(57)【要約】  【課題】  ３次元曲面である設置面に沿って利得の低下なしに広角にビームを走査可能なアクティブアレイアンテナを提供する。  【解決手段】  １つまたは複数の能動高周波回路１を有する可撓性シート状の回路層２と、能動高周波回路１のそれぞれと電磁結合する１つまたは複数の放射スロット３が穿孔された可撓性シート状のアンテナ層４とを積層した構造し、回路層２は能動高周波回路１を有する非可撓性回路層導体２１の辺と可撓性回路層結合材２２の辺とを結合したものであり、アンテナ層４は放射スロット３が形成され非可曉性回路層導体２１に積層されるアンテナ層導体４１の辺と可撓性回路層結合材２２に積層される導体である可撓性アンテナ層結合材４２の辺とを結合したものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたは複数の能動高周波回路を含む可撓性シート状の回路層と、前記能動高周波回路のそれぞれと電磁結合する１つまたは複数の放射スロットが穿孔された可撓性シート状のアンテナ層とを積層したアクティブアレイアンテナ。
【請求項２】
前記回路層が、前記能動高周波回路が配置された非可撓性回路層導体の辺と可撓性回路層結合材の辺とを結合したものであり、
前記アンテナ層が、前記能動高周波回路に対応する位置に前記放射スロットが穿孔され、前記非可曉性回路層導体に積層されるアンテナ層導体の辺と前記可撓性回路層結合材に積層される導体である可撓性アンテナ層結合材の辺とを結合したものである請求項１に記載のアクティブアレイアンテナ。
【請求項３】
前記回路層が、可撓性シートの上に前記能動高周波回路を有する非可撓性回路層導体を配置したものであり、
前記アンテナ層が、前記放射スロットが形成され、前記非可曉性回路層導体に積層されるアンテナ層導体の辺と前記可曉性シートの前記非可撓性回路層導体が配置されていない部分に積層される導体である可撓性アンテナ層結合材の辺とを結合したものである請求項１に記載のアクティブアレイアンテナ。
【請求項４】
前記回路層が、前記能動高周波回路が配置された非可撓性回路層導体の辺と可撓性回路層結合材の辺とを結合したものであり、
前記アンテナ層が、前記能動高周波回路のそれぞれに対応する位置に放射スロットを穿孔した可撓性導体シートである請求項１に記載のアクティブアレイアンテナ。
【請求項５】
前記回路層が、可撓性シートの上に前記能動高周波回路を有する非可撓性回路層導体を配置したものであり、
前記アンテナ層が、前記能動高周波回路のそれぞれに対応する位置に放射スロットを穿孔した可撓性導体シートである請求項１に記載のアクティブアレイアンテナ。
【請求項６】
前記能動高周波回路のそれぞれが、誘電体基板と、前記誘電体基板上に配置された高周波増幅素子と、前記高周波増幅素子に高周波信号を入力する前記誘電体基板上に配置された回路側ストリップ導体と、前記高周波増幅素子で増幅された前記高周波信号を対応する前記放射スロットに出力する前記誘電体基板上に配置されたアンテナ側ストリップ導体とを含む請求項１から請求項５のいずれかに記載のアクティブアレイアンテナ。
【請求項７】
前記回路層の下面に、前記回路側ストリップ導体と電磁結合するストリップ導体を備える請求項６に記載のアクティブアレイアンテナ。
【請求項８】
前記回路層の下面に、前記ストリップ導体に接続される増幅素子を備える請求項７に記載のアクティブアレイアンテナ。
【請求項９】
前記能動高周波回路のそれぞれが、誘電体基板と、前記誘電体基板上に配置された高周波増幅素子と、対応する前記放射スロットで受信された高周波信号を前記高周波増幅素子に入力する前記誘電体基板上に配置されたアンテナ側ストリップ導体と、前記高周波増幅素子で増幅された前記高周波信号を出力する前記誘電体基板上に配置された回路側ストリップ導体とを含む請求項１から請求項５のいずれかに記載のアクティブアレイアンテナ。
【請求項１０】
前記回路層の下面に、前記能動高周波回路の前記回路側ストリップ導体と電磁結合するストリップ導体を備える請求項９に記載のアクティブアレイアンテナ。
【請求項１１】
前記回路層の下面に、前記ストリップ導体に接続される増幅素子を備える請求項１０に記載のアクティブアレイアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアクティブアレイアンテナに係り、特に、利得の低下なしに広角にビームを走査可能であるとともに、コンパクトな構成を有するアクティブアレイアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機のように３次元曲面で構成された構造体に取り付けられるレーダ用アンテナあるいは通信用アンテナには、構造体外面からの突出部が少なく、かつ、利得の低下なしに広角なビーム走査を可能とするために複数のアンテナ素子を取り付け面に配置するアレイアンテナが広く適用されている。
【０００３】
３次元曲面上にアンテナ素子を製作する方法としては、３次元曲面に銅箔等の導体を貼り付けた後、エッチングによりアンテナ素子を切り出すことが一般的であった。
【０００４】
しかし、上記の製作方法は、製作に長時間を要するだけでなく、製作費も高額となるという課題があった。
【０００５】
そこで、平面アレイアンテナと３次元曲面を有する誘電体との間に、空隙を埋めるスペーサを配置したコンフォーマルアレイアンテナが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
しかし、上記提案に係る従来のコンフォーマルアレイアンテナは、電波を放射する誘電体は３次元形状を有するものの、アンテナ素子自体は平面に配置されているので、アンテナの放射特性は、アンテナ素子が配置されている正面方向からずれるに従って利得が低下することを回避できない。
【特許文献１】特開２００２−１１１３７４号公報（［０００９］〜［００１２］、［図１］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであって、３次元曲面である設置面に沿って、利得の低下なしに広角なビーム走査が可能なアクティブアレイアンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るアクティブアレイアンテナは、１つまたは複数の能動高周波回路を含む可撓性シート状の回路層と、前記能動高周波回路のそれぞれと電磁結合する１つまたは複数の放射スロットが穿孔された可撓性シート状のアンテナ層とを積層した構成を有する。
【０００９】
この構成により、アクティブアレイアンテナを設置面に応じて自由に撓ませることが可能となる。
【００１０】
本発明に係るアクティブアレイアンテナは、前記回路層が、前記能動高周波回路が配置された非可撓性回路層導体の辺と可撓性回路層結合材の辺とを結合したものであり、前記アンテナ層が、前記能動高周波回路に対応する位置に前記放射スロットが穿孔され、前記非可曉性回路層導体に積層されるアンテナ層導体の辺と前記可撓性回路層結合材に積層される導体である可撓性アンテナ層結合材の辺とを結合したものである構成を有する。
【００１１】
本発明に係るアクティブアレイアンテナは、前記回路層が、可撓性シート上に前記能動高周波回路を有する非可撓性回路層導体を配置したものであり、前記アンテナ層が、前記放射スロットが形成され、前記非可曉性回路層導体に積層されるアンテナ層導体の辺と前記可曉性シートの前記非可撓性回路層導体が配置されていない部分に積層される矩形水平断面形状の導体である可撓性アンテナ層結合材の辺とを結合した構成を有していてもよい。
【００１２】
本発明に係るアクティブアレイアンテナは、前記回路層が、前記能動高周波回路が配置された非可撓性回路層導体の辺と可撓性回路層結合材の辺とを結合したものであり、前記アンテナ層が、前記能動高周波回路のそれぞれに対応する位置に放射スロットを穿孔した可撓性導体シートである構成を有していてもよい。
【００１３】
本発明に係るアクティブアレイアンテナは、前記回路層が、可撓性シート上に前記能動高周波回路を有する非可撓性回路層導体を配置したものであり、前記アンテナ層が、前記能動高周波回路のそれぞれに対応する位置に放射スロットを穿孔した可撓性導体シートである構成を有していてもよい。
【００１４】
以上の構成により、設置面に応じて自由に撓ませたときにも、利得の低下なしに広角にビームを走査することが可能となる。
【００１５】
本発明に係るアクティブアレイアンテナは、前記能動高周波回路のそれぞれが、誘電体基板と、前記誘電体基板上に配置された高周波増幅素子と、前記高周波増幅素子に高周波信号を入力する前記誘電体基板上に配置された回路側ストリップ導体と、前記高周波増幅素子で増幅された前記高周波信号を対応する前記放射スロットに出力する前記誘電体基板上に配置されたアンテナ側ストリップ導体とを含む構成を有している。
【００１６】
この構成により、アレイアンテナがアクティブ化されることとなる。
【００１７】
本発明に係るアクティブアレイアンテナは、前記回路層の下面に、前記アンテナ側ストリップ導体と電磁結合するストリップ導体を備える構成を有していてもよい。
【００１８】
本発明に係るアクティブアレイアンテナは、前記回路層の下面に、前記ストリップ導体に接続される増幅素子を備える構成を有していてもよい。
【００１９】
本発明に係るアクティブアレイアンテナは、前記能動高周波回路のそれぞれが、誘電体基板と、前記誘電体基板上に配置された高周波増幅素子と、対応する前記放射スロットで受信された高周波信号を前記高周波増幅素子に入力する前記誘電体基板上に配置されたアンテナ側ストリップ導体と、前記高周波増幅素子で増幅された前記高周波信号を出力する前記誘電体基板上に配置された回路側ストリップ導体とを含む構成を有している。
【００２０】
この構成により、アレイアンテナがアクティブ化されることとなる。
【００２１】
本発明に係るアクティブアレイアンテナは、前記回路層の下面に、前記回路側ストリップ導体と電磁結合するストリップ導体を備える構成を有していてもよい。
【００２２】
本発明に係るアクティブアレイアンテナは、前記回路層の下面に、前記ストリップ導体に接続される増幅素子を備える構成を有していてもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、可撓性シート状の回路層と可撓性シート状のアンテナ層との積層構成とすることにより、３次元曲面である設置面に沿って利得の低下なしに広角なビーム走査が可能なアクティブアレイアンテナを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下本発明に係るアクティブアレイアンテナの実施形態について、図面を用いて説明する。
【００２５】
本発明に係るアクティブアレイアンテナは、図１に示すように、１つまたは複数の能動高周波回路１を含む可撓性シート状の回路層２と、能動高周波回路１のそれぞれと電磁結合する１つまたは複数の放射スロット３が穿孔された可撓性シート状のアンテナ層４とを積層した構造を有する。
【００２６】
まず、本発明に係るアクティブアレイアンテナの第１の実施形態について説明する。
【００２７】
第１の実施形態の回路層２は、図２に示すように、能動高周波回路１を有する非可撓性回路層導体２１の辺と可撓性回路層結合材２２の辺とを結合した構成を有する。
【００２８】
第１の実施形態のアンテナ層４は、図３に示すように、能動高周波回路１に対応する位置に放射スロット３が穿孔され、非可曉性回路層導体２１に積層されるアンテナ層導体４１の辺と可撓性回路層結合材２２に積層される導体である可撓性アンテナ層結合材４２の辺とを結合した構成を有する。
【００２９】
図２および図３では、非可撓性回路層導体２１、可撓性回路層結合材２２、アンテナ層導体４１、および可撓性アンテナ層結合材４２は矩形形状としているが、これらは水平断面形状が矩形であればよく、垂直断面形状は、例えば図４に示す楕円等他の形状であってもよい。
【００３０】
非可撓性回路層導体２１は、図５に示すように、導体基板に凹部２３を設け、それぞれの凹部２３に能動高周波回路１を配置する構成とすることが、能動高周波回路１を保護する観点から望ましい。
【００３１】
能動高周波回路１は、図６に示すように、誘電体基板１１と、誘電体基板１１の上に配置された高周波増幅素子１２と、高周波増幅素子１２に高周波信号を入力する誘電体基板１１の上に配置された回路側ストリップ導体１３と、高周波増幅素子１２で増幅された高周波信号を電磁結合により対応する放射スロット３に出力する誘電体基板１１の上に配置されたアンテナ側ストリップ導体１４とを含む。
【００３２】
なお、アンテナ層導体４１の放射スロット３は、対応する能動高周波回路１のアンテナ側ストリップ導体１４の直上に所定の距離を隔てて設置する必要があるので、アンテナ層導体４１を非可撓性回路層導体２１に固定することが必要となる。
【００３３】
固定方法としては、アンテナ層導体４１を非可撓性回路層導体２１にビス止めする方法のほか、両者を導電性接着材により接着する方法を適用してもよい。
【００３４】
また、高周波増幅素子１２は、周知のモノリシックマイクロウエーブ集積回路（ＭＭＩＣ）を適用するものとする。
【００３５】
アンテナ層導体４１は、図７に示すように、矩形シート状の導体に、所定ピッチで電波放出用の放射スロット３が穿孔された構成を有する。なお、穿孔は１４．１ＧＨｚ用のアレイアンテナの場合には、例えば、長さ９．２ミリメートル、幅１．５ミリメートルとなる。
【００３６】
図８は、１つの能動高周波回路１を有する非可撓性回路層導体２１と１つの放射スロット３を有するアンテナ層導体４１の組み立て断面図であって、第１〜第３の組み立て構造がある。
【００３７】
第１の組み立て構造は、図８（Ａ）に示すように、回路側ストリップ導体１３に直接同軸ケーブルコネクタ１５が接続され、高周波信号は同軸ケーブルを介して高周波増幅素子１２に供給される。
【００３８】
また、アンテナ層導体４１は非可撓性回路層導体２１にビス止めされる。
【００３９】
第２の組み立て構造は、図８（Ｂ）に示すように、回路側ストリップ導体１３直下の非可撓性回路層導体２１に開口２４が穿孔される。そして、非可撓性回路層導体２１の裏面に回路側ストリップ導体１３と電磁結合して回路側ストリップ導体１３に給電するストリップ導体１６が配置され、ストリップ導体１６に同軸ケーブルコネクタ１５が接続される。
【００４０】
この構成により、高周波増幅素子１２に高周波信号を供給する同軸ケーブルをアンテナ裏面から接続することが可能となる。
【００４１】
第３の組み立て構造は、図８（Ｃ）に示すように、第２の組み立て構造のストリップ導体１６に増幅素子１７を接続した構成を有する。なお、増幅素子１７は、高周波増幅素子であっても、中間周波増幅素子であってもよい。また、増幅素子１７は、周波数変換素子を含んでいてもよい。
【００４２】
この構成により、送信装置全体を一層小型化することができるとともに、送信損失を低減することができる。
【００４３】
高周波増幅素子１２および増幅素子１７には別途駆動電力を供給する必要があることはいうまでもない。
【００４４】
次に、本発明に係るアクティブアレイアンテナの第１の実施形態を送信アンテナとして使用した場合の動作について説明する。
【００４５】
送信回路から出力された高周波信号は同軸ケーブル（図示せず）および回路側ストリップ導体１３を介して高周波増幅素子１２に入力する。高周波増幅素子１２で増幅された高周波信号はアンテナ側ストリップ導体１４から出力され、アンテナ側ストリップ導体１４の直上に開口し、アンテナ側ストリップ導体１４と電磁的に結合する放射スロット３から電波として放射される。
【００４６】
上記の第１の実施形態においては、非可撓性回路層導体２１およびアンテナ層導体４１の水平断面形状は短冊状の矩形であるため、本発明に係るアクティブアレイアンテナは、短冊形状の短辺方向に撓むことはできるものの、長辺方向には撓むことはできない。
【００４７】
本発明に係るアクティブアレイアンテナを３次元曲面に沿って設置することを可能とするためには、図９に示すように、非可撓性回路層導体２１およびアンテナ層導体４１の水平断面形状を略正方形とし、非可撓性回路層導体２１およびアンテナ層導体４１の４辺すべてに可撓性回路層結合材２２および導体である可撓性アンテナ層結合材４２を結合する構成とすればよい。
【００４８】
次に本発明に係るアクティブアレイアンテナの第２の実施形態から第４の実施形態について説明する。
【００４９】
なお、第１の実施形態で説明した３種類の非可撓性回路層導体２１とアンテナ層導体４１との組み立て構造、および、非可撓性回路層導体２１およびアンテナ層導体４１を略正方形の水平断面形状とする構成は、第２の実施形態から第４の実施形態に対しても適用できることは明らかである。
【００５０】
第２の実施形態は、図１０に示すように、回路層２は、可撓性シート２５の上に能動高周波回路１が配置された非可撓性回路層導体２１を配置したものである。
【００５１】
アンテナ層４は、第１の実施形態と同じく、放射スロット３が形成され、非可曉性回路層導体２１に積層されるアンテナ層導体４１と可曉性シートの非可曉性回路層導体２１で覆われていない部分に積層される可撓性アンテナ層結合材４２とを結合したものである。
【００５２】
第３の実施形態は、図１１に示すように、回路層２は、第１の実施形態と同じく、能動高周波回路１が配置された非可撓性回路層導体２１と可撓性回路層結合材２２とを結合したものである。
【００５３】
アンテナ層４は、能動高周波回路１のそれぞれに対応する位置に放射スロット３を穿孔した可撓性導体シート４３である。
【００５４】
第４の実施形態は、図１２に示すように、回路層２は、可撓性シート２５上に能動高周波回路１が配置された非可撓性回路層導体２１を配置したものである。
【００５５】
そして、アンテナ層４は、能動高周波回路１のそれぞれに対応する位置に放射スロット３を穿孔した可撓性導体シート４３である。
【００５６】
なお、第２の実施形態から第４の実施形態の動作は第１の実施形態と同一であるので記載を省略する。
【００５７】
本発明に係るアクティブアレイアンテナを送信用アンテナとして使用した場合には、３次元曲面である設置面に沿って利得の低下なしに広角にビームを走査可能であるだけでなく、送信機および送信アンテナを含む送信装置を小型化することが可能となる。
【００５８】
以上は、本発明に係るアクティブアレイアンテナを送信アンテナとして適用する場合について説明したが、本発明に係るアクティブアレイアンテナを受信アンテナに適用することもできることは明らかである。
【００５９】
送信アンテナとして使用する場合は、送信回路から出力される高周波信号は、回路側ストリップ導体から高周波増幅素子、アンテナ側ストリップ導体の順に伝送される。
【００６０】
これに対して、受信アンテナとして使用する場合は、放射スロットで受信された高周波信号は、アンテナ側ストリップ導体から高周波増幅素子、回路側ストリップ導体の順に伝送され、受信回路に導かれる。
【００６１】
そして、本発明に係るアクティブアレイアンテナを受信用アンテナとして使用した場合には、３次元曲面である設置面に沿って利得の低下なしに広角にビームを走査可能となる。
【００６２】
以上の説明のように、本発明に係るアクティブアレイアンテナは、以下のような利点を有することとなる。
【００６３】
１．本発明に係るアクティブアレイアンテナは可曉性を有するものの、増幅素子、放射素子、および増幅素子と放射素子との接続部分は非可曉性であるので、増幅素子、放射素子、および接続部分の特性の劣化なしに、本発明に係るアクティブアレイアンテナを３次元曲面に沿って柔軟に折り曲げることが可能となる。
【００６４】
２．本発明に係るアクティブアレイアンテナは、増幅素子および放射素子を３次元曲面に沿って折り曲げることが可能であるので、利得を低下なしに広角にビームを走査することが可能となる。
【００６５】
３．本発明に係るアクティブアレイアンテナは、３次元曲面に設置する際にも、３次元的な設計をする必要がないだけでなく、３次元的な部品を製作する必要もない。
【００６６】
４．本発明に係るアクティブアレイアンテナは、折り畳むことも可能であるだけでなく、折り畳み時の大きさを任意に定めることも可能であるので、可搬性、携帯性および収納性が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
以上のように、本発明に係るアクティブアレイアンテナは、３次元曲面である設置面に沿って利得の低下なしに広角にビームを走査することが可能となり、アレイアンテナ等として有効である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明に係るアクティブアレイアンテナの第１の実施形態の斜視図である。
【図２】本発明に係るアクティブアレイアンテナの第１の実施形態の回路層の斜視図および水平断面図である。
【図３】本発明に係るアクティブアレイアンテナの第１の実施形態のアンテナ層の斜視図および水平断面図である。
【図４】本発明に係るアクティブアレイアンテナの第１の実施形態の水平断面図である。
【図５】本発明に係るアクティブアレイアンテナの第１の実施形態の非可撓性回路層導体の斜視図である。
【図６】本発明に係るアクティブアレイアンテナの第１の実施形態の能動高周波回路の斜視図である。
【図７】本発明に係るアクティブアレイアンテナの第１の実施形態のアンテナ層の斜視図である。
【図８】本発明に係るアクティブアレイアンテナの第１の実施形態の非可撓性回路層導体とアンテナ層導体の組み立て水平断面図である。
【図９】本発明に係るアクティブアレイアンテナの別の第１の実施形態の斜視図である。
【図１０】本発明に係るアクティブアレイアンテナの第２の実施形態の水平断面図である。
【図１１】本発明に係るアクティブアレイアンテナの第３の実施形態の水平断面図である。
【図１２】本発明に係るアクティブアレイアンテナの第４の実施形態の水平断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１  能動高周波回路
２  回路層
２１  非可撓性回路層導体
２２  可撓性回路層結合材
３  放射スロット
４  アンテナ層
４１  アンテナ層導体
４２  可撓性アンテナ層結合材
【図１】
2006165779.tif 000003
【図２】
2006165779.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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