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JPH0797730B2 - モノパルスマイクロストリツプアンテナ - Google Patents
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JPH0797730B2 - モノパルスマイクロストリツプアンテナ - Google Patents

モノパルスマイクロストリツプアンテナ

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Publication number
JPH0797730B2
JPH0797730B2 JP61221411A JP22141186A JPH0797730B2 JP H0797730 B2 JPH0797730 B2 JP H0797730B2 JP 61221411 A JP61221411 A JP 61221411A JP 22141186 A JP22141186 A JP 22141186A JP H0797730 B2 JPH0797730 B2 JP H0797730B2
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JP
Japan
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radiating element
mode
feeding point
axis
monopulse
Prior art date
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JP61221411A
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康夫 鈴木
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Toshiba Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) モノパルス用に和及び差のパターンを形成するモノパル
スマイクロストリップアンテナに関する。
(従来の技術) 従来のモノパルス用のマイクロストリップアンテナは、
第8図に示すように、同一平面上に少なくとも4個の放
射素子11を配置させ、これらの出力を4個以上のハイブ
リッド12及び終端器13等で合成することにより、X−Z
面内での差のパターンΔX−Z、Y−Z面内での差のパ
ターンΔY−Z及び和のパターンΣを得ている。
しかしながら、上記のような従来のモノパルスマイクロ
ストリップアンテナでは、放射素子及びハイブリッドが
それぞれ4個以上必要であり、その構成が複雑であるば
かりか、位相合わせ等が困難であり、その調整も大変で
あった。
(発明が解決しようとする問題点) この発明は、従来のアンテナでは構成が複雑で位相合わ
せが難しかった点を改善するためになされたもので、部
品点数が少なく、構成が簡単であり、位相合わせが容易
なモノパルスマイクロストリップアンテナを提供するこ
とを目的とする。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段) この発明に係るモノパルスマイクロストリップアンテナ
は、第1の給電点より最低次モードで励振され、いわゆ
るモノパルス測角に用いられる和のパターンを形成する
第1の放射素子と、この第1の放射素子の一方側に誘電
体もしくは空気を介して位置し、前記第1の放射素子の
地導体となると共に、前記第1の放射素子よりも広く形
成されかつ第2、第3の給電点よりそれぞれ前記最低次
モードとは異なる最低次の次の高次モードで励振され、
いわゆるモノパルス測角に用いられる差のパターンを形
成する第2の放射素子と、この第2の放射素子の第1の
放射素子とは反対側に誘電体もしくは空気を介して位置
し、前記第2の放射素子の地導体となると共に、前記第
2の放射素子よりも広く形成される地導体板と、前記第
1、第2の放射素子上に形成される第1乃至第3の給電
点に給電を行う給電手段とを具備し、前記第1、第2の
給電点を第1の軸上の互いに異なる位置に配置し、前記
第3の給電点を前記第2の放射素子の中心位置を通り前
記第1の軸と直交する第2の軸から45°傾けた軸上の、
その交点から第2の給電点までの距離と同じ距離の位置
に配置することを特徴とする。
(作用) 上記構成によるモノパルスマイクロストリップアンテナ
は、最低次モードで励振される第1の放射素子と最低次
の次のモードで励振される第2の放射素子がスタック状
に重ね合わされているため、特別にハイブリッドを使用
することなく、第1の放射素子から和のパターンを取出
し、第2の放射素子から差のパターンを取出すことがで
きる。
(実施例) 以下、第1図乃至第6図を参照してこの発明の一実施例
を説明する。
第1図はその構成を示すもので、(a)図は上面図、
(b)図は側面図である。図中21はTM110モードで共振
する第1の放射素子、22は第1の放射素子21に対して地
導体板となりかつTM210モードで共振する第2の放射素
子、23は第2の放射素子22に対する地導体板、24〜26は
それぞれ第1乃至第3の給電用同軸線路、Aは第1の放
射素子を励振するための第1の給電点、B,Cはそれぞれ
第2の放射素子22を励振するための第2及び第3の給電
点である。
第1及び第2の放射素子21,22は間隔t1をもって対向さ
れ、その間には誘電体ε1による層が形成される。ま
た、第2の放射素子22及び地導体板23は間隔t2をもって
対向され、その間には誘電体ε2による層が形成され
る。第1及び第2の放射素子21,22はそれぞれ直径a1,a2
(a1<a2)とする円盤状に形成され、中心軸(Z軸方
向)が同一となるようにして対向されている。また、地
導体板23は第2の放射素子22より広く形成され、第2の
放射素子22と対向して設けられており、第1の放射素子
21とは中心付近で対向しないように貫通されている。
第1の給電点Aは第1の放射素子21と地導体板23とが重
ならない位置でX軸上に設けられている。この第1の給
電点Aで、第1の給電用同軸線路24の中心導体が第1の
放射素子21に接続され、外導体が第2の放射素子22に接
続されている。第2の給電点Bは第1の放射素子21と第
2の放射素子22とが重ならない位置でX軸上に設けられ
ている。この第2の給電点Bで、第2の給電用同軸線路
25の中心導体が第2の放射素子22に接続され、外導体が
地導体板23に接続されている。第3の給電点Cは第1の
放射素子21と第2の放射素子22とが重ならない位置でX
軸からY軸方向に45°傾けた位置に設けられている。こ
の第3の給電点Cで、第3の給電用同軸線路26の中心導
体が第2の放射素子22に接続され、外導体が地導体板23
に接続されている。
上記構成において、以下その動作について説明する。
まず、第1の放射素子21をTM110モードで共振させ、第
2の放射素子22をTM210モードで共振させる。TM110モー
ドで共振する第1の放射素子21の半径a1は、 で近似することができる。また、TM210モードで共振す
る第2の放射素子22の半径a2は、 で近似することができる。このことは文献(K.Hirasaw
a,et el.“Analysis,Design,and Measurement of Small
and Low−Profile Antennas"Norwood,MA.;Artech Hous
e,1992.)等で広く知られている。
但し、xmn0は、第一種m次のベッセル関数をJm(x)で
表すとき、 Jm′(xmn0)=0 を満足するn番目の解であり、TM110モードとTM210モー
ドに対しては、それぞれ x110≒1.841 x210≒3.054 で近似することができる。
また、f0は設計周波数であり、εは放射素子導体と地
導体板との間の媒質の比誘電率である。さらに、ε
μはそれぞれ自由空間の誘電率と透過率であり、 ε={1/(36π)}×10-9 [F/m] μ=4π×10-7 [H/m] となる。
このとき、第1の放射素子21には第1の給電点Aの給電
によりTM110モード電流が第2図中矢印で示すように流
れる。このため、ハイブリッドを使用することなく、第
1の給電用同軸線路24を通じて、例えば第3図に示すよ
うなモノパルスにおける和のパターンΣを得ることがで
きる。第3図において(a)図はX−Z面(E面)内の
和のパターン、(b)図はY−Z面(H面)内の和のパ
ターンを示している。
一方、第2の放射素子22では第2の給電点Bの給電によ
りTM210モード電流が第4図中矢印で示すように流れ
る。このため、ハイブリッドを使用することなく、第2
の給電用同軸線路25を通じて、例えば第5図に示すよう
なモノパルスにおけるTM210モードによるX−Z面内の
差のパターンΔX−を得ることができる。
また、第2の放射素子22では第3の給電点Cの給電によ
りTM210モード電流が第6図中矢印で示すように流れ
る。このため、同じくハイブリッドを使用することな
く、第3の給電用同軸線路26を通じて、例えば第7図に
示すようなモノパルスにおけるTM210モードによるY−
Z面内の差のパターンΔY−Zを得ることができる。
すなわち、放射素子導体の形状が円形のマイクロストリ
ップアンテナは、一般に円形マイクロストリップアンテ
ナと呼ばれ、放射素子導体と地導体板とで挟まれた領域
内にはTMmn0モードと呼ばれる共振モードが励振され
る。このモードの電界成分は、 と表現することができる。ここで、Vmn0は境界条件から
決まる係数であり、tは放射素子導体と地導体板とで挟
まれた領域の厚さである。また、φmn0は放射素子導体
と地導体板とで挟まれた共振領域に存在し得る共振モー
ドに対応した固有関数であり、円形マイクロストリップ
アンテナの場合、 と置き換えられる。但し、 であり、φ0は給電点のφ座標を表す。
また、この場合、放射素子導体の地導体板に対向した表
面上の電流分布は、 と表現できる。但し、ωは角周波数である。したがっ
て、m=1、n=1であるTM110モードに対する電流分
布は、その給電点をX軸上の点Aに選ぶとき、φ0=0
°となり、第2図に示すものとなる。また、TM210モー
ドに対する電流分布は、その給電点を同じくX軸上の点
Bに選ぶとき、第4図に示すものとなる。
ところで、TM210モードに対する電流分布に注目する
と、その給電点の位置を第1図の点Cに選ぶことによ
り、φ0=45°となり、第6図に示す電流分布となるこ
とがわかる。ここで注目すべき点は、この電流分布と第
4図に示す電流分布とは相関がないという点である。こ
れは、両給電点間には高いアイソレーションがあること
を意味しており、これらの電流分布に基づく放射パター
ンはモノパルス測角に必要な和のパターンと差のパター
ンを構成している点である。
この電流分布に対応する放射磁界は、ホイヘンスの原理
より、 と求まる。但し、上式の積分はマイクロストリップアン
テナの放射素子の端部開放側面上での面積分を表し、
′は同側面上の外向き単位法線ベクトルを表す。ま
た、はZ軸方向の単位ベクトルであり、rは波源から
放射電界に対する観測点までの距離を表す。さらに、k0
は自由空間の伝搬定数であり、設計周波数に対する波長
をλで表すとき、 k0=2π/λ と表現できる。(7)式より、放射電界は、mn0 =120πmn0× …(8) と表せる。この結果を元に、m=1、n=1であるTM
110モードに基づく放射電界を求めると、その給電点を
X軸上の点Aに選ぶとき、φ0=0°とおくことによっ
て第3図に示すものとなり、モノパルス測角のΣパター
ンに相当する指向性となっていることがわかる。また、
TM210モードに基づく放射電界を求めると、その給電点
をX軸上の点Bに選ぶとき、φ0=0°とおくことによ
って第5図に示すものとなり、X−Z面内に対するΔパ
ターンに相当する指向性となっていることがわかる。一
方、点Cに選ぶとき、φ0=45°とおくことによって第
7図に示すものとなり、Y−Z面内に対するΔパターン
に相当する指向性となっていることがわかる。
したがって、上記のように構成したモノパルスマイクロ
ストリップアンテナは、ハイブリッドを必要とせず、さ
らに位相合わせ等の繁雑な作業を必要としないので、部
品点数が少なく、構成が簡単であり、位相合わせが容易
である。
尚、上記実施例では、便宜上、円形マイクロストリップ
アンテナを例に説明したが、この場合のTM110モードは
いわゆる基本モードであり、TM210モードはいわゆる高
次モードである。要は、最低次のモードと最低次の次の
次数のモードを利用することがこの発明の特徴とする点
であり、放射素子導体の形状に依存するものではない。
例えば、矩形マイクロストリップアンテナの場合は、TM
010モード、またはTM100モードに基づく放射電界がΣパ
ターンに相当する指向性を示すことになり、TM110モー
ドに基づく放射電界がそれぞれX−Z面内に対するΔパ
ターンとY−Z面内に対するΔパターンに相当する指向
性となる。また、誘電体層ε1,ε2の比誘電率及び厚さ
は同じであっても良く、また空気であってもよい。ま
た、基板21〜23の大きさ及び形状はその上にある放射素
子導体より大きければ任意でよいものである。
[発明の効果] 以上のようにこの発明によれば、部品点数が少なく、構
成が簡単であり、位相合わせが容易なモノパルスマイク
ロストリップアンテナを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明に係るモノパルスマイクロストリップ
アンテナの一実施例を示す構成図、第2図乃至第7図は
それぞれ同実施例の動作を説明するための図、第8図は
従来のアンテナの構成を示す構成図である。 11……放射素子、12……ハイブリッド、13……終端器、
21,22……放射素子、23……地導体板、24〜26……給電
用同軸線路、A〜C……給電点。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1の給電点より最低次モードで励振さ
    れ、いわゆるモノパルス測角に用いられる和のパターン
    を形成する第1の放射素子と、 この第1の放射素子の一方側に誘電体もしくは空気を介
    して位置し、前記第1の放射素子の地導体となると共
    に、前記第1の放射素子よりも広く形成されかつ第2、
    第3の給電点よりそれぞれ前記最低次モードとは異なる
    最低次の次の高次モードで励振され、いわゆるモノパル
    ス測角に用いられる差のパターンを形成する第2の放射
    素子と、 この第2の放射素子の第1の放射素子とは反対側に誘電
    体もしくは空気を介して位置し、前記第2の放射素子の
    地導体となると共に、前記第2の放射素子よりも広く形
    成される地導体板と、 前記第1、第2の放射素子上に形成される第1乃至第3
    の給電点に給電を行う給電手段とを具備し、 前記第1、第2の給電点を第1の軸上の互いに異なる位
    置に配置し、前記第3の給電点を前記第2の放射素子の
    中心位置を通り前記第1の軸と直交する第2の軸から45
    °傾けた軸上の、その交点から第2の給電点までの距離
    と同じ距離の位置に配置することを特徴とするモノパル
    スマイクロストリップアンテナ。
JP61221411A 1986-09-19 1986-09-19 モノパルスマイクロストリツプアンテナ Expired - Lifetime JPH0797730B2 (ja)

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