JPS6028444B2 - マイクロ波アンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、マイクロ波アンテナに関するものであり、こ
のアンテナは、上面および底面を有する誘電体材料のシ
ートと、このシートの上面に配置された複数個の導電ア
ンテナ・ェレメントの配列およびこれられェレメントに
接続された複数本の導電フイーダと、前記上面から離間
してェレメントの配列と対向配置した導電シートとを具
えている。

この導電シートは、平面状である必要はないが一般に“
接地面”と称されており、このアンテナを、“マイクロ
ストリップ”アンテナと称することができる。このよう
なアンテナは、マイクロ波技術において広範囲に利用す
ることができる。

ェレメントおよびフィーダからの接地導体の間隔はアン
テナの他の寸法よりも通常十分４・さし、から、アンテ
ナは、小さな厚さが要求される応用に特に適している。
したがって、さらに他の利点は、軽量であることおよび
堅固であることである。このためマイクロ波アンテナは
、空中航法あるいは航空宇宙利用に適している。さらに
、マイクロ波アンテナは、製造がかなり安価であり、お
よび操縦士警報および交通信号灯制御システムにおいて
ドプラレーダに、一般に相当運動の検出器として用いる
のに適している。マイクロ波アンテナは、また、たとえ
ば航空機誘導あるいは航空機位置測定、あるいは軍師位
置測定用の無線干渉計あるいはトランスポンダに用いる
ことができる。

種々の形式のマイクロストリップアンテナが提案されて
きた。

第５回ヨーロッパマイクロ波会議でＪ．Ｒ．Ｊａｍｅｓ
およびＧ．Ｊ．Ｗｉｌｓｏｎによって発表された一つの
形式ではぐマイクロストリップ・アンテナ配列のための
新しい設計技術“会報１０２〜１０６ページ）、アンテ
ナ・ェレメントは、長さがマイクロストリップ波長（＾
ｇ）の約半分であり、一端で関路しており、他端で、ェ
レメントに垂直に延在するフィーダに結合されている。
直線状配列は、直線状関路マイクロストリップ・フィー
ダに沿って＾ｇの間隔で配置した（同等の位相励振を達
成するために）９個のェレメントより成る。交互の高イ
ンピーダンス点でェレメントが実際にフィーダを負荷す
るように、第１ェレメントをフイーダの（関路）端に直
接に設ける。ＪａｍｅｓおよびＷｉｌｓｏｎは、ェレメ
ントの放射抵抗はその幅ｗに依存する（幅が減少すると
抵抗は増大する）ことを実験が示し、したがってェレメ
ントがフイーダを認められるほどに負荷しない場合には
、幅ｗを変えることはェレメントによって放射される電
力を制御する手段であることを報告している。ドルフ・
ケビシェフ（Ｄｏｌｐｈ−Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ）法によ
れば、ェレメントによって放射される電力の相対量の配
列に沿った変化〔以下これを“電力テーパリング（ｐｏ
ｗｅｒｔａｐｅｒｉｎｇ）”と称する〕が一定の副ロー
ブレベルを有する放射パターンを生じるようにするため
に、配列のェレメントの相対幅を計算することができる
。配列の中央ェレメントは最大幅を有し、最外のェレメ
ントの幅は（理論的には、−２４船の副ローブレベルお
よび約８．５０のビーム幅に対し）７０％小さい。ェレ
メントの長さは幅２次関数であり、Ｔ．Ｅ．Ｍ関係式を
用いて計算され、散乱効果に対しさらに補正される。１
昨日Ｚで動作するこのような構造の配列は、一２ＭＢの
日面副ローブレベルと１０のＭＨＺの帯域幅を有するこ
とが報告されている。

類似の９×９ヱレメント２次元配列は、９本の平行直線
状配列より成り、これら配列はその一端で、主にフィー
ダに沿って＾ｇの間隔で主フィーダに接続されている。

。主フィーダは、直線状配列のフィーダに対して垂直に
、したがってェレメントに平行に延在するので、同一直
線上のェレメントも入ｇの間隔で配置される。各直線状
の配列のェレメントの幅は、前と同じ比で配列に沿って
変化する。主フィーダに平行な電力テーパリングを得る
ためには、９本の直線状配列の中央ェレメントの幅も同
一比で変化し、したがって全配列の中央ェレメントは最
大の幅となる。このような２次元配列に対しては、一１
７ｄＢのＨ面での副ローブレベル、およびＥ面では、主
フィーダ上に直線状配列によって配置されたかなりの負
荷上で各直線線状配列への給電のために、副。ーブは−
１４船であることが報告されている。主フィーダへの負
荷を少なくすることができ、ェレメントの幅を小さくす
ることによて副ローブレベルを改善できるが（たとえば
−２比旧に）、狭い帯城幅を得ることが鱗性となる。さ
らに、実際的な制限は、ェレメントが細くなりすぎて正
確に形成することができなくなることにより課される。
この２次元配列では、中央の最大限ェレメントは４．７
側幅であり、最外の最４・幅ェレメントは最大幅ェレメ
ントの幅９％である。本発明の目的は、満足な性能が得
られ「配列内に異なる幅あるいは長さのェレメントを有
することを重要とすることなく比較的簡単に設計および
製造することができ、したがって安価に設計および製造
できる前述した種類のマイクロ波アンテナを提供するこ
とにある。

本発明はマイクロ波アンテナは、前記ェレメントを、マ
イクロ波アンテナが直線偏波放線図を有するように配置
し且つフィーダによって給電し、前記ェレメントの少な
くとも２個を、これらェレメント間の全長にわたり、前
記放射線図の偏波方向に対しｎ竹／２（ｎ＝０，１，２
，……）に等しくない角度に配置した第１フィーダによ
って相互接続することを特徴とするものである。

本発明マイクロ波アンテナの利点は、偏波方向に対しｎ
ｍ／２に等しくない角度をなすフィ−ター・（マイクロ
波ェネルギ−が供給されたときにそれ自体が放射する煩
向ににある）は、偏波方向に対して垂直あるいは平行な
従来のフィーダよりも、アンテナのＨ面あるいはＥ面放
射パータンを干渉することが少ないことであり、交差偏
波を減少できることである。

さらに、公知の配列では、平行あるし、はぼ一直線上に
あるヱレメントが、少なくとも一方向に所定の間隔で配
置されている。

これは、公知の配列では１個以上のフィーダが前記一方
向に対し垂直及び／又は平行に延在するため及びェレメ
ントの放射信号の相対位相（フィーダに沿ったそれらの
電気的的間隔に依存する）がアンテナの主ローフの所望
の方向によって予め決められるためであり、例えばブロ
ードサイド主ローブ（すなわち配列面に垂直）を有する
平面状配列に対しヱレメントの同相励振を得るためには
、ェレメントは一般に、入ｇ（あるいはその整数倍）の
間隔で配置しなければならない。したがって、前記一方
向のェレメントの数はその方向の平面におけるビーム幅
を決定する。これは、この数が前記一方向の配列の有効
閉口を決定するからである。しかし本発明のマイクロ波
アンテナでは、ェレメントによって放射される信号の相
対位相を変えることなく、フィーダの傾斜形状およびま
たは角度を単に変えることによって、ェレメントの間隔
したがって前記一方向におけるアンテナ閉口を変化させ
ることができる。このためビーム幅を、アンテナの一般
的形状を変えることなく変えることができ、これはアン
テナの設計者に追加の自由度を与える。第１フィーダを
、２個のェレメント間に直線状に延在させることができ
る。このことは、特に簡単な配列を形成し、およびブロ
ードサイドアレ−（横形配列）に一般に適している。少
なくとも、第３ェレメントと第１フイーダとを、第２フ
ィーダによって相互接続することができる。

第２フィーダは、第３ェレメントと第１フィーダとの間
のほぼその全長にわたって偏波方向に対し傾斜しており
、その傾斜角度は偏波方向に対して第１フィーダと偏波
方向との間の角度と鏡面対称をなす角度、即ち第１フィ
ーダと偏波方向との間の角度と絶対値が等しく符号が反
対の角度とする。第２フィーダを、第３ェレメントと第
１フィーダとの間に直線状に延在させることができる。
このことは、本発明を利用する異なるアンテナの範囲に
対して有益な基本ユニットを構成する。

たとえば、３個のェレメントを同相で励振させ、必要な
らば３個のェレメントに同一電力を供給するために用い
ることができる。１本のフイーダが２個のェレメント間
、あるいはェレメントと他のフイーダとの間に、“直線
状に延在する”とは、１本のフイーダが、２個のェレメ
ント、あるいはェレメントおよび他のフイーダのそれぞ
れを１本のフィーダに接続される箇所間のほぼ最短路に
従うことを意味している。

たとえば配列が平面状である場合には、１本のフィーダ
（あるいは、この１本のフィーダが前記接続箇所の一方
あるいは両方を越えて延在する場合には、２個のェレメ
ント間、あるいはヱレメントと他のフィーダとの間の前
記１本のフィーダの少なくとも一部）はほぼ直線状であ
る。本明細書において、ェレメントにより放射される信
号の位相、１以上のェレメントへの電力の励振すなわち
供給、あるいは送信のためのアンテナの使用を明白に言
及している場合には、一般にアンテナを受信用に良好に
用いることができ、同じような説明を行なうことができ
ることに注意すべきである。

アンテナは、フィーダに並列に接続した４個以上のェレ
メントを具えることができる。

数個のェレメントを１本のフィーダに接続し、このフィ
ーダに沿って電力テーパリングを得ることができる。ェ
レメントを共通方向に延在させて、それぞれをその一端
でフィーダに接続することができる。

このような配列は、少なくとも一平面でかなり狭いビー
ム幅を有するアンテナに特に適している。ェレメントを
それぞれの一端のみでフィーダに接続し、すべてのェレ
メントをその一端から同一方向に延在させることができ
る。このような配置 −は、次のようなアンテナに適し
ている。すなわち、同相励振を得るために、ェレメント
を並列に接続し、フィーダに沿って１波長（あるいはこ
れらの整数倍）の間隔で配置したアンテナである。これ
ら２つの配置のそれぞれは、１つの共通偏波方向のみを
有する電磁信号の送信あるいは受信用に構成したアンテ
ナに適している。このアンテナは、前記共通偏波方向に
対して同一方向に傾斜した複数本のフィーダを具えてい
る。

このアンテナは、“２次元”配列に適しているが、この
ような配列は平面状である必要はない。すべてのフイー
ダを、すべてのェレメントへあるいはすべてのェレメン
トからマイクロ波エネルギーを供給するための共通給電
点に接続する。

このことは、アンテナの他のマイクロ波回路への接続を
簡単にする。各ェレメントを、１本のフィーダ路を経て
共通点に接続することができる。

このことは、アンテナの設計を容易にし、狭い帯域幅の
１つのポテンシャル原因を避けるこができる。互いに反
対方向で共通方向に対する角度を含む１組のフィーダを
互いに接続するこができ、あるいは実際には共通点で互
いに交差することができる。

このことは、電力テーパリングが２つの非平行方向のそ
れぞれで得られるようにし、特に“中央供電（ｃｅｎｔ
ｒｅ一ｆｅｄ）”に適している。以下、本発明の実施例
を図面に基づいて説明する。第１図は、本発明を用いた
アンテナの平面図であり、このアンテナは１２×１２個
のェレメントの配列を具えている。

第２図は、第１図のアンテナの一部側面図である。

このアンテナは、上面および底面を有する譲電体材料の
平面状シート１を具えており、上面（第１図に示される
）には導電アンテナ・ェレメント２の配列と複数本の直
線状フィーダ３とを有している。

これらフイーダには、ェレメントを並列に接続する。シ
ート１の底面には、接地面と称される導電シート４を設
ける。すべてのフィーダ、したがってすべてのアンテナ
・エレメントを、シートー上の共通給電点５に接続する
。小形同軸コネクタ６を、シート１の底面に固定する。
コネクタの外部導体を接地面４に接続し、内部導体はシ
ートー内の開□を経て延在させ供電点５に接続する。し
たがって、マイクロ波エネルギーをェレメントに供聯合
し、あるいはェレメントから取り出すことができる。ア
ンテナ・ェレメント２を、規則的に離間させた垂直およ
び水平の平行な行に配置する。

ェレメントのそれぞれはその一端でフィーダに接続され
その一端から同一方向に延在しており、したがって直線
偏波の方向の有する共通放射線図を有している（第２図
の配列では、垂直方向に偏波した放射線図）。ェレメン
トは同一寸法でほぼ矩形状である。フィーダに接続され
た各素子の端部は、小さな２等辺三角形として形成され
ており、その底辺はェレメントの幅に等しい。フィーダ
３は、すべて同一の幅を有しており、したがって同一の
特性インピーダンスを有している。このインピーダンス
は、それぞれのアンテナ・エレメントにより形成される
送信ラインの特性インピーダンスよりもかなり大きい（
すなわち、アンテナ・ェレメントの放射を無視すれば）
。共通偏波方向に対しｎ汀／２（ｎ＝１，２，３……）
に等しくない角度をなす第１フイーダ７が、配列を横切
って対角状にほぼ左上コーナーから右下コーナーに延在
する。

他のすべてのフィーダは、共通偏波方向に対してｎｍ／
２（ｎ＝０，１，２，３，・・・・・・）に等しくない
角度をなす一群の互いに平行なフィーダ８を形成する。
前記両角度は共通偏波方向に対し互に鏡面対称の関係を
なし、したがって、すべての他のフィーダは第１フイー
ダ７と交差する。このグループは、ほぼ左下コーナーか
ら右上コーナーに配列を横切って延在し、共通給電点５
でフィーダ７と交差する第２フイーダ９を有している。
本実施例では、各ェレメントをフィーダによる１つの通
路を経て共通点５に接続する。

ェレメソトは、１つのフイーダあるいは２本の交差する
フィーダに沿って、電気的に１波長離間させる。すなわ
ち物理的に１マイクロストリップ波長（入ｇ）離間させ
る。間隔は、アンテナの動作帯域の中心周波数で測定さ
れる。平行なフィーダ８のグループは、入ｇ／２の規則
的な間隔でフィーダ７と交差し、ェレメントはフイーダ
７に沿った一つ置きの交差点に配置される。前記周波数
のマイクロ波ェネルギが給電点５に供給されると、ェレ
メントは同相で励振されて、アンテナは配列面に垂直な
主ロープを生じる。本実施例の基本“ユニット”は共通
偏波方向に対しｎ汀／２（ｎ＝０，１，２，３，……）
に等しくない角度をなす第１フィーダによって直接に相
互接続された１対のアンテナ・ェレメントと、前記フィ
ーダ上の１点（例えば２個のェレメントの中間点）から
第３のェレメントまで偏波方向に対して上記フィーダの
なす角度と鏡面対称をなす角度で延在する他のフィーダ
とを具えることがわかる。

さらに、フィーダ８のそれぞれは、１対以上のェレメン
トをフィーダ７に接続し、（フィーダ９の場合には、共
通点に直接に接続し）、各対の２個のェレメントをフイ
ーダ７の両側に設け、各フィーダ８へのそれらの接続点
を、このフィーダとフィーダ７との交差点から等距離に
あるようにする。２対以上のェレメントをフイーダ８に
接続する場合には（最大に離間された両端の２本のフイ
ーダを除く）、ェレメントはフイーダ７の両側に一連の
漸進的に大きなフィーダからの間隔を形成する。

同様のことが、共通点５からの間隔に関し、フィーダ７
に直接に接続されたェレメントに適用される。第１図は
、各水平行および垂直行が、フィーダ９によって共通点
５に接続された１個のェレメントを具え、同様のことが
フィーダ７にも適用されることを示している。アンテナ
をより厳密に考察するならば、すべてのェレメントおよ
びすべてのフイーダがそれぞれ同一のインピーダンスを
有するので、共通給電点に対するェレメントの位相励振
およびェレメントにより放射されるエネルギーの相対量
に関し、フィーダ７および９のそれぞれについてかなり
対称性がある。

しかし、フィーダ９は給電点から、フィーダ９に直接に
取り付けられているェレメントのみにエネルギーを供給
し、他方、配列の他のすべてのエレメントはフイーダ７
からエネルギーが直接にあるいは他のフィーダ８を経て
供給されるので、フィーダ９上のェレメントの方が給電
点５から同一距離にあるフィーダ９上にない他のェレメ
ソトよりも多くのエネルギーを放射する。この影響は、
供電点からの距離が大きくなるにしたがって著しくなる
。この非対称性は、給電点からかなり離れたェレメント
の一部に十分なエネルギーを供給するのに適しているこ
とがわかった。本実施例において用いられるフィーダの
配列では、共通点５からフイーダ路に沿って電気的に等
しく離間されたェレメントのフィーダへの各接続点は、
アンテナのＥ面およびＨ面にそれぞれ平行な２組のフィ
ーダ上に配置されており、各組の２本のフイーダは、共
通点の両側で共通点から等距離にある。本実施例では、
、配列は平面状であるから、フィーダは共通点を中心と
した矩形を形成し、共通点から漸次大きく離間するェレ
メントは、漸進的に大きな寸法のそれぞれの矩形上のフ
ィーダへの接続点を有している。中央４個のェレメント
の接続点は最小矩形の角にある。この角は共通点５から
入ｇ／２の距離にある。直接に取り囲む１８個のェレメ
ントの接続点は、角が共通点５から、３＾ｇ／２の距離
にある矩形状にある。次に取り囲む２の固の接続点は、
角が共通点５から、５入ｇ／２の距離にある矩形状にあ
る。共通給電点の周りのこの対称性の結果、動作帯域内
の周波数とは無関係に、主ローブは配列の平面に対必然
的にほぼ垂直となる。理論的な評価を行なうことにより
、すなわちフイーダからェレメントに得られるヱネルギ
ー（そのェレメントにより実際に放射される）の一部を
測定することよって、エネルギーを共通点に供給した場
合に、全配列のェレメントにより放射されるエネルギー
の相対量を計算することができる。

各水平行のヱレメントに対し放射される全エネルギーを
計算すると、それぞれのトータルが、中央組の隣接行の
それぞれ（高い方の行は共通点５にある）に対する最大
から、最大に離間された２本の行（すなわち最上行と最
下行）に対する最小に漸次減少することがわかった。“
電力テーパリング”は対称である。各垂直行のェレメン
トによって放射される全エネルギーを知ることによって
類似の結果が得られる。中央組の隣接行のそれぞれ（こ
れら行の間に共通点５がある）に対し最大が生じる。こ
れらの手続きは、等しい幅の平行ストリップのグループ
に配列が延在するシートーに表面領域の観念的な分割で
あるとみなすことができる。一方の場合には、水平スト
リップはそれぞれ１つの水平行のェレメントを具え、他
方の場合には、垂直ストリップはそれぞれ１つの垂直行
のェレメントを具え、これら両方の場合におけるストリ
ップは、ストリップ内のェレメントに中心を置く。１グ
ループのストリップに対するェネルギ−の相対的トータ
ルは、配列のユニット幅あたりの放射量であり、アンテ
ナの垂直および水平開□を横切る電力テーパリングの指
示である。

第１図および第２図に示す実施例では、標準厚さが約０
．１５弧で譲露率が２．３で、両面が鋼被覆された“ポ
リガィド（Ｐｏｌｙｇｕｉｄｅ）”の寸法が約１９肌×
２１伽のシート上にアンテナが形成される。

アンテナ・ェレメントのそれぞれの長さは約１弧であり
、それらの電気的長さは１０．晦日Ｚの中心帯城動作周
波数で波長の半分とする。各ェレメントの幅は約０．３
弧である。フイーダの幅は０．０４伽でり「約１５０オ
ームの特性インピーダンスを与える（したがって、共通
給電点に接続された５０オーム同藤ラインにほぼ整合す
る）。アンテナ・ェレメントと同じ幅のマイクロストＩ
Ｊップ送信ライン（同一サプストレート上にある）は、
約６０オームの特性インピーダンスを有する。このアン
テナによって測定されるＥ面およびＨ面の極線図を、第
３図および第４図‘こ概略的‘こ示す。ゲ仇ま約２をで
あり、、ビーム幅（一父旧点に対する）はそれぞれ約９
季。杖びｌｏｏであり・Ｅ面内の約−脚で、およびＨ面
内の約一１７肥および−２２ｄＢで、主ローブの側部に
発生する“リプル”（ｌｄＢピーク・ピークよりも小さ
い）を無視すれば、最大副ローブはそれぞれ−２１ｄＢ
および−２９Ｂよりも良好であった。これらの結果を、
上述の公知の９×９エレメント・マイクロストリップア
ンテナ〔また１／１６インチ“ポリガィド（Ｐｏｌｙｇ
ｕｉｄｅ）’’上に形成された〕に対し、“ｌＥＥ Ｊ
ｏｍＭ１ ０ｎＭｉｃｒｏｗａｖｅ，Ｏｐｔｉｃｓ ａ
ｎｄ Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ”第１巻、Ｎｏ．５（１９７
７年９月）のページ１６５〜１７４（Ｊａｍｅｓおよび
Ｗｉｌｓｏｎ）およびページ１７５〜１８１（Ｊａｍｅ
ｓおよび舷１１）に引用されている結果と比較する。比
較に際しては、次のことに注意すべきである。‘ｉ｝
本発明の上述した実施例と同じ周波数での動作に公知の
アンテナをスケールする（ｓｃａｌｉｎｇ）ことは、ェ
レメントの水平行および垂直行を入ｇの間隔で配配遣し
なければならないので（実施例の場合はより接近して配
置されている）、小ないェレメントを有してはいるが、
実施例の寸法と同じ寸法の誘電体シートを必要とする。

｛ｉｉー 本発明の実施例を設計するためには、公知の
アンテナより遥かに簡単な計算が必要されるだけである
。

実施例の交差偏波は、一２母旧よりも小さいことがわか
った。

このことは、特にマイクロストリツプ・アンテナには非
常に満足すべきものである。Ｊ．Ｗ．Ｇてｅｉｓｅｒ（
ＭｉｃｒｏｗａｖｅＪｏｕｍａｌ ｌ９，船．１０，４
７ページ、１９７母羊１０月）によれば、比較的高しべ
しの交差偏波は、いくつかの場合に−８〜一１世旧とな
るマイクロストリップ・アンテナに対しては問題点を有
している。本発明は、コンパクトで、良好な性能を有し
、比較的容易かつ簡単に設計するこができるマイクロ波
アンテナを提供することができる。

さらに、より詳細に後述するように、本発明マイクロ波
アンテナは安価とすることができる。上述した構成の実
施例の良好な性能には２つの理由がある。

すなわち、‘ａ｝ アンテナの偏波方向に対するフィー
ダの角度のために、フィーダからＥ面およびＨ面極線図
への比較的４・さな寄与：この効果は、前述の実施例に
おけるように、フイーダが高インピーダンスを有すると
きに特に表われる。

‘ｂ｝ 従来技術による放射器におけるよりも閉口内の
多数のェレメントによって得られる所定の大きさのアン
テナ閉口を横切る“電力テー／ジによる所望放射器に対
する良好な近似。

個々のアンテナヱレメントに対する電力テーパは滑らか
な曲線に対する段階状近似であり、この効果は、閉口内
のェレメントの数が非常に大きくない場合に最も重要で
ある。等しい数の水平行および垂直行と、フィーダの類
似のパターンを有する第１図に示す形のェレメントの配
列を有するアンテナは、９〜１４０ＨＺの範囲内の種々
の周波数での動作のためには、２×２個のェレメントと
２４×２４個のェレメントとの間の種々の大きさの配列
によって構成した。

本発明を利用するアンテナは、銅被覆誘電体シートを用
いて製造することができる。

接地導体がシートの上部表面あるいは底部表面上に直接
設けられ場合には、両面が被覆されたシートを用いるこ
とができる。アンテナエレメントおよびフイ−ダの配列
は、所望の最終導電パターンを有するマスクを通して被
覆上にホットレジスト材料の層を設け、通常の写真製版
およびエッチング技術によって、表面上の被覆から作る
ことができる。第１図に示す形ではあるが異なる数のェ
レメントを具え、異なるそれぞれの周波数での動作に適
するアンテナを、１つの“マスター”マスクから作れる
ことがわった。２４×２４個のェレメントの配列を示す
このマスターマスクを、所望のアンテナを作れる補助マ
スクを与えるために用いることができる。

２４×２４個のェレメントよりも小さに配列に対しては
、マスターマスクの一部を除去して補助マスクを作る。

動作周波数を変更するためには、補助マスクを製造す場
合に、光学倍率を適切に調整する。この方法によって製
造されるアンテナの性能は、一般に、注意深く個々に設
計することにより得られるものほどすべての点で良好で
はないが、多くの使用に対しては十分良好であり、特に
少数の非常に変化のある異なるアンテナに対しては、設
計およびコストを減少できることは明らかである。“ポ
リガィド”以外の種々の誘電体材料を、誘電体シートに
用いることができる。

。たとえば、多数の満足すべきアンテナは“ＣＩＭＣＬ
Ａ〇’上に形成されている。これは、Ｃｈｉｃｉｎａｔ
ｔｉＭｉｌａｃｒｏｎ社製の、重合ェステルにより補強
された銅被覆ランダムガラスファイバー・マットである
。ＭＢ形（誘電率は約３．８）の０．１５肌厚さのシー
トを用いた。このラミネート板は、特に、ラジオおよび
テレビジョン用プリント回路板に使用される。たとえば
“ポリガィド”よりも大きな誘電体損を有する（ゲイン
を低下させる）ことは不利であるが、制限された範囲を
有するドブラレーダのように、低価格のものが必要とさ
れ幾分減少したゲインを受け入れることのできる場合の
適用に対しては利点を有しいる。ゲインの減少（低損失
誘電体に比較して）は、配列の大きさ、したがってフィ
ーダの長さが増大するにしたがって明らかに増大する煩
向にある。一例として、“ポリガィド”と“ＣＩＭＣＬ
Ａ〇’とに形成された約１母旧のゲインを有するアンテ
ナ（等しい数のェレメントを有する）間のゲイン差は約
１班であった。第１図の形のアンテナにおけるェレメン
トは、広い帯城幅を有することがわかった。

たとえば、約１肌の同一長さを有するェレメントを、約
０．１６肌の厚さの“ポリガィド”上に形成したアンテ
ナに用いて、９．１〜１０．７ＧＨ２の範囲内の異なる
それぞれの周波数で動作させた。長さのわずかの変更に
よって良好な結果が得られたかもしれないが、この単一
長さで有益な性能が得られた。設計におけるこの簡単さ
は、異なる幅のェレメントを具える上述した公知の９×
９個のェレメントのマイクロストリップ・アンテナと比
較される。この簡単このためには、各幅のェレメントの
長さに対して２つの修正がなされている。本発明の実施
例の帯城幅（ゲインたとえば一１船点の間に関して）は
、配列の素子の相対位相励振の周波数による変化に主に
基づく。

したがって、電力テーパリングを有する放射機能の一形
体に対しては、配列の寸法が増大するにしたがって、帯
城幅は減少する額向にある。一例として、第１図および
第２図の一般的な形の３つの例のアンテナに対して測定
したゲインおよび定在波比を次表に示す。

それぞれのアンテナの例をＡ，Ｂ，Ｃとする。Ａおよび
Ｂは約０．１６伽厚さの“ポリガィド”上に形成し、Ｃ
は約０．１６肌厚の“ＣＩＭＣＬＡ〇’上に形成する。
配列寸法は、Ａ：４×４個のェレメント、Ｂ：８×８個
のェレメント、Ｃ：１０×１川因のェレメントである。
表ェレメントの配列と接地導体との間の譲露体の厚さお
よび種類に対して、ェレメントの放射抵抗は、その寸法
（例えば一端で給電される矩形ェレメントの場合にはそ
の幅）により決るため、一定場所に一定数のェレメント
を有し、一定の通常パターンのフィーダを有する配列を
横切る電力テーパリングを、必要ならば、異なる幅を有
する配列のェレメントを異ならせることによって変化さ
せることができる。

しかし、これはどの実施例でも必要であることは見いだ
せなかった。それはェレメントが同一寸法である配列に
よって、満足すべき結果が得られるからである。しかし
、異なる寸法の配列（フィーダの類似のパターンは有し
ている）を横切る同一の形の電力パターンを得るために
は、ェレメントのトータル数が増大するにしたがって、
ェレメントの幅を減少させることが一般に必要である。
その理由は他方では、たとえば、不十分な割合の電力が
、給電点から比較的遠いヱレメントによって放射される
からである。電力テーパリングは、フィーダの特性イン
ピーダンスを変えることによって、制御することもでき
る。

たとえば、アンテナは異なる特性インピーダンスのフィ
ーダを具えることができる。完全な配列に対してたとえ
ばＶＳＷＲに関して最良の性能を得るためには、特にェ
レメントの数にしたがってフィーダのインピーダンスを
決定することが必要である。第１図および第２図のアン
テナは、ほぼ等しい垂直開□および水平閉口、したがっ
てほぼ等しいＥ面ビーム幅およびＨ面ビーム幅を有する
が、行の数およびェレメントの数を変更することを必ず
しも必要とせず、偏波方向に対しフィーダ間の角度を単
に変えることにより、これにより水平行および垂直行の
間隔を変えることによって、かなり相違するＥ面ビーム
幅およびＨ面ビーム幅を与える配列を作ることができる
。

この一例を第５ａ図および第５ｂ図に緑図的に示す。こ
れらはともに、第１図の配列と同じ一般的なパターンの
フィーダを有する４×４個のェレメントの規則的な配列
を示している。第５ａ図の配列では開□はほぼ等しく、
第５ｂ図の配列では垂直関口は水平閉口のほぼ・墓倍で
あり、Ｈ面におけるビーム幅よりも小さいビーム幅をＥ
面において与える。明らかなように、煩斜角を変えるこ
とのできる範囲は、幾何学的要因および技術的要因によ
って制限される。たとえば、そこにあるいはそこからエ
ネルギーを供給するダィポール以外のダィポールへ、フ
ィーダは接触あるいは近接してはならない。さらに、一
定の通常パターンのフィーダおよびこれらフィーダに沿
い一定の離間隔で配置した一定数のェレメントでは、１
方の関口が増大するにしたがって他方の直交閉口が減少
する。それにもかかわらず、本発明のこの特徴は、アン
テナの設計者に対しかなりの付加的な自由度を与える。
一例として、それぞれ４×４個のェレメントおよび６×
６個のェレメントを具える２つのアンテナを２６０×３
００および２４０ ×１９０（Ｅ面×Ｈ面）のビーム幅
で構成した。本発明を利用し、直交行に配置したェレメ
ントの規則的配列は、直交方向に等しい数の行を有する
必要はない。

たとえば、偏波の共通方向に対し一定の角度を有する一
定形式のフィーダパターンを用いることが必要な場合、
あるいは共通方向に対するフィーダの適切な角度を選択
することによって与えることのできる以上に大きく異な
るＥ面およびＨ面における所定のビーム幅を得ることが
必要な場合には、異なる数の行を２方向に用いることが
できる。第６図および第７図は、一例として、それぞれ
６×４個のェレメントおよび６×２個のェレメントの配
列を示す。これら配列には、第１図のフィーダパターン
の異なる変形を用いる。第６図の配置は、配列の直交す
る反対側の２つのコーナーでのみ、第１図のフィーダパ
ターンの変形を必要とし、２つの数の行が非常に異なる
ことなく、ヱレメントの全部の数が小さくない配列に特
に適していると考えられる。他方、第７図の配置は、著
しく異なるＥ面ビーム幅およびＨ面ビーム幅が必要とさ
れる場合に（たとえば電波干渉計に）適している。この
実施例におけるフイ−ダの対称的配置は、各水平行の２
個のェレメントに等しい量の電力を供給するのに適して
いると考えられる。ェレメントの配列は、各行に同一数
のェレメントを有する平行な行を具える必要はない。

たとえば、フィーダ７と、フィーダ９の右側で下側のす
べてのフィーダ８（これらに関連するェレメントととも
に）とを省略することによって、第１図の配列を変形し
て、ほぼ三角形状の配列を与えることができる。第１図
の配列の一部の省略により形成することのできる、他の
三角形状配列を含む他の変形が可能であることは明らか
である。ェレメントを、たとえば、規則的に離間された
行に配置する本発明の一実施例は、偶数本の行を具える
必要はない。

たとえば、第１図に類似のフイーダパターンに対しては
、共通給電点に最も近い４個のェレメントを給電点から
＾ｇ（＾ｇ／２よりもむしろ）だけ離間させて、奇数本
の水平行および垂直行が存在する。次の場合には、共通
点に直接に給電しうるェレメントを省くことが望ましい
。すなわち、これらェレメントを有していることが、配
列の他のェレメントからの放射に対しこの領域からの放
射が過剰となり、したがって不所望な形の電力テーパリ
ングとなる場合である。比較的大きな配列では少なくと
も、中央ェレメントの放射は、顕著な逆効果を有するこ
とはない。ェレメントを、規則的に離間させた平行な行
に配置する必要はない。特別の形の極線図を得るために
は（たとえば、王。−ブの形状あるいは副ローブのレベ
ルに関して）、ヱレメントの不規則な間隔を有すること
がたとえば必要である。同相で励振されるべきアンテナ
・ェレメントを、入ｇ（あるいはこの整数倍）の間隔で
フィーダに沿って配置する必要はない。

たとえば、ェレメントが、共通偏波方向に長〈延在し、
それぞれがフィーダに対して一端のみ接続されている場
合には、ェレメントは＾ｇ／２（あるいはこの奇数倍）
の間隔で配置され、連続するェレメントはフィーダから
交互に反対方向で共通方向に延在する。入ｇ／２以外の
間隔で配置した類似の配列を、非同相励振に用ることが
できる。アンテナ・ェレメソトはほぼ矩形である必要は
なく、たとえば楕円形とすることができる。

アンテナ・ェレメントを並列に接続する必要はない。ェ
レメント上の１個の点を１以上のフイーダに接続する代
りに、たとえば矩形ェレメントの直列接続を、ェレメン
トの反対端に接続された２本のフィーダで作ることがで
きる。ｎｍ／２（ｎ＝０，１，２，３）に等しくない共
通偏波方向に対する角度を囲むフィーダをマイクロ波ア
ンテナに利用することは、“中心給電（ｃｅｎｔｒｅ−
ｆｅｄ）’１に特に適しており（専用的ではないが）、
この構造は一般に好適ではあるが、公知のマイクロスト
リップ・アンテナにおいて得るには困難でありあるいは
不都合であることがわかる。

上述したように、第１図のような中心給電構造は、配列
に対し必ず垂直である主ローブを生じる。“スクィンテ
ィング（ｓｑｕｉｎｔｉｎｇ）’’配列すなわち主ｏー
ブが譲露体面上の法線に対して傾いている配列を得るに
は、ェレメントが同相で励振されず、全配列を横切る少
なくとも一方向に漸進的位相変化（すなわち適切な場合
には入ｇの整数倍を無視する）があるようなフィーダ配
置を使用することが必要である。この結果を達成する１
つの方法は、配列に対し少なくとも部分的に、“端部給
電（ｅｎｄ−ｆｅｄ）”とすることである。たとえば、
平行なフィーダが入ｇ／２に等しくない間隔で１本の他
のフィーダを交差するように平行なフィーダを離間して
配置している第１図の配列のほぼ半分を有する三角形状
の上述した配列は、その１本のフィーダに沿って傾く主
ローブを生じる。あるいはまた、互いに交差しないフイ
ーダのみによって、配列の１以上の端部からェレメント
に給電することができる。ェレメントを、誘電体シート
上の共通給電点に接続する必要はない。最後に説明した
配置では、たとえば、取りはずしできる端部コネクネタ
を経て動作中にフィーダにマイクロ波エネルギーを供給
できる。斜めの主ローブを得る他の方法は、ェレメント
を規則的に離間させて配置した行に配置し、ェレメント
間の有効電気的間隔が配列にわたり変化するようにフイ
ーダを配置した中心給電配列を用いることである。

第８図は、４×４個のェレメントの平面状配列を線図的
に示す。この配列は、隣接するェレメントの間、あるい
はヱレメントとフィーダの隣接交点との間に１０〜１４
で示したフイーダ部の有効電気長の５つの値を用いてい
る。フィーダ部の長さに次に示す値を用いて、ｌｏ：＾
ｇ／２−６入ｇ １１：入ｇ／２ １２：入ｇ／２十６入ｇ １３：入ｇ／２−６入ｇ １４：＾ｇ＋８入ｇ 各垂直行のェレメントはそれぞれ同相であるが、連続す
る垂直行間に６入ｇに等しい位相差が存在する。

その結果、主ローブはＨ面内の法線に対し懐く（６＾ｇ
が正の場合には右に）。フィーダ部の必要長さを得るこ
とは、フィーダ部の少なくとも大半が、隣接ェレメント
間あるいはェレメントと他のフィーダとの間に直線状に
延在しないこととなる。ビームステアリング（皮ｅｍｓ
ｔｅｒｉｎｇ）は、ｐ−・一ｎダイオードのような電気
的に制御できる移相手段をフィーダに設けることにより
得ることができる。

たとえば、第８図の配列は、各フィーダ部１０，１２，
１３，１４に位相遅れ６入ｇを生じさせる移相器を設け
、フイーダ部１０〜１４の長さを（すなわち、移相器が
動作しないとき）次のようにすることができる。ｌｏ：
入ｇ／２−６＾ｇ １１：入ｇ／２ １２：＾ｇ／２ １３：入ｇ−６＾ｇ １４：入ｇ したがって、フィーダ部１２および１４の移相器のみが
動作している場合には、主ビームは前のようにＨ面内で
傾き、フイーダ１０および１３の移相器のみが動作する
場合には、主ビームは配列の平面に垂直となる。

個々のアンテナ・ェレメントの帯域幅は前述したように
比較的広いから、斜め配列の主ローブを、ェレメントの
帯城幅内で動作周波数を変えることにより、変化させる
こともできる。

本発明を用いるアンテナの接地導体は、議電体シートの
裏面に直接に形成あるいは配置する必要はなく、また配
列を平面状にする必要もない。

たとえば、堅い湾曲した誘電体シートを用いることがで
き、あるいはアンテナ・エレメントおよびフィーダの配
列を柔軟な誘電体シートの一表面に形成す‐ることがで
きる。この柔軟な誘電体シートは、動作中に接地導体（
接地面）として作用する堅い導体表面に後で固定される
。シートの誘電体以外の誘電体を、配列およびフィ−ダ
と接地導体との間に設けるこことができる。

たとえば、配列およびフィーダを支持する堅い誘電体シ
ート自体を支持して、ェアギャップによって接地導体か
ら分離するようにする。必要な固体議電体材料の量を減
少させるためには、このような配置は、比較的低いマイ
クロ波周波数で動作するアンテナに適している。配列の
ェレメントと接地導体との間の間隔が、非常に小さくて
はいけないことがわかる。

これは、ゲインが満足すべきものではなく、およびまた
は帯域幅が非常に小さくなるからである。この間隔は、
電気的間隔によって与えることができる。すなわち、配
列のェレメントから接地導体へ伝搬する動作周波数での
電磁放射線の波長入ｄによって与えることができる。入
ｄは入ｏ／Ｎごであり「 ここに＾ｏは自由空間波長で
あり、ごはこの波長でのェレメントと接地導体との間の
誘電体煤質の誘電率であり、ごは２以上の異なる誘電体
が存在する場合、たとえば接地導体とェレメントを支持
する譲露体シートとの間にェアギャップが存在する場合
の空平均である。実験によれば、電気空間に対する好適
な下限は約０．０５入ｄであることを示す。約０．１６
肌の“ポリガイド”および約０．１６伽の“ＣＩＭＣＬ
Ａ〇’上に形成した上述の実施例では、電気空間はそれ
ぞれ約０．０８＾ｄおよび０．１１入ｄであった。電気
空間はあまり大きくないのが望ましいことがわかる。

たとえば、昨日Ｚで動作でき、配列と接地導体との間の
誘電体として誘電率が約４．８のファイバーガラス材料
を用いる本発明アンテナで実験を行なった。誘電体の厚
さは約０．１６伽から約１．１狐まで約０．１６肌のス
テップで増加させた。０．１２入ｄおよび０．１５＾ｄ
に相当する０．６４肌〜０．８０弧の厚さに対してゲイ
ンが最高であることがわかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は１２×１２個のェレメントの配列を具える本発
明マイクロ波アンテナの一例の平面図、第２図は第１図
のアンテナの一部の断面図、第３図および第４図はゲイ
ンをｄＢで示す極線図、第５ａ図および第５ｂ図は本発
明の他の実施例を示す図、第６図は４×６個のェレメン
トの配列を具える本発明のさらに他の実施例を示す図、
第７図は２×６個のェレメントの配列を具える本発明の
実施例を示す図、第８図は他の実施例を示す図である。 １・・・・・・平面状シート、２・・・・・・アンテナ
・ェレメント、３，８，１０〜１４……フイーダ、４…
…導電シート、５・・・・・・共通給電点、６・…・・
同軸コネクタ、７……第１フィーダ、９……第２フィ−
ダ。第１図 第２図 第３図 第４図 第５ａ図 第５ｂ図 第６図 第７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 上面および底面を有する誘電体材料のシートと、上
   面に配置した複数個のアンテナ・エレメントの配列およ
   びこれらのエレメントに接続した複数本の導電フイーダ
   と、前記上面から離間してエトメントの配例と対向配置
   した導電シートとを具えるマイクロ波アンテナにおいて
   、前記エレメントを、マイクロ波アンテナが直線偏波放
   射線図に有するように配置し且つフイーダによつて給電
   し、前記エレメントの少なくとも２個を、これらエレメ
   ント間の全長にわたり、前記放射線図の偏波方向に対し
   ｎπ／２（ｎ＝０，１，２，……）に等しくない角度に
   配置した第１フイーダよつて相互接続することを特徴と
   するマイクロ波アンテナ。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のマイクロ波アンテナに
   おいて、前記第１フイーダを前記２個のエレメントの間
   に直線状に延在させたことを特徴とするマイクロ波アン
   テナ。 ３ 特許請求の範囲第１項あるいは第２項に記載のマイ
   クロ波アンテナにおいて、少なくとも第３エレメントと
   前記第１フイーダを第２フイーダにより相互接続し、該
   第２フイーダは、第３エレメントと第１フイーダとの間
   の全長に亘り、前記偏波方向に対し前記偏波方向と第１
   フイーダとの間の角度と絶対値が等しく反対符号の角度
   に配置したことを特徴とするマイクロ波アンテナ。 ４ 特許請求の範囲第３項記載のマイクロ波アンテナに
   おいて、前記第２フイーダを、前記第３エレメントと第
   １フイーダとの間に直接状に延在させたことを特徴とす
   るマイクロ波アンテナ。