JPS60251706A - マイクロストリツプ形電波レンズ - 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】 〔技術分野〕 本発明は無線通信における電波レンズに関し。

特に望寸しい放射特性を得る為の開口面の振幅及び位相
分布を簡易に実現できるマイクロス）　ｌ）ノブ形アレ
イ形電波レンズに関するものである。

〔従来技術〕

従来電波レンズとしては誘電体を用いて電波の通路長に
よる位相差を利用する方法が一般的であるが２位相差を
連続的に変化させる必要がある／こめにレンズの形状が
特殊な曲面体となり、製造が困難かあるいは高価なもの
と々る欠点があった。

また、電波がレンズを通過する際いわゆる屈折の法則（
スネルの法則）に従って屈折する為、電波の１部は不要
な交差偏成すなわち所望の電界方向と直交した偏波成分
に分解されることとなり、この為エネルギーの損失とな
るばかりでなく交差偏波識別度を劣化させる欠点もあっ
た。この交差偏波識別度の劣化は通信の対象が１つでな
くある領域に散在する複数の場合で、ある領域内の交差
偏波識別度を良好にする必要がある場合には特に大きく
なり２通信回線に重大な支障をきたす場合が多かった。

さらに、前記のような電波レンズとは異ったものとして
は、いわゆる空間給電されたアレイアンテナが提案され
ている。

第１図は上記のようなアレイ形レンズの構成を示した図
であって、１次放射器１から放射された球面波はアレイ
の各素子２で受信され、伝送線路３、位相調整のための
移相器４．伝送線路５を経て素子２に対応するアレイの
各素子６から再放射される。この時移相器４により各素
子毎に適当に位相を調整すれは、各素子６より再放射さ
れ合成される電波の等位相面を入射波のそれとは異なる
ようにすることが出来る。しかしながら、この構成のレ
ンズは各素子２と６を１つ１つ相対位置関係を正確に保
ちながら空間に配列する必要があり。

しかも各素子２と６間に接続される伝送線路３゜５と移
送器４も１つ１つ組み立てる必要がある為。

その支持構造が複雑になるばかりでなく、製造及び調整
工程に時間がかかり高価　゛ で妾≠量産にも向かす、全体寸法が犬きくかつ重量的に
も重くなる熔の欠点かあった。しかも、電気的性能上は
伝送線路に設ける移相器４を周波数特性の良好々ものに
しようとすると寸法が大きくなり、物理的に素子間隔を
制限し、ひいては各素子６から再放射された電波の等位
相ｍｊの合成が所望のものに合成しにくい等の欠点があ
った。

〔発明の目的〕

したがって本発明の目的は、誘電体などを用いた曲面体
レンズを用いることなく、コンミ９クトであυ且つ安価
な構成で入射波と放射波の等位相面を変換し得るレンズ
を得ようとするものである。

〔発明の構成〕

本発明は上記の目的を達成するためにアレイの各素子と
してマイクロス）　ＩＪッゾ形アレーを用い。

かつ伝送線路も該マイクロストリップアレイの配置面と
同一平面上に設けられたマイクロストリップ線路を用い
るようにしたものである。

すなわち本発明によれば、地導体と、この地導体の両側
に対称的に設けられ、複数の導電性素子とこの導電性素
子に直接又は間隙を介して電気的に結合する複数のマイ
クロストリップ線路用金属ス）　ＩＪツブとを誘電体基
板の前記地導体とは反対側にプリント化して形成した対
のプリント誘電体基板と、この対のプリント誘電体基板
に形成されたマイクロストリッツ線路用金属ストリップ
の終端部を、誘電体基板を通し前記地導体にあけられた
孔を通して接地することなしに相互に接続する接続手段
とを備え、いずれか一方の側からの入射電波を他方の側
に放射電波として送出する電波レンズであって、而して
前記放射電波の等位相面の形状を、前記マイクロス）　
ｌ）ノブ線路用金属ストリップの線路長、前記導電性素
子の寸法、同じく形状、および前記マイクロストリップ
線路用金属ストリップと前記導電性素子の間の距離（零
を含む）のうちの少なくとも１つを調整することにより
前記入射電波の等位相面と異らせるようにしたマイクロ
ストリップ形電波レンズが得られる。なお前記のプリン
ト誘電体基板は複数層から成っていてもよいものである
。

第２図は本発明の一実施例の構成を示す図であり、（ａ
）は正面図、（ｂ）は（ａ）をＡ　−Ａ’で切断した切
断面を示す図、（Ｃ）は側面図である。第３図において
。

１０は地導体、１１は地導体の一方の側に形成された誘
電体基板であり、以下向しく、１２と１２′は１対でア
レイの１素子となる導電性素子、１３はの側に形成場れ
た誘電体基板、２２と２２′は１対でアレイの１素子と
なる導電性素子、２３は前記体基板２２上に形成される
。従って地導体１０と誘電体基板１１と導電性素子１２
　、１２’および地導体１０と誘電体基板２１と導電性
素子２２と２２′はいわゆるマイクロストリップダイポ
ールアンテナ素子を構成し、地導体１０と誘電体基板１
■と金属ストリツ７’１３及び地導体ｌＯと誘電体基板
２１と金属ストリップ２３はいわゆるマイクロストリッ
プ線路を構成することになシ、基板１１側と２１側のマ
イクロストリップ線路はその先端部でスルホール２４を
通る接続素子２５により接続されている。従って本発明
のマイクロストリップアレイ形レンズは、基板１１と２
１上に形成された導電性素子１２．１２’、２２．２２
’と先端部が接続されたマイクロストリップ線路１３．
２３から構成される１組の複合アレイ素子を、地導体１
０を共有して平面上に複数組配列して構成したものであ
る。一般的には導電性素子１２．２２および金属ストリ
ッ７’１３，２火ツチング法にょ゛第３図は第２図に示
したアレイ素子の拡大図である。導電性素子１２　、１
２’は同図に示すように幅Ｗ、長さしにより定まるが、
一般的には使用周波数の波長に対しＷは充分小さく、又
りは約１／４波長程度に選定烙れる。マイクロストリッ
プ線路１３は導電素子１２と間隙りを介して電気的に結
合し、長で２１−の両端で接続素子２５によりスルホー
ル２４を通って基板２１側の導電性素子２２に接続され
ている。従って第３図に示すアレイ素子に導電性素子１
２の長手方向と平行な電界を有する入射波は１ず導電性
素子１２を用いたダイポール素子で受信され１間隙りを
介して金属ストリップ１３を用いたマイクロス）　ＩＪ
ッゾ線路を伝播し、その先端部で接続素子２５を介して
基板２１側のマイクロス）　ＩＪッゾ線路に伝達され、
基板２１側では受信した時と逆の順路を経て導電性素子
２２゜２２′を用いたダイポール素子から再放射される
。

上記において、再放射される電波の位相は前記した各変
数Ｗ、Ｌ、Ｄ、ｔにより調整される。す々わち、ＷとＬ
を変化することにょシダイポール素子自体の有するイン
ピーダンスのりアクタンス成分が変化することを利用し
、Ｄの変化は結合係数が変化し、又りの変化は線路長の
変化となって位相が調整されることに々る。従って入射
波の等価位相面と所望の反射波の等価位相面との関係か
ら各複合アレイ素子に必要な位相調整量が定まシ。

これを前記した各手段によ）実現する事にょシ。

いわゆるトリプレート構造の１枚のマイクロストリップ
板を用いる７ｔけで小形軽量なマイクロストリツ７″７
°レイ形レンズを実現出来る。この場合。

各アレイ素子の形状を例えば第３図に示す様なグイポー
ル形の様に適切に選定することにょシ、素子自身の発生
する交差偏波成分をほとんどなくすことが出来る。この
為２曲面形状の誘電体レンズを用いる場合の様々交差偏
波成分の発生もムク。

又前記したように素子自身が持つインピーダンスのりア
クタンス成分を有効に利用する事により伝送路の長さｔ
も小さくおさえる事が出来、極端な１１と２１土の導電
性素子１２．２２や金属ストリップ１３．２３は前記し
た様にエツチング法等を用いる事により、一度原板を作
成してしまえば。

くり返しの製作が簡便かつ安価に出来、しかもほとんど
調整を必要とし々い等の利点も有する。

第４図は誘電体レンズの導電性素子と金属ストリップの
他の例を示す正面拡大図である。第３図の実施例が片側
波に対して使用されるのに対し。

この第４図は直交し／と２偏波に対し機能する様に構成
した例である。第４図で矩形の導電性素子３２は誘電体
基板と地導体とでいわゆるマイクロストリッツ０／′１
′ツチアンデナ素子を構成し、金属ストリップ３３と３
３′は誘電体基板と地導体とで前記アンテナ素子の直交
２偏波を夫々伝送するマイクロストリップ線路を構成し
、夫々の線路は直接導電性素子３２に接続され、かつ接
続素子３４と３４′によシスルーホール３５と３５′を
通って反対側の基板上の線路に接続される。本実施例の
場合は位相の調整は導電性素子３２の形状とマイクロス
トＩ＋　、リーＩｏ伯倣小伯ｃｙｚドも亦Ｉし１イ舛八
＞Ｌｌｆｆも７第５図は本発明のレンズを用いて空間給
電アレー形アンテナを構成した場合の側面図（ａ）と平
面図（ｂ）を示しており、（ａ）で１次放射器ｌから放
射された球面波は例えば実線４０，４１，４２，４３゜
４４で示す電波の通路を通り２本発明によるマイクロス
トリッジアレイ形しンズ４５に入射し、該レンズの各ア
レイ素子で位相調整されてレンズを透過後１部は例えば
破線５０，５１．５２に伝播路を示す様に同一方向に進
む波として放射する様にし、他は例えば破線５３と５４
に伝播路を示す様に夫々異なった方向に進む波として放
射するようにして、全体としてはこの平面内で実線５５
に示すようないわゆる成形ビームを合成することが出来
る。一方、（ｂ）では１例えば１次放射器１から実線６
０，６１，６２．６３で示す通路を通ってレンズ４５に
入射した電波は２例えば破線６４゜６５．６６．６７で
示すような通路を通って発散するように放射させて、全
体としてはこの平面内で実線６８で示すようないわゆる
扇形のビームを合成することが出来るが、このようにビ
ームの形状を特殊な形に成形しても、各アレイ素子によ
る交差偏波の発生を少なくする事が出来る為、交差偏波
のビームは鎖線６９で示すように主偏波のヒ゛−ムロ９
よりレベルを大きく下げる事も可能となる。

上記の第５図の例は成形ビームでも交差偏波識別度を良
好に保って合成出来る事を示した例であシ、総ての透過
波が同一方向に進行するいわゆるペンシルビームの合成
も可能である事は無論である。さらに等位相面の交換が
球面波と他の波面の交換に限らない事も無論である。

第６図は本発明の他の構成例を示す図であυ。

地導体１０を共通にして誘電体基板１１側と２１側テ、
マイクロストリッツアレイ形レンズが多層に構成した例
である。例えば基板１１側では基板ｌｌｌ上の金属スト
リップ７３１　（点線）が基板２１２土の対応する金属
ストリップとスルーホール７５．及び地導体１０の孔（
図示せず）を通して接続素子７４１で接続され、基板１
１２上の金属ストリップ７３２　（実線）が基板２１２
上の対応する金属ストリップと接続素子７４２で接続さ
れている。導電性素子７２１　＋７２２　＋７２’ｌ　
ｒ７２′２に対応する素子は図示してない。

この実施例は基板１１と２１側が夫々１層ではアレイ各
素子でのエネルギーの受け渡しが充分でないとか、透過
波の等位相面を充分所望のものに近い形に合成する為に
はアレイの素子数を１層では物理的に配置が不可能な程
増したい等の事情から同図に示す様に夫々２層構成にし
た例である。

この場合、夫々の第１．第２層で偏波が同一である必要
は々〈１例えば直交２偏波を夫々１層づつ構成する事も
可能である・ なお２以上の説明ではその都合上、入射波面が球面波の
場合について説明したが、この事は必要条件ではなく２
例えば入射波が平面波で電波レンズよシ再放射されるビ
ームの形状を成形する場合等その使用方法は限定される
ものでない事はいうまでもない。

〔発明の効果〕

とにより、小形軽量で、しかも安価に製造可能で調整も
わずかですむレンズが実現出来、入射波の等位相面の形
状と反射波の等位相面の形状を交差偏波識別度を良好に
保ったま１交換する事が可能となり１例えばビーム成形
等の必要がある場合に用いて大きな効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術より考えられるアレー形レンズを用い
たアンテナの構成を示す図、第２図は本発明の一実施例
の構成を示す図、第３図は第２図におけるアレイ素子の
拡大図、第４図は本発明におけるアレイ素子の他の例を
示す図、第５図は本反射のレンズを用いたアンテナの例
の構成を示す図、第６図は本発明の他の構成を示す斜視
図である。 記号の説明：１は１次放射器、２はアレイ素子。 ３は伝送路、４は移相器、５は伝送路、６はアレイ素子
、　・　、 １０は袖道仕、１１は訣雷伏某物、　１２　、１２’は
導電性素子、１３はマイクロス）　ＩＪツゾ線路用金属
ス）　ＩＪツブ、２１は誘電体基板、２．２．２２’は
導電性素子、２３はマイクロストリップ線路用金属スト
リップ、　２４　、２４’は接続用素子、２５゜２５′
はスルーホール、３２は導電性素子、３３゜３３′はマ
イクロストリップ線路用金属ストリッツ。 ４５はマイクロストリッジアレイ型レンズ、ＷＩＬは導
電性素子の幅と長さ、ｔはマイクロストリップ線路用金
属ストリップの長烙の半分、Ｄは間隙の寸法をそれぞれ
あられしている。 代理人（７１２７）介理−１」姿藤洋介第１図 第３図 勺 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電性素子とこの導電性素子に直接又は間隙を介して電気
   的に結合する複数のマイクロストリップ線路用金属スト
   リップ０とを誘電体基板の前記地導体とは反対側にプリ
   ント化して形成した対のプリント誘電体基板と、この対
   のプリント誘電体基板に形成されたマイクロストリップ
   線路用金属ストリップの終端部を、誘電体基板を通し前
   記地導体にあけられた孔を通して接地することなしに相
   互に接続する接続手段とを備え、いずれか一方の側から
   の入射電波を他方の側に放射電波として送出する電波レ
   ンズであって。 而して前記放射電波の等位相面の形状を、前記７４力１
   ブｋ　Ｉ＋・ソール畑故田ムンプｋ　Ｉ＋・ソチの願敗
   且　齢記導電性素子の寸法、同じく形状、および前記マ
   イクロストリップ線路用金属ストリップと前記導電性素
   子の間の距離（零を含む）のうち少々ぐとも１つを調整
   することによυ前記入射電波の等位相面と異らせるよう
   にしたマイクロストリップ形電波レンズ。 ２　前記第１項の装置であって、前記フ０リント誘電体
   基板が複数層から成っていることを特徴とするマイクロ
   ストリップ形′亀波レンズ。