マイクロストリップパッチアンテナは、８×８また
は１６×１６の配列とされている。

【０００３】また、これらのマイクロストリップパッチ
アンテナ１０１、１０１、・・・には、図に示されていな
い給電部とそれぞれのマイクロストリップパッチアンテ
ナ１０１、１０１、・・・との間のインピーダンスが同じ
になるように形成された給電線路１０２より、等振幅お
よび等位相で電力が供給される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
平面アンテナおいては、複数のマイクロストリップパッ
チアンテナが、８×８または１６×１６の配列で形成さ
れているため、図５で示す様に基板１００の表面を有効
に利用することができない。すなわち、従来の平面アン
テナにおいては、マイクロストリップパッチアンテナ１
０１、１０１、・・・が形成されていない基板１００の周
縁部などに無駄なスペースが多いという問題があった。
本発明は、このような背景の下になされたもので、円形
状の基板のスペースを有効に利用することができ、しか
も利得が高く、かつ放射ビームの指向特性が向上される
平面アンテナを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
平面アンテナにおいて、円板形状の基板と、この基板の
周縁部を含めた表面全体に配列状に形成された複数のア
ンテナと、前記基板の表面に形成され、前記複数のアン
テナに電力をそれぞれ給電する給電線路と、前記基板の
表面に形成され、前記給電線路と前記複数のアンテナと
の間を電気的に接続する第一の分岐給電線路と、前記基
板の表面に形成され、前記給電線路を複数の前記第一の
分岐給電線路に分岐させ、かつ複数の前記第一の分岐給
電線路にそれぞれ等しい電力を給電する第一の電力分配
器と、前記基板の表面に形成され、前記第一の分岐給電
線路と前記複数のアンテナとの間を電気的に接続する第
二の分岐給電線路と、前記基板の表面に形成され、前記
第一の分岐給電線路を複数の前記第二の分岐給電線路に
分岐させ、かつ複数の前記第二の分岐給電線路にそれぞ
れ等しい電力を給電する第二の電力分配器とからなるこ
とを特徴とする。

【０００６】請求項２記載の発明は、請求項１記載の平
面アンテナにおいて、複数の前記第一の分岐給電線路
は、複数の前記第一の分岐給電線路の並列合成インピー
ダンスと前記給電線路のインピーダンスとが等しい値に
なるように分岐され、前記第二の分岐給電線路は、複数
の前記第二の分岐給電線路の並列合成インピーダンスと
前記第一の分岐給電線路のインピーダンスとが等しい値
になるように分岐されていることを特徴とする。

【０００７】請求項３記載の発明は、請求項１または請
求項２記載の平面アンテナにおいて、前記第１の分岐給
電線路は、所定の部分に前記第一の分岐給電線路のイン
ピーダンス調整のため、前記アンテナの放射ビームの波
長の１／４の長さのストリップラインを有し、前記第２
の分岐給電線路は、所定の部分に前記第二の分岐給電線
路のインピーダンス調整のための、前記アンテナの放射
ビームの波長の１／４の長さのストリップラインを有し
ていることを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態
による平面アンテナの構成を示す平面図である。この図
において、１は円板状の基板であり、絶縁性材料で形成
されている。２、２、・・・は、複数のマイクロストリッ
プパッチアンテナであり、薄い導体材料を用いて、周縁
部を含めた基板１の表面全体に一定の間隔で配列形成さ
れている。

【０００９】また、マイクロストリップアンテナ２、
２、・・・それぞれの周縁部は、狭帯域の周波数特性を持
つ、電磁波を放射する磁流源スロットとして働く。３は
給電線路であり、図に示されていない給電部より、各マ
イクロストリップパッチアンテナ２、２、・・・へ電力を
供給する。３ａ３、３ａ４、３ａ５および３ａ６は、ス
トリップライン部であり、給電線路３の構成要素であ
る。

【００１０】次に図２は、図１に波線で示す領域４内の
構成を示す拡大図であり、この図においては、給電線路
３のみが示されている。この図において、５および６
は、電力分配部であり、図に示されていない給電部か
ら、各マイクロストリップパッチアンテナ２、２、・・・
に電力を給電する図１に示す給電線路３の一部で構成し
ている。

【００１１】電力分配部５は、給電線路３の構成要素で
あるストリップライン部３ａ１、ストリップライン部３
ｂ１およびストリップライン部３ｃ１と、線路部３ｅ１
とで構成されている。ここで、ストリップライン３ａ１
の端部は、ストリップライン部３ｂ１とストリップライ
ン部３ｃ１とに分岐されている。また、ストリップライ
ン部３ｃ１は、線路部３ｅ１と直列に電気的に接続され
た形状で形成されている。

【００１２】すなわち、電力分配部５において、ストリ
ップライン部３ａ１のインピーダンスの値「Ｚ１」は、
ストリップライン部３ｂ１のインピーダンスの値「Ｚ
２」とストリップライン部３ｃ１のインピーダンスの値
「Ｚ３」とを用いて、以下に示す（１）式で表される。Ｚ１＝（Ｚ２×Ｚ３）／（Ｚ２＋Ｚ３）・・・・・（１）

【００１３】つまり、ストリップライン部３ａ１のイン
ピーダンスの値「Ｚ１」は、ストリップライン部３ｂ１
のインピーダンスの値「Ｚ２」とストリップライン部３
ｃ１のインピーダンスの値「Ｚ３」との並列合成インピ
ーダンスの値となっている。すなわち、ストリップライ
ン部３ａ１、ストリップライン部３ｂ１およびストリッ
プライン部３ｃ１は、上記の関係となるように、あらか
じめシミュレーションにより求められた幅と長さで形成
されている。

【００１４】ここで、ストリップライン３ｂ１を介し
て、ストリップライン３ｂ１に電気的に接続されている
マイクロストリップパッチアンテナ２、２、・・・へ供給
される電力値を「Ｐ２」とし、ストリップライン３ｃ１
を介して、ストリップライン３ｃ１に電気的に接続され
ているマイクロストリップパッチアンテナ２、２、・・・
へ供給される電力値を「Ｐ３」と定義する。

【００１５】これらストリップライン３ｂ１およびスト
リップライン３ｃ１のインピーダンスとストリップライ
ン３ｂ１およびストリップライン３ｃ１を介して供給さ
れる電力との関係は、以下に示す（２）式で表される。Ｐ２／Ｐ３＝Ｚ３／Ｚ２・・・・・（２）ここで、ストリップライン３ｃ１およびストリップライ
ン３ｂ１は、上述した（１）式と（２）式とが満足させ
られるストリップライン３ｃ１のインピーダンスの値
「Ｚ３」とストリップライン３ｂ１のインピーダンスの
値「Ｚ２」となるように形成されている。

【００１６】このように、電力分配部５において、スト
リップライン３ａ１、ストリップライン３ｂ１およびス
トリップライン３ｃ１は、図に示されていない給電部か
ら、各マイクロストリップパッチアンテナ２、２、・・・
それぞれへ等しい振幅と、等しい位相とで電力を供給す
るようにあらかじめ計算されたインピーダンスの値で形
成されている。

【００１７】また、その一端が、ストリップライン部３
ｃ１に直列に接続されている線路部３ｅ１は、一定値
の、たとえば「５０Ω」のインピーダンスを有してお
り、また、その他端は、図１に示す給電線路３を構成し
ているストリップライン部３ａ３およびストリップライ
ン部３ａ４に電気的に接続されている。

【００１８】さらに、電力分配部５におけるストリップ
ライン部３ｃ１の配線は、配線幅をストリップライン部
３ｃ１の配線長が、放射される放射ビームの波長の１／
４となる様に形成されている。すなわち、ストリップラ
イン部３ａ１とストリップライン部３ｅ１との間は、ス
トリップライン部３ｃ１（１／４波長変成器）により、
インピーダンス整合が取られている。ここで、１／４波
長変成器を使用するのは、分岐給電線路のみで、必要な
インピーダンスを有するストリップライン部を作成する
場合、各ストリップライン部の加工が、加工幅が細くな
るなどの理由から困難なためである。

【００１９】例えば、ストリップライン部３ａ１のイン
ピーダンスの値「Ｚ１」が「５０Ω」のとき、ストリッ
プライン部３ｂ１を介して供給される電力とストリップ
ライン部３ｃ１を介して供給される電力との比が「３：
１」であるとする。ここで、（１）式と（２）式とよ
り、ストリップライン３ｂ１のインピーダンスの値「Ｚ
２」は、「６７Ω」と、ストリップライン３ｃ１のイン
ピーダンスの値「Ｚ３」は「２００Ω」と求められる。

【００２０】さらに、ストリップライン部３ａ１、スト
リップライン部３ｂ１およびストリップライン部３ｃ１
の配線は、配線幅をマイクロストリップアンテナ２、
２、・・・それぞれに給電する電力の位相を合わせるよう
に形成する必要がある。そのため、ストリップライン部
３ａ１、ストリップライン部３ｂ１およびストリップラ
イン部３ｃ１の配線幅は、（１）式および（２）式の結
果、さらに配線材料の抵抗率および形成された配線の厚
さ、配線の長さ、加えて平面アンテナの放射ビームの波
長λをもとに、コンピュータシミュレーションを用いて
計算される。

【００２１】その結果、ストリップライン部３ａ１、ス
トリップライン部３ｂ１およびストリップライン部３ｃ
１の配線幅は、おのおの「０．８０８６mm」、「０．５
mm」、「０．２１８５mm」と求められる。

【００２２】また、電力分配部６は、給電線路３の構成
要素であるストリップライン部３ａ２、ストリップライ
ン部３ｂ２およびストリップライン部３ｃ２と線路部３
ｅ２とで構成されている。ここで、ストリップライン３
ａ２の端部は、ストリップライン部３ｂ２とストリップ
ライン部３ｃ２とに分岐されている。また、ストリップ
ライン部３ｃ２は、線路部３ｅ２と直列に電気的に接続
された形状で形成されている。

【００２３】すなわち、電力分配部６において、ストリ
ップライン部３ａ２のインピーダンスの値「Ｚ４」は、
ストリップライン部３ｂ２のインピーダンスの値「Ｚ
５」とストリップライン部３ｃ２のインピーダンスの値
「Ｚ６」とを用いて、以下に示す（３）式で表される。Ｚ４＝（Ｚ５×Ｚ６）／（Ｚ５＋Ｚ６）・・・・・（３）

【００２４】つまり、ストリップライン部３ａ２のイン
ピーダンスの値「Ｚ４」は、ストリップライン部３ｂ２
のインピーダンスの値「Ｚ５」とストリップライン部３
ｃ２のインピーダンスの値「Ｚ６」との並列合成インピ
ーダンスの値となっている。すなわち、ストリップライ
ン部３ａ２、ストリップライン部３ｂ２およびストリッ
プライン部３ｃ２は、上記の関係となるようにあらかじ
めシミュレーションにより求められた幅と長さで形成さ
れている。

【００２５】また、ストリップライン３ｂ２を介して、
ストリップライン３ｂ２に電気的に接続されているマイ
クロストリップパッチアンテナ２、２、・・・へ供給され
る電力値を「Ｐ５」とし、ストリップライン３ｃ２を介
して、ストリップライン３ｃ２に電気的に接続されてい
るマイクロストリップパッチアンテナ２、２、・・・へ供
給される電力値を「Ｐ６」と定義する。

【００２６】これらストリップライン３ｂ２およびスト
リップライン３ｃ２のインピーダンスと、ストリップラ
インを介して３ｂ２およびストリップライン３ｃ２で供
給される電力との関係は、以下の（４）式で表される。Ｐ５／Ｐ６＝Ｚ６／Ｚ５・・・・・（４）ここで、ストリップライン３ｃ２およびストリップライ
ン３ｂ２は、上述した（３）式と（４）式とが満足させ
られるストリップライン３ｃ２のインピーダンスの値
「Ｚ６」とストリップライン３ｂ２のインピーダンスの
値「Ｚ５」となるように形成されている。

【００２７】このように、電力分配部６において、スト
リップライン３ａ２、ストリップライン３ｂ２およびス
トリップライン３ｃ２は、図に示されていない給電部か
ら、各マイクロストリップパッチアンテナ２、２、・・・
それぞれへ等しい振幅と、等しい位相とで電力を供給す
るようにあらかじめ計算されたインピーダンスの値で形
成されている。

【００２８】また、その一端が、ストリップライン部３
ｃ２に直列に接続されている線路部３ｅ２は、一定値
の、たとえば「５０Ω」のインピーダンスを有してお
り、また、その他端は、図１に示す給電線路３を構成し
ているストリップライン部３ａ５および３ａ６に電気的
に接続されている。

【００２９】さらに、電力分配部６におけるストリップ
ライン部３ｃ２の配線は、配線幅をストリップライン部
３ｃ２の配線長が、放射される放射ビームの波長の１／
４となる様に形成されている。すなわち、ストリップラ
イン部３ａ２とストリップライン部３ｅ２との間は、ス
トリップライン部３ｃ２（１／４波長変成器）により、
インピーダンス整合が取られている。

【００３０】また、例えば、ストリップライン部３ａ２
のインピーダンスの値「Ｚ４」が、「５０Ω」のとき、
ストリップライン部３ｂ２を介して供給される電力と、
ストリップライン部３ｃ２を介して供給される電力との
比が、「２：１」であるとする。ここで、（３）式と
（４）式とにより、ストリップライン３ｂ２のインピー
ダンスの値「Ｚ５」は、「７５Ω」と、ストリップライ
ン３ｃ１のインピーダンスの値「Ｚ６」は、「１５０
Ω」と求められる。

【００３１】さらに、ストリップライン部３ａ２、スト
リップライン部３ｂ２およびストリップライン部３ｃ２
の配線は、配線幅をマイクロストリップアンテナ２、
２、・・・それぞれに給電する電力の位相を合わせるよう
に形成する必要がある。そのため、ストリップライン部
３ａ２、ストリップライン部３ｂ２およびストリップラ
イン部３ｃ２の配線幅は、（３）式および（４）式の結
果、さらに配線材料の抵抗率および形成された配線の厚
さ、配線の長さ、加えて平面アンテナの放射ビームの波
長λをもとに、コンピュータシミュレーションを用いて
計算される。

【００３２】その結果、ストリップライン部３ａ２、ス
トリップライン部３ｂ２およびストリップライン部３ｃ
２の配線幅は、おのおの「０．８０８６mm」、「０．４
０７２mm」、「０．３０３８mm」と求められる。

【００３３】以上説明したように、上述した一実施形態
による平面アンテナによれば、平面アンテナを構成する
マイクロストリップアンテナを平面アンテナの基板の周
縁部を含めた、基板の表面全体で配列形成したので、一
実施形態による平面アンテナを構成するマイクロストリ
ップパッチアンテナの数を従来例の平面アンテナの６４
に対して１２８と大幅に増加させる効果がある。

【００３４】また、上述してきた平面アンテナの出力ビ
ームの水平面内における指向特性を図３に示す。ここ
で、一実施形態による平面アンテナは、水平面内におけ
る放射ビームの半値角θが、図４に示す従来のアンテナ
の出力ビームの水平面内における半値角θの値「９．０
[deg]」に対して「６．８[deg]」と狭帯化しており、指
向特性を向上させる効果がある。

【００３５】さらに、一実施形態による平面アンテナ
は、放射ビームの利得においても、従来例の平面アンテ
ナの利得「２２．８[dB]」に対して「２５．２[dB]」と
増大しており、放射ビームの利得を向上させる効果があ
る。

【００３６】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、円板形状
の基板と、この基板の周縁部を含めた表面全体に配列状
に形成された複数のアンテナと、前記基板の表面に形成
され、前記複数のアンテナに電力をそれぞれ給電する給
電線路と、前記基板の表面に形成され、前記給電線路と
前記複数のアンテナとの間を電気的に接続する第一の分
岐給電線路と、前記基板の表面に形成され、前記給電線
路を複数の前記第一の分岐給電線路に分岐させ、かつ複
数の前記第一の分岐給電線路にそれぞれ等しい電力を給
電する第一の電力分配器と、前記基板の表面に形成さ
れ、前記第一の分岐給電線路と前記複数のアンテナとの
間を電気的に接続する第二の分岐給電線路と、前記基板
の表面に形成され、前記第一の分岐給電線路を複数の前
記第二の分岐給電線路に分岐させ、かつ複数の前記第二
の分岐給電線路にそれぞれ等しい電力を給電する第二の
電力分配器とからなるため、円形基板上の各マイクロス
トリップパッチアンテナの放射する電磁波の波長が揃う
ので、放射される電磁波の利得を向上させ、かつ、放射
ビームの指向特性を向上させることができる効果があ
る。

【００３７】請求項２記載の発明によれば、複数の前記
第一の分岐給電線路は、複数の前記第一の分岐給電線路
の並列合成インピーダンスと前記給電線路のインピーダ
ンスとが等しい値になるように分岐され、前記第二の分
岐給電線路は、複数の前記第二の分岐給電線路の並列合
成インピーダンスと前記第一の分岐給電線路のインピー
ダンスとが等しい値になるように分岐されているため、
各マイクロストリップパッチアンテナからの電力供給源
までのインピーダンスが全て等しくなるので、各マイク
ロストリップパッチアンテナに供給される電力の値を等
しくさせることができる効果がある。

【００３８】請求項３記載の発明によれば、前記第１の
分岐給電線路は、所定の部分に前記第一の分岐給電線路
のインピーダンス調整のため、前記アンテナの放射ビー
ムの波長の１／４の長さのストリップラインを有し、前
記第２の分岐給電線路は、所定の部分に前記第二の分岐
給電線路のインピーダンス調整のための、前記アンテナ
の放射ビームの波長の１／４の長さのストリップライン
を有しているため、１／４波長の長さのストリップライ
ン前後にあるストリップライン部の間のインピーダンス
整合を取ることができ、必要なインピーダンスを有する
分岐給電線路を容易に形成可能となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による平面アンテナの構
成を示す平面図である。

【図２】図１に示す領域４の構成を示す拡大図であ
る。

【図３】本発明の一実施形態による平面アンテナの水
平面内における指向特性を示す図である。

【図４】従来の平面アンテナの水平面内における指向
特性を示す図である。

【図５】従来の平面アンテナの構成を示す平面図であ
る。

【符号の説明】

１基板２マイクロストリップパッチアンテナ３給電線路３ａ１、３ｂ１、３ｃ１ストリップライン部（第一の
分岐給電線路）３ａ２、３ｂ２、３ｃ２ストリップライン部（第二の
分岐給電線路）３ａ３、３ａ４、３ａ５、３ａ６ストリップライン部３ｅ１、３ｅ２線路部４領域５電力分配部（第一の電力分配器）６電力分配部（第二の電力分配器）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円板形状の基板と、この基板の周縁部を含めた表面全体に配列状に形成され
た複数のアンテナと、前記基板の表面に形成され、前記複数のアンテナに電力
をそれぞれ給電する給電線路と、前記基板の表面に形成され、前記給電線路と前記複数の
アンテナとの間を電気的に接続する第一の分岐給電線路
と、前記基板の表面に形成され、前記給電線路を複数の前記
第一の分岐給電線路に分岐させ、かつ複数の前記第一の
分岐給電線路にそれぞれ等しい電力を給電する第一の電
力分配器と、前記基板の表面に形成され、前記第一の分岐給電線路と
前記複数のアンテナとの間を電気的に接続する第二の分
岐給電線路と、前記基板の表面に形成され、前記第一の分岐給電線路を
複数の前記第二の分岐給電線路に分岐させ、かつ複数の
前記第二の分岐給電線路にそれぞれ等しい電力を給電す
る第二の電力分配器と、からなることを特徴とする平面アンテナ。
【請求項２】複数の前記第一の分岐給電線路は、複数
の前記第一の分岐給電線路の並列合成インピーダンスと
前記給電線路のインピーダンスとが等しい値になるよう
に分岐され、前記第二の分岐給電線路は、複数の前記第二の分岐給電
線路の並列合成インピーダンスと前記第一の分岐給電線
路のインピーダンスとが等しい値になるように分岐され
ていることを特徴とする請求項１記載の平面アンテナ。
【請求項３】前記第１の分岐給電線路は、所定の部分
に前記第一の分岐給電線路のインピーダンス調整のた
め、前記アンテナの放射ビームの波長の１／４の長さの
ストリップラインを有し、前記第２の分岐給電線路は、所定の部分に前記第二の分
岐給電線路のインピーダンス調整のための、前記アンテ
ナの放射ビームの波長の１／４の長さのストリップライ
ンを有していることを特徴とする請求項１または請求項
２記載の平面アンテナ。