JPS6340364B2

JPS6340364B2 -

Info

Publication number: JPS6340364B2
Application number: JP55055543A
Authority: JP
Inventors: Jii Sanfuoodo Geerii
Original assignee: Ball Corp
Current assignee: Ball Corp
Priority date: 1979-04-27
Filing date: 1980-04-28
Publication date: 1988-08-10
Also published as: US4242685A; EP0018476B1; JPS55145403A; EP0018476A1; IN153631B; DE3066230D1

Description

【発明の詳細な説明】この発明は一般にスロツト付き空胴アンテナの
構造に関する。好ましい例示的実施態様は交差ス
ロツト・アンテナを利用するものである。

スロツト付き空胴アンテナ、とくに交差スロツ
ト付き空胴アンテナ構造、はこの技術分野におい
てよく知られている。交差スロツト・アンテナ
は、すべての等角放射素子のうちで最大ビーム幅
の放射線パターンのものの１つを与える。しか
し、過去においては、要求されるフイード・ネツ
トワークは比較的複雑であり、製造コストが増大
し、かつアンテナの効率が減少したのである。ま
た、いくつかの特定の応用においては、通常の交
差スロツト・アンテナ構造の要求されるサイズ
は、望ましくない要素ともなつている。

マイクロ・ストリツプ・ラジエータは放射窓に
関連する共振空胴を含んでいる。しかし、マイク
ロ・ストリツプ・ラジエータに関連する放射窓は
１つの導電板の端縁と、その下側の接地面（グラ
ウンド・プレーン）との間に形成されているが、
他方、スロツト付き空胴アンテナにおける放射窓
は共振空胴内の１つの壁の表面に形成されている
のである。マイクロ・ストリツプ・ラジエータは
現在この技術分野においてよく知られているし、
また従来技術におけるマイクロ・ストリツプ・ラ
ジエータのいくつかの形式のものは、それらの必
要な物理的大きさを減少させるために折曲された
共振空胴を利用していたのである。たとえば、こ
れらについては、いずれもこの出願人に譲渡され
た米国特許第4131892号および米国特許第4131893
号を参照されたい。

交差放射窓を有する従来品のマイクロ・ストリ
ツプ・アンテナ構造も存在している。たとえば、
共通に譲渡されている出願人の米国特許第
3971032号においては、かかる交差ラジエータは
窓と窓との間の空間内に配置された一体的なスト
リツプ・フイード・ラインによつてフイードされ
ている。

従来品のスロツト付き空胴アンテナ構造は、空
胴内に導電板を配置するとともにこの導電板を全
ての空胴内壁から相当に離隔して与えられた物理
的サイズに対する空胴の効果的な電気的共振寸法
を長くすることによつて大幅に改良され得ること
が現在では発見されている。ある実施態様におい
ては、導電板は、その中点付近において、放射状
のスロツトを有する壁の反対側の空胴の壁に電気
的に接続されている。また、別な実施態様におい
ては、同軸接続の内部導体は導電板におけるその
中点から相当離れた点へ接続されている。

導電板は空胴内のほぼ中央に配置されていて、
得られる空間を実際上均等に分割かつ“折曲”し
てこの空間をさらに長い効果的な共振寸法を持つ
共振空胴にすることが好ましい。また、導電板
は、放射状スロツトを有する壁と平行な平面沿い
の共振空胴の横断面の形とほぼ同様になるような
形状につくられることが好ましい。導電板は、そ
の対応する各寸法が上記のごとき横断面よりは小
さいことは勿論である。導電板は、放射状のスロ
ツトの各々に関して形状ならびに配置がほぼ対称
的であるような形状にされて共振空胴内に配置さ
れていることが好ましい。

共振空胴は、その横断面形状の種類が広範に亘
つてよい。たとえば、共振空胴は真円形の円筒か
または正方形、三角形その他の多角形の横断面を
有する筒であつてよい。

さらに、共振空胴内に配置される導電板すなわ
ちプレートは、誘電シートの一側に貼着された導
電材の層として形成されると便利である。とく
に、その場合には、移相回路も共振空胴内に含ま
れてよく、しかも誘導板の他の側に貼着されてい
るところのエツチングされたストリツプ・ライン
によつて形成されてよい。プレート自体の形状
も、共振空胴内でおよび、放射窓を横断して特定
の位相分布を達成するために変化されてよい。こ
の発明によれば、スロツト付き空胴アンテナ、と
くに交差スロツト・アンテナ、は与えられた動作
周波数に対して動作が一層効果的に、かつ寸法が
一層小さくつくられる。給電（フイード）構造も
また可成り簡単化される。

この発明の上述の、および他の利点は添付の図
面を参照しつつ例示のための現在好ましい実施態
様に係る以下の詳細な説明から更に理解されるで
あろう。

第１図および第２図に示される交差スロツト・
アンテナは、側壁１６によつて接続された導電壁
１２と１４とによつて画成されて囲まれた共振空
胴を形成する通常の共振空胴１０を含む。交差放
射状スロツト１８および２０は、図示のように壁
１２内へ切り込まれている。

かかる交差スロツト・アンテナはすべての等角
放射素子のうちで最大のビーム幅を有しており、
とくにそのビーム幅は標準的マイクロ・ストリツ
プ・ラジエータのそれよりも広い。交差スロツト
の有効な窓の開口度は代表的なマイクロ・ストリ
ツプ・ラジエータの窓のそれよりも小さいので、
少なくとも局部的には上記ビーム幅についてのこ
とが云えるわけである。かかる広いビーム幅は、
多くの応用において有意な利点となるものであ
る。

しかし、過去においては、交差スロツト・アン
テナは極めて複雑な給電回路網を必要としてき
た。たとえば、アンテナ構造の４つの象限は、位
相が順次90゜間隔ごとに進む均等な振幅で給電さ
れる必要がある。通常の給電回路網は伝送ライン
の長さが有意に長いものであつて、或る種の場合
には交差伝送ラインも含んでいる。かかる複雑な
給電回路網は製造コストが増大するとともにアン
テナ効率を減少するのである。給電構造を単純化
しようとして従来においては空胴内に配置された
移相ストリツプ・ライン回路を用いる提案がいく
つかなされている（たとえば、マサチユーセツツ
工科大学のリンカーン研究所出版に係る1968年３
月８日付“技術業績報告書第446号”（Technical
ReportNo.446）“浅い空胴のUHF交差スロツト・
アンテナ”（Ａ Shallow Cavity UHF Crossed
−Slot Antenna）を参照）。しかし、これにおい
てさえ、各象限はそれぞれ別個のカプリング素子
によつて励磁されているのであつた。

比較的薄い共振空胴を用いる従来品の交差スロ
ツト・アンテナの他の不利な点は、同一周波数で
動作する代表的なマイクロ・ストリツプ・ラジエ
ータよりも多くの表面積を必良とする点にある。
このことは、たとえば、交差スロツト・ラジエー
タの背後にある共振空胴が、実際には、導波共振
器における共振寸法が自由空間におけるそれより
も長い真の導波共振器であるためであることから
そのようになるわけである。

しかし、第１図および第２図に示されるこの発
明の例示的実施態様は、伝統的な交差スロツト・
アンテナの可成りの利点を維持する一方、その構
造の上述の不利な点を大幅に緩和する。これは、
第１図および第２図において、共振空胴１０内に
導電板２２を配置することによつて達成される。
ある意味においては、導電板２２は、２つの直交
するスロツト１８および２０をそれぞれ励振させ
る２つの給電点２４および２６を有するマイク
ロ・ストリツプ・ラジエータとして考えてよい。
給電点２４および２６の精確な配置は、当事者に
は自明のインピーダンス整合を得るように選ばれ
る。２つの給電ポート間の絶縁は20dBよりも良
好である。

給電点２４および２６への給電は従来品と同様
に同軸コネクタ２８および３０を介して行なわれ
てよい。クオドラチユア・ハイブリツド回路は、
たとえば、２つの給電ポート２８および３０へ接
続されて交差スロツトの窓の円偏波を与えるよう
にすることができる。また、別態様として、給電
ポート２８および３０は別々に給電されてそれに
対応するそれぞれの対応直交線形偏波のうちの所
望のものを１つ得るようにしてもよい。

図示の例示的実施態様としては、共振空胴を真
空のままにしておいてもよく、または単純に周囲
の空気やまたはガスで充填してもよい。しかし、
空胴は、たとえばテフロン（登録商標）繊維ガラ
ス製の円板などの良質の誘電材で充填してもよい
ことは理解されるはずである。さらに、空胴およ
びマイクロ・ストリツプ円板は円形である必要は
なく、交差スロツトに関して方形その他の対称形
状を有していてもよい。そのような円形以外の形
状の１つの例について第８図および第９図を参照
しつつさらに詳述する。

これらの例示的実施態様は、放射窓がグラウン
ド・プレーン上の平面内に配置されているものが
図示されているが、一般に実施（たとえば、第１
０図および第１１図参図）されているように、空
胴もその上表面１２を周囲のグラウンド・プレー
ンに面を整合させて配置することができる。さら
に、空胴は、本出願人の米国特許第4051477号に
おいて教示するものと同様な態様で台（ペデスタ
ル）上に配置してアンテナの広いビーム幅特性を
さらに高めるようにしてもよい。

第１図および第２図における共振空胴の直径は
ある程度は円板の大きさや、空胴の深さや、スロ
ツトの寸法などにもよるが、約1/2波長である。
従つて、或る与えられた動作周波数に対する精確
な寸法は当業者における試行錯誤によつて決定さ
れるのが一番よいであろう。

第６図および第７図に示される実施態様は、第
１図および第２図に示されるものと酷似してお
り、従つて同様な素子には同様な番号が付されて
いる。しかし、第６図および第７図においては、
円板２２はその形状がやや楕円形である、つまり
全般に、２つの直交する寸法が少なくともやや不
均等になつている。すなわち、一方の長さはやや
短くなつていてインピーダンスの実効部分に等し
い誘導リアクタンスを与え、他方の長さはやや長
めになつていてインピーダンスの実効部分に等し
いリアクタンス容量を与えるようになつている。
次いで、素子２２がこれら直交する寸法における
２つの軸の中途において給電されると、電力は直
交モード間に均等に分割されて、これら２つのモ
ードに対する入力インピーダンス角度はそれぞれ
プラス45度およびマイナス45度となり、窓１８お
よび２０からの放射電界は角度的に直角位相であ
り、標準的軸接合部４２の内部導体へ接続された
単一の給電点４０のみによつて円形に偏波される
わけである。円形または楕円形の円板２２上の電
界分布は、同様な形状のマイクロ・ストリツプ放
射器ピツチにおいて経験されているものと同様で
ある。

第６図および第７図に示される実施態様は、
1.69GHzの動作周波数で完全に動作するようにつ
くられている。その周波数において、波長は空中
で約17.8cm（ほぼ７インチ）である。共振空胴の
内部寸法は直径約8.1cm（約3.2インチ）×高さ約
1.3cm（約1/2インチ）であつた。放射状スロツト
は幅が約0.8cm（約0.3インチ）で長さが約8.1cm
（約3.2インチ）であつた。導電板２２は銅メツキ
のアルミニウム製で肉厚が約0.6cm（約0.25イン
チ）であつて円板の中心に配置されたナイロンね
じによつて支持されている。（その他の如何なる
誘電性支持材やハニカム式の誘電構造なども物理
的支持を与えるために用いられうることは明らか
である。）導電板２２はその形状がやや楕円形であつて、
長軸が約4.4cm（約２ 7/8インチ）であり、短軸
が約3.2cm（約２ 5/8インチ）であつた。単一の
給電点は、共振空胴の外壁から半径方向かつ内方
へ約1.9cm（約3/4インチ）の、長軸と短軸との間
にこれらと等距離のところに位置付けされてい
る。

第３図ないし第５図に示されている実施態様も
第１図および第２図に示されているものとやや類
似している。すなわち、これらの実施態様のもの
も共振空胴１０の１つの壁内に形成された通常の
交差放射状空胴１８および２０を含む。ここでも
円形デイスク２２が共振空間の上下壁間のほぼ中
間に配置されている。

しかし、第３図ないし第５図におけるデイスク
２２はその中点において同軸コネクタ５０の外側
導体へ接続されており、この接続体も共振空胴の
下壁１４へ電気的に接続されている。換言すれ
ば、第３図ないし第５図においては、導電板２２
はその中点において共振空胴１０の下壁１４へ接
続されている。さらに、導電板２２は誘電シート
５２へ貼着されている。

同軸接続体５０からの内側導体５４は、誘電シ
ート５２を介して誘電シート５２へ貼着された導
電層から誘電シート５２の反対側へエツチングさ
れたクオドラチユア・ハイブリツド・マイクロ・
ストリツプ回路へ接続されている。第４図に見ら
れるごとく、同軸コネクタ５０の中央導体５４は
通常のクオドラチユア・ハイブリツド回路５６へ
その１つのポートにおいて給電するために接続さ
れた半径方向のマイクロ・ストリツプ・ライン５
８へ接続されている。同軸コネクタはその中心位
置が共振空胴の固有の低電圧部に置かれているの
で、空胴内の場を大幅に妨害するとはない。

放射状スロツト１８および２０の２つの直交モ
ードはクオドラチユア・ハイブリツド回路の出力
ポート６２および６４を点７０および７２におい
て共振空胴１０の底壁１４へ接続する２つの探針
（プローブ）によつてそれぞれ励振されている。
これらの探針は、誘電シート５２の下側に貼着さ
れている導電板２２の窓６６および６８を介して
接続されている。クオドラチユア・ハイブリツド
回路の第４のポート７４は対応する、すなわちマ
ツチした負荷へ接続されるのが好ましい。しか
し、別態様として、このポートは別な放射マイク
ロ・ストリツプ・ラインを介して、センター合わ
せされた別な同軸ラインへ接続されて、円形偏波
の反対観念での動作を行なわせてもよい。

第８図および第９図に示された実施態様は、こ
の発明に従つて、共振空胴およびその内部に配置
された誘電板に利用できるいくつかの可能な多角
形または他の非円形横断面形状のうちの１つを代
表するものである。たとえば、共振空胴１００の
横断面形状が、第８図および第９図に示すように
三角形の場合には、放射状スロツト１０２，１０
４および１０６はそれらの横断面形状に対して対
称的に配置され、また導電板１０８はそれぞれの
放射状スロツトに対して形状がほぼ対称的になつ
たものが配置される。（マイクロ・ストリツプ放
射器の三角形状は本出願人の米国特許第4012741
号に開示されている。）第８図および第９図の実
施態様においては、三角形の導電板１０８はやや
形状が不規則になつていて円偏波を生じるように
なつている。アンテナの動作は、第６図および第
７図について上述したものと同様であるが、それ
との相違点としては、３つの放射状スロツトは第
６図および第７図における２つの交差スロツト１
８および２０によつて形成される４つの放射窓の
場合のごとき０度、90度、180度および270度の位
相の進行ではなくて、０度、120度および240度の
位相進行において励起されることである。

第１０図および第１１図の実施態様において
は、放射状スロツト２００および２０２は、共振
空胴２０６の片側の境界を画成するグラウンド・
プレーン２０４内に形成されている。共振空胴の
残余部分は金属板２０８から打ち抜かれて境界２
１０において上側位置を占めるグラウンド・プレ
ーン２０４へ接続されている。金属板２１２は空
胴２０６の中央に懸架されていて、前述の各実施
態様の導電板２２のごとき機能を果たす。しかし
ながら、第１０図ないし第１１図においては、導
電板２１２へのラジオ周波数（r.f.）の送給はマ
イクロ・ストリツプ・ライン２１６からピン２１
４を介して行なわれる。この例示的実施態様にお
いては、グラウンド・プレーン２０４は誘電シー
ト２１８（たとえばテフロン（登録商標）−繊維
ガラス）の片側へ貼着されるとともに、マイク
ロ・ストリツプ・ライン２１６はこの誘電シート
の他側へ貼着されている。このマイクロ・ストリ
ツプ・ライン２１６は、プリント回路板を製造す
るのに用いられる公知のフオトセンシテイヴ・エ
ツチング法によつて形成されてよい。

上述した各実施態様において、共振空胴内に配
置された導電板は空胴を有効に曲折して一層長い
電気的共振寸法を与え、以て構造体の実際の共振
周波数を減少させている。従つて、如何なる動作
定周波数に対しても、アンテナの表面積はかかる
導電板を用いない場合に必要とされるであろう表
面積に比して有意に減少できるわけである。

この発明の僅か２、３の実施態様について詳述
したが、これらの実施態様はこの発明の新規かつ
有利な特徴から逸脱することなく種々に変更およ
び変化がなされうるものであることは当業者には
理解されるはずである。従つて、それらの変更お
よび変化は添付の特許請求の範囲により定義され
るこの発明の範囲内にすべて含まれるべきもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、この発明の好ましい例
示的の第１の実施態様を示す。第３図ないし第５
図は、この発明の好ましい例示的の第２の実施態
様を示し、第４図は、とくに誘電シートの一側へ
エツチングされた移相回路を示す。第６図および
第７図は、この発明の他の例示的実施態様を示
す。第８図と第９図もまた、この発明の他の実施
態様を示す。第１０図および第１１図は、周囲の
グラウンド・プレーンと同一の高さの放射状スロ
ツトを有するとともに、それを超えて通過するマ
イクロ・ストリツプ・ラインによつて給電される
例示的実施態様を示すものである。符号の説明、１０，１００，２０６……共振空
胴；１２，１４……導電板；１８，２０，１０
２，１０４，１０６，２００，２０２……交差放
射状スロツト；２２，１０８……導電板；２４，
２６，４０……給電点；２８，３０，５０……同
軸コネクタ；５２，２１８……誘電シート；５６
……クオドラチユア・ハイブリツド回路；５８，
２１６……マイクロ・ストリツプ・ライン；６
２，６４……出力ポート；６６，６８……窓；２
０４……グラウンド・プレーン。

Claims

【特許請求の範囲】１一つの壁に複数の交差した放射状スロツトを
形成した共振空胴を有する交差スロツト・アンテ
ナにおいて、上記空胴内に設置されていて総ての
空胴内壁から十分に離間せしめられることにより
所定の物理的な空胴寸法に対してその空胴の有効
電気共振寸法を長くする導電板と、上記導電板の
中間点から十分離れた少なくとも一点において上
記導電板に電気的に接続されていて夫々対応した
所定の相対位相関係を以て上記導電板を介して上
記複数のスロツトの夫々へ又は上記複数のスロツ
トの夫々からラジオ周波数信号を供給するための
ラジオ周波数供給手段とを備えていることを特徴
とする交差スロツト・アンテナ。２前記導電板は、その中間点付近で、前記空胴
内に形成された前記スロツトを有する壁とは反対
側にある上記空胴の一つの壁へ電気的に接続され
ていることを特徴とする特許請求の範囲１に記載
の交差スロツト・アンテナ。３前記供給手段は、前記共振空胴上方に配置さ
れたマイクロ・ストリツプ伝送ラインを有するこ
とを特徴とする特許請求の範囲１に記載の交差ス
ロツト・アンテナ。４前記導電板は、前記一つの壁に平行に切取ら
れた前記共振空胴の横断面と実質的に同様な形状
を有していると共に、該横断面の各寸法よりも小
さいことを特徴とする特許請求の範囲１に記載の
交差スロツト・アンテナ。５前記導電板は、実質的に前記空胴内の中央に
配置されていることを特徴とする特許請求の範囲
１に記載の交差スロツト・アンテナ。６前記導電板は、前記空胴の少なくとも一つの
壁へ少なくとも一回電気的に接続されることを特
徴とする特許請求の範囲１に記載の交差スロツ
ト・アンテナ。７前記共振空胴は、円筒状に成形され、又前記
放射状スロツトは、それらの間に均等に離間した
角度間隔を形成するように交差していることを特
徴とする特許請求の範囲１に記載の交差スロツ
ト・アンテナ。８前記導電板は、誘電シート材の片側に貼着さ
れた導電層を有することを特徴とする特許請求の
範囲７に記載の交差スロツト・アンテナ。９前記導電板は、二つの直交する軸に沿つて不
均等な寸法を有していて、前記供給手段は、上記
直交する軸から実質的に等距離にある点で上記導
電板へ電気的に接続されていることを特徴とする
特許請求の範囲７に記載の交差スロツト・アンテ
ナ。１０前記直交する軸は、前記放射状のスロツト
と実質的に整列していることを特徴とする特許請
求の範囲９に記載の交差スロツト・アンテナ。１１前記共振空胴は、多角形の断面形状を有
し、又前記放射状のスロツトは、該多角形状の各
辺に対して実質的に対称に配置されていることを
特徴とする特許請求の範囲１に記載の交差スロツ
ト・アンテナ。１２前記ラジオ周波数供給手段は、上記空胴の
一つの壁へ接続された外側導体と上記導電板の中
心から充分に離間している該導電板の一点に接続
された内側導体とを有する少なくとも一つの同軸
接続体を備えていることを特徴とする特許請求の
範囲１に記載の交差スロツト・アンテナ。１３一点において上記供給手段へ及び該一点か
ら夫々異なつた量だけ電気的に変位している他の
複数の点において上記空胴の少なくとも一つの壁
へ接続されている移相回路を備えていることを特
徴とする特許請求の範囲１に記載の交差スロツ
ト・アンテナ。１４前記移相回路は、前記誘電シートの他側に
貼着された導電層からエツチングされたマイク
ロ・ストリツプ回路を有することを特徴とする特
許請求の範囲１３に記載の交差スロツト・アンテ
ナ。１５前記移相回路は、一つの誘電シートの片側
に貼着された導電層からエツチングされ、又前記
導電板は、上記誘電シートの他側に貼着された別
の誘電層を有することを特徴とする特許請求の範
囲１３に記載の交差スロツト・アンテナ。