JPS6016122B2 - マイクロ波伝送線路の終端装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、一般にマイクロ波終端装置、特にマイクロ
ストリップおよびストリップ線路の終端装置に関するも
のである。

当業者には周知のように、電界が印刷ストリップ回路と
１本または２本の地導体の間に配置された誘導体媒体中
を走行するので、マイクロストリップまたはストリップ
線路から成る伝送線路は不平衡伝送線路である。

このような伝送線路を終端するために、負荷抵抗器が地
導体とストリップ回路の間に置かれる。しかしながら、
この形式の終端装置は負荷抵抗器を挿入するために誘電
体の−部を物理的に除去しなければならず、従って終端
される伝送線路中のエネルギーを消費させるために負荷
抵抗器がストリップ導体と池導体の間に取り付けられる
。このような終端装置は多くの用途において適切である
ことが分っているが、負荷を挿入するために誘電体の一
部を除去する必要があるので、比較的複雑で高価な製造
法になる。従って、この発明の目的は、改良された簡単
なマイクロ波終端装置を提供することである。この発明
のこの目的やその他の目的は、誘電体積体と、このよう
な誘電体機体の第１面上に形成され接続部において伝送
線路と結合するのに適した第１端を有するストリップ導
体と、接続部でストリップ導体へ電気的に接続された第
１端およびストリップ導体の第２機へ電気的に接続され
た第２端を有し所定波長の高周波エネルギーを事実上全
部消費するための抵抗性負荷と、ストリップ導体から誘
電体横体によって離された地導体とを備えるマイクロ波
伝送線路の終端装置を提供することにより、一般的に達
成される。このような装置では、負荷は誘電体構体の表
面上に配置され、もって伝送線路のための平らな終端装
置を提供する。この発明の望ましい一実施例では、スト
リップ導体は、その長さがｎ入／２（たゞしｎは奇数の
整数）であり、かつＵ字形であるのでその第１機と第２
端が互に隣り合っている。

更に、ストリップ導体は２つの１／４皮長区分で作られ
、一方の区分は伝送線路のインピーダンス幼を２つの区
分の接続点においてインピーダンスＺｏノ５．８３に変
成し、そして他方の区分は第２端でのインピーダンスＺ
ｏを２つの区分の接続点においてインピーダンス次／ノ
５．８３に変成し、もってこのような接続点に５．８３
のＶＳＷＲを生じる。このようにして、接続点へ伝送さ
れた電力の半分はここから逆に戻され、そして残りの半
分の電力は他方の区分へ送られる。従って、大きさが等
しくかつ樋性が反対の電圧はストリップ導体の両端に発
生され、そしてインピーダンスＺｂを有する負荷は終端
装置へ伝送された電力の事実上全部を消費する。この発
明の上述した特色およびこの発明自体は、添付図面につ
いての以下の詳しい説明からもっと良く理解されるだろ
う。

第１図ないし第３図に示すアレイ・アンテナ１川ま、正
方形の６×６マトリクスに配された複数個こ）では３針
固のアンテナ素子を含む。

たゞし、第１図には４個のアンテナ素子１２，〜１２４
だけを示す。このようなアレイ・アンテナ１０は、一対
の周波数ナ，，ナ２こ）ではそれぞれ１．的Ｈｚ．１．
幻比程度の周波数で動作し、かつアレイ・アンテナの面
と垂直な軸すなわちフオアサィト軸沿いに最大利得を有
する放射パターンを生じるようになっている。

最大走査角すなわちフオアサィト軸からのビーム偏差は
こ）では８００である。アンテナ素子は各々その構造が
同じである。従って、こンでは一例としてアンテナ素子
１２，をとりあげて詳しく説明する。アンテナ素子１２
，は、慣用の写真製版技術を使って形成された１枚の導
露シートこ）では銅のシートおよび３つの同心の丸い孔
すなわちスロット１６，１８，２０を含む。内側のスロ
ット１６は、その内径がこ）では３４５狐（１．３６イ
ンチ）でその外径が３．９６仇（１．５６インチ）であ
る。真中のスロット１８は、その内蓬がこ）では４．６
７狐（１．槌ィンチ）でその外径が４．９５伽（１．９
５インチ）である。外側のスロット２０１ま、その内径
がこ）では５．８９（２．３２インチ）でその外径が６
７＆丸（２．６６インチ）である。隣り合ったアンテナ
素子同士の中心から中心までの距離すなわち第２図のａ
はこ）では８．１３伽（３．２インチ）である。導電シ
ート１４は、譲雷体基板２２こ）では２．５５の誘電率
および１．５９舷（１／１６インチ）の厚さを有するテ
フロン・ファイバーガラスのシート上に形成される。各
アンテナ素子は、円橘波を放射できるようにするための
単一の給電機体２４を含む。

特に、このような給電機体は、銅で作られかつ一対の給
電線２６，，２６２を含む。各給電線はスロット１６，
１８，２０の半径方向に延びる。このような給電線２６
，，２６２ は図示のように９ぴ離れた関係に配置され
て円偏波でアンテナが動作できるようにする。そのよう
な一対の給電線のうちの一方の給電線こ）では２６・は
マイラー・シート２８（こ）ではその厚さが０．１５２
側すなわち約６ミルである）の頂面に形成され、そして
他方の給電線２６２はこのようなマイラー・シート２８
の底面に形成される。給電機体２４は慣用の写真製版技
術を使って形成される。給電線２６，，２６２は慣用の
９０ｏハイブリッド結合器３０へ結合される。給電線２
６，，２６２の一部３１．，３１２は、第２図および第
３図に示すように９００ハイブリッド結合器３０の中央
部分で互に重なる。給電線２６，，２６２の端部３３，
，３３２はアンテナ素子１２，の中心から距離こ）では
１．９６９肌（０．７７５インチ）離れている。９０ｏ
ハイブリッド結合器３川ま、その一部３４が慣用の同軸
コネクタ３８の中心導体３７へこ）ではろうで後続され
、かつ他の一部が終端装置４２へ接続される。

この終端装置４２の詳細は後で説明するので、こ）では
このような終端装置は、９びハイブリッド結合器３０の
インピーダンス整合機体になること、並びに給電線２６
，がマィラー・シート２８上に形成されるのと同時に慣
用の写真製版技術によってこのようなマィラー・シート
２８上に形成されたストリップ導体４４こ）では銅の導
体および９０ｏハイブリッド結合器３０の他の一部４０
とストリップ導体４４の端部５２との間に結合された抵
抗性負荷５０こ）では炭素抵抗器を含むことを知ってお
くだけで充分である。抵抗性負荷５０は、こ）では終端
装置４２へ供給された高周波エネルギーを事実上全部消
費するようになっている。こ）では慣用の機械加工技術
を使って抵抗性負荷５０のための凹み５４を誘電体基板
２２に形成し、もってこの誘電基板２２とマイラー・シ
ート２８を慣用の仕方で組み立てる時これらは滑らかで
平らなかつコンパクトな機体を形成する。そのために、
こ）ではマィラー・シートと誘電体基体をアンテナ・ア
レイ全体の周辺部のまわりの適当な非導電性ェポキシ（
図示しない）で接着する。別な誘電体基板５５は、これ
もまたテフロン・ファイバーガラスで作られ、２．５５
の譲蟹率および１．５劫吻（１／１６インチ）の厚さを
有する。この別な誘電体基板５５はマィラー・シート２
８へ適当に接着されて組み立て時にサンドウィッチ機体
を形成する。誘電体基板５５は、図示のようにその底面
に形成された誘電シート５６こ）では銅のシートを有す
る。このような導電シート５６は、慣用の写真製版技術
を使って形成された環状の孔５８を有する。各孔５８は
、図示のように対応するアンテナ素子と関連させられる
。孔５８は、その直径が５．５７５肌（２．１９５イン
チ）であり、かつその中心が関連アンテナ素子の中心を
通る軸と一致する。例えば、アンテナ素子１２，ではそ
の軸が第２図および第３図に一点鎖線６０で表わされる
。各アンテナ素子には、こ）ではアルミニウムで作られ
た丸いカップ状素子６２で形成した空胴が関連させられ
る。このようなカップ状素子６２は、導電シート５６と
電気的かつ機械的に接続するための装架フランジを有し
、かつ図示のように孔５８を中心に対称的に配置される
。各カップ状素子６２は、その直径がこ）では７．２４
肌（２．８５インチ）で、その高さがこ）では２．５４
弧（１ィンチ）で、かつその中心が一点鎖線６０で表わ
された鞠すなわち関連アンテナ素子の中心と一致する。
導電シート５６とカップ状素子６２は互に関連して対応
するアンテナ素子の地導体を形成する。このようなアン
テナ素子に給電するために使用される同軸コネクタ３８
の外側導体は、地導体特に導電シート５６へ電気的かつ
機械的に接続される。組み立て時、アレイ・アンテナ１
０は、 １．幻Ｈｚおよび１．昨日ｚで動作するようになってい
るコンパクトで一度に装架できるアレイ・アンテナにな
る。

アンテナ素子間の間隔“ａ”は（１−１／Ｎ）＾Ｈ／（
１十ｓｉｎ８）よりも短い。こ）で、Ｎはアレイ・アン
テナの走査軸沿いのアンテナ素子の数（Ｎ＝６）であり
、８‘まアレイ・アンテナのフオアサィト軸からのビー
ムの最大偏差角度（８＝８０ｏ）であり、そして入日は
アンテナの最高動作周波数１．皮Ｈｚの波長（＾Ｈ＝１
９．９６肌）すなわち約７．８６インチ）である。従っ
て、“ａ”＝８．１３弧（３．２インチ）であって８．
３８肌（３．３インチ）より短く、もってアレイ・アン
テナ１０が満足なグレーティング（ｇｒａｔｉｎｇ・ロ
ーブ特性を持てるようにする。更に、真中のスロット１
８は外側のスロット２０が周波数１．幻Ｈｚの高周波エ
ネルギーを放射できるようにされ、このようなエネルギ
ーは波長＾Ｌ＝２４．９８肌（９．８インチ）を有し、
この波長はこのような外側のスロット２０の外周よりも
長い。すなわち、最長のスロットである外側のスロット
２０‘まその外周よりも長い波長のエネルギーを放射す
る。同様に、内側のスロット１６は真中のスロット１８
が周波数１．段Ｈｚの高周波エネルギーを放射できるよ
うにし、そのようなエネルギーの波長＾日は１９．９６
伽（７．８６インチ）であってそのような真中のスロッ
ト１８の外周よりも長い。すなわち、真中のスロット１
８はその外周よりも長い波長のエネルギーを放射する。
外側のスロット２０の動作に及ぼす真中のスロット１８
の影響、また同機に真中のスロット１８の動作に及ぼす
内側のスロットーの影響を積極的に理解するための１つ
の方法は以下の通りである。

第４図は、アメリカ合衆国特許第３６６５４８０号に記
載された形式の慣用の１スロット付きアンテナ素子を示
す。電界分布は、このようなスロットに給電線１０２か
ら給電される時、多数の矢印で示したように変る。明ら
かに、もしスロットの外周が動作周波数の波長と同じで
あれば、電界分はスロットのまわりの位置の余弦に比例
例して変る。従って、例えば給電線１０２から１８００
の点を考えれば、そのような点が給電線から電気的には
入／２の長さであるので、そのような電界の位相は１８
０ｏ回転するがベクトルも空間的に１８００回転させら
れる。よって、給電線１０２での電界ベクトルとこのよ
うな給電線から１８００離れた点での電界ベクトルとは
図示のように一致する。同機に、全部の電界分を考えれ
ば、スロットの外周が入である時合成電界ベクトルが作
られ、これはアンテナのフオアサィト軸と垂直であり、
もってそのようなフオアサィト軸１０３沿いに最大利得
を有する放射ビームを生じる。第５図は、２スロット付
きのアンテナ素子１１０４を示す。

内側のスロット１０６のために、外側のスロット１０８
はその外周よりも例えば３０％程長い波長の高周波エネ
ルギーを放射する。現在分っているように、内側のスロ
ット１０６は電界ベクトルが給電線１１０からスロット
を回って伝播するので付加的な電気的位相遅れを提供し
、従って例えばそのような給電線１１０から１８００離
れた点ではそのような電界の位相は電気的に１８０ｏ回
転したと思われる。よって、第５図に示したように、合
成電界ベクトルはフオアサィト軸‘０３′と垂直であり
、そしてアレイ・アンテナはそのフオアサィト軸（これ
はアレイ・アンテナの面と垂直である）沿いに最大利得
を有する放射ビームを生じる。第６図および第７図はこ
の発明の終端装置４２を示す。

このような終端装置４２は、こ）では第１図ないし第３
図に示したストリップ線路給電機体２４の負荷回路を提
供するようになっているストリップ線路終端機体である
。簡単に前述したように、このような終端装置４２は、
マィラー・シート２８の一面こ）では上面に形成された
ストリップ導体４４を含む。このようなマィラー・シー
ト２８は図示のように一対の誘電体基板２２，５５で狭
まれる。このような誘電体基板２２，５５上にそれぞれ
形成された導電シート１４，５６は給電横体２４の給電
線２６、およびストリップ導体４４のための地導体にな
る。ストリップ導体４４は上述したように９００ハイブ
リッド結合器３０の上側部分と一体に形成されるので、
給電線２６，の一端およびストリップ導体４４の一端は
接続されて接続部４０を形成する。抵抗性負荷５０こ）
では慣用の炭素抵抗器は、第２図および第３図に示した
ようにマイラー・シート２８の上面に被着される。この
ような抵抗性負荷６０は、その上方の電極が接続部４０
へ電気的に接続され、かつその他方の電極がストリップ
導体４４の端部５２へ電気的に接続される。このような
接続は、こ）では接続部４０を形成する銅製ストリップ
導体とストリップ導体４４の端部５２とへ抵抗性負荷５
０の各電極をろう付けすることにより、行われる。上述
したように、抵抗性負荷５川ま、給電機体２４から終端
装置４２へ達する高周波エネルギーの事実上全部を吸収
ないし消費するために設けられる。すなわち、上述した
ように、終端装置４２は、その入力側すなわち接続部４
０での電圧定在波比（ＶＳＷＲ）が波長入。 ＝（＾日
＋入Ｌ）／２のエネルギーに対して１であるように設計
される。なお、＾ｏは第１図のアレイ・アンテナ１０の
正常な動作波長である。こ）では、ストリップ導体４４
が接続部４０から端部５２まで延びかつ電気的な長さ＾
。／２を有する。終端装置４２は２つの１／４波長（＾
／４）伝送線路区分７０，７２を含む。

伝送線路区分４０は接続部４０から点Ａ（第６図）まで
延び、そして伝送線路区分７２は点Ａから端部５２まで
延びる。第１の＾／４伝送線路区分７川ま、終端装置４
２に給電する給電機体２４（すなわち給電線２６，およ
びその一対の地導体によって形成されたマイクロストリ
ップ伝送線路）のインピーダンス乙＝５００を、点Ａで
５．８３：１のインピーダンス不整合を生じさせるイン
ピーダンスに変成するためのインピーダンス・トランス
として役立つ。すなわち、第８図を参照すれば、第１の
入／４伝送線路区分７０はその入力側でのインピーダン
スＺｏを点Ａでのインピーダンス乙ノ５．８３に変成す
る。従って、第１の伝送線路区分７０が入／４インピー
ダンス・トランスであるので、伝送線路の入力インピー
ダンスをその終端インピーダンスと整合するには、その
ような伝送線路のインピーダンスはノ（Ｚ。）．（Ｚ。
梅銭）に等しくなくてはならない。次に、点Ａでは杵携
帯長三｝２ （ただし、ＰＲは点Ａで反射された電力であり、そして
Ｐｉは点Ａでの入射電力である）であるので、点Ａでの
ＰＲ＝１／がｉに対して、ＶＳＷＲ＝５．８３ である。

伝送された電力Ｐｔが入射電力Ｐｉ−反射電力Ｐｒに等
しいので、Ｐｔ：１／がｉ＝Ｐｒである。従って、点Ａ
で５．８３のようなＶＳＷＲを得るためには、かつまた
第２の伝送線路区分７２のインピーダンスが点Ｂで乙と
なるためには、第２の伝送線路区分７２は点Ｂでのイン
ピーンスＺを点ＡでのインピーダンスＺ。ノ５．８３に
変成するように設計される。公称動作波長入。では、乙
（これは点Ａでの第１の伝送線路区分７０のインピーダ
ンスである）はほぼＺ。ノ５．班に等しく、そしてＺ（
これは点Ａでの第２の伝送線路区分７２のインピーダン
スである）はほぼＺｏ／ノ５．８３に等しい。両インピ
ーダンスは１／４波長トランスのために“実数”である
。反射係数の符号は、ｐ：要三麦＝。

７０７であるので、負である。

ＺＩとＺが正でしかも実数であるので、伝送係数Ｔ（Ｔ
＝三≧２）の符号は正である。ｐとＴの符号の相違は、
Ｖｒ＝ｐＶｊかつＶｔ＝ＴＶｊであるので、点Ａでの反
射電圧Ｖｒと入射電圧Ｖｉの位相差が１８００であるこ
とを示す。反射波と伝送波が同じ媒体中を走行するので
、上述した位相差は接続部４０、端部５２で保たれる。
また、接続部４０と端部５２のインピーダンスは上述し
たように等しい。その結果、大きさは等しいが犠牲は反
対の電圧が接続部４０、端部５２に発生される。終端装
置４２は、抵抗性負荷で終端される平衡不平衡変成器と
考えて良い。

すなわち、終端装置４２は、給電機体２４を援綾部４０
と端部５２の間で不平衡線路から平衡線路へ変えるマイ
クロ波回路と考えて良い。これは点Ａに５．８３のＶＳ
ＷＲを生じることによって行なわれる。そのために、入
射電力の半分を２つの並行路のうちの第１路沿いに戻し
、そして残りの半分の入射電力を第２路沿いに伝送し、
従って接続部４０、端部５２での電圧はその大きさが等
しくかつその位相が逆（すなわち１８００の位相ずれ）
になる。その理由は、点Ａでの反射が上述したようにＶ
ｉとＶｔの間に１８０ｏの位相差を生じる抵抗不整合に
よってもたらされるためである。従って「抵抗性負荷５
川ま接続部４０と端部５２の間で生じた電圧差のために
流れる電流を通電し、そのためにそのような抵抗性負荷
５０は上述した電流に関連した電力を消費する。

抵抗性負荷６川まこ）ではインピーダンスＺら＝１００
０を有する。第６図に示した終端装置４２のサイズは次
の通りである。

ａ＝２。

１５劫吻（８５ミル） ｂニ０．８６４側（３４ミル） Ｃニ０，８６４肋 ｄニ１．５２４肋（６０ミル） ｅ＝４．０私肋（１６０ミル） ｆニ０．５０８側（２０ミル） ｇニ４，。

６４帆 この発明の望ましい一実施例を説明したが、その概念が
組み込まれた他の実施例を使用できることも明らかであ
る。

従って「この発明はそのような望ましい実施例に制限さ
れず、むしろ特許請求の範囲にもられた精神および範囲
に制限されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の終端装置を有するアレイ・アンテナ
の一部の平面図、第２図は第１図の線２−２で切断した
アレイ・アンテナの拡大断面図、第３図は第１図に示し
たアレイ・アンテナの一部の展開斜視図、第４図は単一
の給電線から励振される１スロット付きアンテナ素子の
内部に生じた電界ベクトル分布を示す図、第５図は単一
の給電線から励振される２スロット付きアンテナ素子の
内部に生じた電界ベクトル分布を示す図「第６図は第１
図のアレイ・アンテナと共に使用されるこの発明の終端
装置の平面図、第７図は第６図に示した終端装置の一部
を線７−７で切断した断面図、第８図は第６図に示した
終端装置の略図である。 １４と５６は導電シート、２２と５５は誘電体基板、２
４は給電機体、２８はマィラー・シート、４川ま接続部
、４２は終端装置、４４はストリップ導体、５川ま抵抗
性負荷、５２は端部、７０と７２は伝送線路区分である
。 ‘ソＧ′ 斤ソＧ ２ 打ソＧ３ （ｒＧイ （丁Ｇ夕 （ンＧ ６ ‘ノＧ ７ ‘ｒＧ ○

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ （イ） 誘電体構体と、 （ロ） 前記誘電体構体の第１面上に支持されるストリ
   ツプ導体であって、各々ｎλ／４の電気長（ｎは奇数の
   整数、λは伝送線路の公称動作波長）を有し、夫々ほぼ
   Ｚｏ√（５．８３）及びほぼＺｏ／√（５．８３）のイ
   ンピーダンスを有する一対の伝送線路区分から成り、そ
   の一端でインピーダンスＺｏの伝送線路に結合されるス
   トリツプ導体と、（ハ） 前記ストリツプ導体の両端間
   に接続され、前記伝送線路から伝送される高周波エネル
   ギーを実質上全部消費する抵抗性負荷と、（ニ） 前記
   誘電体構体の第２面上に配置される地導体と、から構成
   される、マイクロ波伝送線路の終端装置。 ２ 前記抵抗負荷のインピーダンスが２Ｚｏである特許
   請求の範囲第１項記載の終端装置。 ３ 前記伝送線路に結合されるストリツプ導体の一端に
   おける電圧定在波比（ＶＳＷＲ）が１．０である特許請
   求の範囲第２項記載の終端装置。 ４ 前記ストリツプ導体が実質上Ｕ字形である特許請求
   の範囲第３項記載の終端装置。 ５ 前記ストリツプ導体の第１端及び第２端が互に隣り
   合っている特許請求の範囲第４項記載の終端装置。 ６ 前記ストリツプ導体の第１端と第２端が前記抵抗性
   負荷と実質上同じ長さだけ離れている特許請求の範囲第
   ５項記載の終端装置。