(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射素子の形成された層と地導体の形成された層との間の任意の複数の位置に分散して設けられ、上記２つの層の間隔を所定間隔に保つアンテナ装置用スペーサであって、上記２つの層の間隔に相当する幅を有し、長手方向の断面形状が波形のガラス繊維強化プラスチック板からなることを特徴とする平面アンテナ装置用スペーサ。
【請求項２】
誘電体シートに金属の放射素子を装着した放射素子層と、誘電体シートに金属面を装着してなる地導体層と、上記放射素子層と上記地導体層の間に設けられた枠状部材と、上記放射素子層と地導体層との間に設けられた請求項１に記載のスペーサと、上記放射素子へ給電する手段とを備えた平面アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、通信／レーダ等に適用し、アンテナの電気性能を確保するためのスペーサとその製造方法、および製造が容易でかつ外力などによる変形が生じても電気性能の劣化の少ない平面アンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、例えば特開昭６０−１０８０５号公報で示された従来の平面アンテナ装置を示す図で、マイクロストリップアンテナ装置である。１０７は放射素子、１０８はハニカム誘電体コア、１０９は地導体、１１０ａおよび１１０ｂは誘電体表皮である。このアンテナは、矩形状の放射素子１０７と地導体１０９とが、間にハニカム誘電体コア１０８と誘電体表皮１１０ａおよび１１０ｂとを挟んでマイクロストリップアンテナを形成している。
上記のように構成された従来の平面アンテナ装置では、装置の一層の軽量化を図る場合、上記ハニカム誘電体コア１０８を大きくする、あるいは上記誘電体表皮１１０ａおよび１１０ｂを薄くする必要があった。上記ハニカム誘電体コア１０８を大きくすることにより、上記平面アンテナ装置の軽量化を図る場合、上記誘電体表皮１１０ａおよび１１０ｂが撓むことにより、上記平面アンテナの平面度が劣化し、電気的性能の劣化につながるという問題があった。
【０００３】
上記問題に対し、発明者らはすでに特願平１０−１７６４１２号明細書において、図８のような平面アンテナ装置を開示し、軽量であるとともに平面度が良好に保たれる平面アンテナ装置を提案している。図において、１１２は放射素子、１１３ａおよび１１３ｂは誘電体シート、１１４は枠状部材、１１５は地導体、１１６は展張機構、１１７はマイクロストリップ線路である。このアンテナ装置は、放射素子１１２が装着された誘電体シート１１３ａにより放射素子層が、地導体１１５が装着された誘電体シート１１３ｂにより地導体層が形成されており、さらにこれら放射素子層と地導体層が展張機構１１６により展張されて枠状部材１１４に固定されており、平面アンテナ装置であるマイクロストリップアンテナを構成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように構成された平面アンテナ装置では、放射素子層と地導体層とを枠状部材１１４に展張することにより良好な平面度が得られ、軽量で低損失かつ広帯域なものが得られる。このようなアンテナ装置に期待通りの電気性能を発揮させるためには、放射素子層と地導体層との間隔を正確に保つ必要があるが、アンテナ装置に外部から力が加えられるなどして変形が生じた場合、放射素子層と地導体層との間隔が変化してアンテナ装置の電気性能が劣化する恐れがあった。
【０００５】
また、放射素子層と地導体層との間隔を保つために、枠状部材１１４を太くして剛性を大きくし、構造を剛直なものにしようとすると、アンテナ装置の重量が増加して、軽量であるという本アンテナ構造の特徴が出にくくなる場合があった。
【０００６】
さらに、製造時には、放射素子層と地導体層とを正確な形状に展張するために専用の治具を用いるなどして特別の注意を払う必要があった。
【０００７】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、発明者らが提案した平面アンテナ装置の信頼性をさらに向上させるために、変形が生じても放射素子層と地導体層との間隔を正確に保つことが可能で、枠状部材の剛性を大きなものとする必要のない軽量化を可能とするスペーサと、そのスペーサを容易に提供可能な製造方法とを提供することを目的とする。また、上記スペーサを具備した高性能な平面アンテナ装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願発明の請求項１に係る平面アンテナ装置用スペーサは、放射素子の形成された層と地導体の形成された層との間の任意の複数の位置に分散して設けられ、上記２つの層の間隔を所定間隔に保つアンテナ装置用スペーサであって、上記２つの層の間隔に相当する幅を有し、長手方向の断面形状が波形のガラス繊維強化プラスチック板からなるものである。
【００１１】
本願発明の請求項２に係る平面アンテナ装置は、誘電体シートに金属の放射素子を装着した放射素子層と、誘電体シートに金属面を装着してなる地導体層と、上記放射素子層と上記地導体層の間に設けられた枠状部材と、上記放射素子層と地導体層との間に設けられた請求項１に記載のスペーサと、上記放射素子へ給電する手段とを備えたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における平面アンテナ装置の構成を示したものである。図において、（ａ）は平面アンテナ装置の全体構成分解図、（ｂ）は平面アンテナ装置の断面構造を示した図である。１ａは放射素子２への給電手段であるマイクロストリップ線路７を備えた誘電体シートで、枠状部材４により離間、展張され、誘電体からなるスペーサ３ａを介して誘電体シート１ｂ、地導体シート５と積層される。ここでは例えば放射素子２は銅箔により形成された円形パッチ、１ａおよび１ｂはメッシュ状またはフィルム状の誘電体シートであり、ここでは例えばＫＦＲＰ（ケブラー繊維強化プラスチック）、枠状部材４は例えばＣＦＲＰ（カーボン繊維強化プラスチック）、地導体シート（金属面）５は例えば銅箔とする。円形パッチ２および銅箔５は、それぞれＫＦＲＰ１ａおよびＫＦＲＰ１ｂに装着され、それぞれ放射素子層と地導体層を形成している。放射素子層と地導体層は、その間にＣＦＲＰ４を挿入して重ねられており、それら２層の間隔は円形パッチ２の直下部に装着されたスペーサ３ａにより一定の距離に保たれている。このようにしてマイクロストリップアンテナが構成されている。
【００１４】
図２は、上記スペーサ３ａの構造を示したもので、（ａ）は上面図で、（ｂ）は（ａ）中Ａ−Ａ方向の断面図である。このスペーサは、例えばシアネートエステル樹脂からなり、円形パッチ２の形状に倣って中央部が円形の中空形状、全体が方形のものである。スペーサは中央部に高さＨの凸部を有し、凸部には高さｈの中空部が形成されている。図２中、（ａ）は上面図で、（ｂ）は断面図である。
【００１５】
上記のようなアンテナ装置用スペーサを、図１に示すように、放射素子層と地導体層とを有するアンテナ装置においてこれら２つの層の間に装着すると、これら２つの層の間隔が距離Ｈに保たれ、アンテナが外力などにより変形することがあっても放射素子層と地導体層との間隔が変ることがなく、アンテナの電気性能が劣化することを防ぐことができる。また、スペーサの高さＨと中空部の高さｈの割合を適当に変化させることによりスペーサの見かけの誘電率を変化させることができるので、アンテナ装置の電気設計の自由度を増すことが可能である。さらに、スペーサ内部に中空部分が形成されることで、スペーサが軽量化なものとなっている。
【００１６】
ここでは、樹脂としてシアネートエステル樹脂をあげたが、耐熱性や誘電率などスペーサへの要求に応じて、エポキシなど他の種類の誘電性樹脂や誘電性セラミックスを用いてもよい。また、スペーサの形状についても、ここでは全体が方形で中央部が円形のものを示したが、例えば図３のように中央部も方形にするなど（スペーサ３ｂ）、装着するアンテナ装置の放射素子の形状に応じて適当な形状にすることができる。図３は図２同様（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）中Ｂ−Ｂ方向の断面図である。この場合、上述の通り、スペーサの見かけの誘電率を変化させることができるので、アンテナ装置の電気設計の自由度を高くすることができる。
【００１７】
実施の形態２.
図４はこの発明の実施の形態２における平面アンテナ装置用スペーサ（ａ）とそれを放射素子層（誘電体シート）と地導体層との間に搭載した（枠状部材中の配置図）構造（ｂ）を示した図である。これは図１のスペーサ３ａの他の実施例で、ガラス繊維強化プラスチックからなる波形のスペーサ３ｃである。これは例えばガラス繊維で強化されたシアネートエステル樹脂により形成されている。
【００１８】
上記のようなアンテナ装置用スペーサを、放射素子層（誘電体シート）と地導体層とを有するアンテナ装置においてこれら２つの層の間に装着すると、これら２つの層の間隔が距離Ｈに保たれ、アンテナが外力などにより変形することがあっても放射素子層と地導体層との間隔が変ることがなく、アンテナの電気性能が劣化することを防ぐことができる。また、このスペーサはガラス繊維で強化されているため、その厚さｔを極めて薄くすることが可能で、例えばｔ＝０.３ｍｍ程度としても充分な強度を保ちうる。したがって、スペーサは実施の形態１のものと比しても極めて軽量なものとなる。さらにその結果として、スペーサの製造に用いられるガラス繊維強化プラスチックはごく少量となるので、このスペーサを放射素子層と地導体層との間に挿入することにより生ずる誘電損失はごく小さなものとなる。さらに、このスペーサは任意の長さに形成でき、放射素子層と地導体層との間の任意の位置に配置できる。ただし、所定間隔を保持するためには、放射素子層と地導体層との間に分散させた方がよい。
【００１９】
実施の形態３.
図５はこの発明の実施の形態３に係るアンテナ装置用スペーサの製造方法を説明するための図で、実施の形態２で示したスペーサ３ｃの製造方法である。図において、（ａ）はガラス繊維強化プラスチック板を成形する工程を、（ｂ）はガラス繊維強化プラスチック板を加工してガラス繊維強化プラスチック製スペーサを得る工程を示す。（ａ）の工程においては、一対の波形治具１１の間にガラス繊維と樹脂とを混合したプリプレグシート１２を適当な枚数挟み、加圧および加熱することで波形のガラス繊維強化プラスチック板１３を得る。（ｂ）の工程においては、波形のガラス繊維強化プラスチック板１３を、例えばダイヤモンドカッターにより機械加工するなどして、所望の幅のガラス繊維強化プラスチック製波形スペーサ３ｃを得る。
【００２０】
上記のような製造方法によれば、所望の幅を有するガラス繊維強化プラスチック製波形スペーサを高い生産性で製造することが可能となる。
【００２１】
ここでは、波形のガラス繊維強化プラスチック板を加工する方法としてダイヤモンドカッターによる機械加工をあげたが、この他にも、例えばレーザ加工機やウォータージェットカッターなどの手段により加工することも可能である。
【００２２】
実施の形態４.
図６はこの発明の実施の形態４のアンテナ装置の構成説明図であり、（ａ）は全体構成分解図、（ｂ）は断面図である。図６において、同一符号は図１と同様であり、スペーサ９は、ここでは誘電性発泡体である。図６に示すとおり、円形パッチ２および銅箔５は、それぞれＫＦＲＰ１ａおよびＫＦＲＰ１ｂに装着され、それぞれ放射素子層と地導体層を形成している。放射素子層と地導体層は、その間にＣＦＲＰ４を挿入して重ねられており、それら２層の間隔は円形パッチの直下部に装着された誘電性発泡体９により一定の距離に保たれている。このようにして銅箔５と円形パッチ２とによってマイクロストリップアンテナ装置が構成されている。
【００２３】
上記のように構成されたアンテナ装置においては、放射素子層と地導体層との間に装着されたスペーサによりこれら２つの層の間隔が一定に保たれ、アンテナに変形が生じたとしても、放射素子層と地導体層との間隔が変ることがなく、アンテナの電気性能が劣化することがない。また、放射素子層と地導体層との間隔をＣＦＲＰ４の剛性に頼って保つ必要がないので、ＣＦＲＰ４を細いものとすることができアンテナを一層軽量化することができる。加えて、ここではスペーサとして軽量な発泡体を円形パッチの直下部のみに挿入しているので、スペーサを設けたことによるアンテナの重量増加はわずかなものとなる。さらに、誘電性発泡体として例えばシアネートエステル樹脂のような低誘電損失樹脂の発泡体を用いれば、スペーサを挿入したことによるアンテナの誘電損失の増加はわずかである。このアンテナ装置においては放射素子層と地導体層との位置関係はスペーサによって保たれるので、アンテナ装置を製造する際に放射素子層と地導体層とを正確な形状に展張するために特別の注意を払う必要がなくなり、製造工程が容易なものになる。
【００２４】
ここでは、スペーサの材料として誘電性発泡体をあげたが、この他にも２つの層の間隔を維持できれば、誘電性ハニカムコアなどを用いても、同様の効果を得ることができる。
【００２６】
【発明の効果】
また、この発明の平面アンテナ装置用スペーサによれば、所定の幅を有し、断面形状が波形のガラス繊維強化プラスチック板を放射素子の形成された層と地導体の形成された層との間の任意の複数の位置に分散して設けることによりスペーサを形成するので、アンテナ装置の放射素子層と地導体層との間隔を一定に保つことができ、かつ極めて軽量で誘電損失が小さいスペーサが得られるという効果がある。
【００２７】
この発明の平面アンテナ装置によれば、誘電体シートに金属の放射素子を装着した放射素子層と、誘電体シートに金属面を装着してなる地導体層と、上記放射素子と上記地導体層の間に設けられた枠状部材と、上記放射素子層と地導体層との間の任意の複数の位置に分散して設けられた上記発明による断面形状が波形のガラス繊維強化プラスチック板からなるスペーサと、上記放射素子へ給電する手段とを備えたので、放射素子と地導体の間隔が一定に保たれ、アンテナ装置に変形が生じても電気性能が劣化しにくいという効果がある。また、枠状部材に要求される剛性が小さくなってアンテナ装置がより軽量になるという効果がある。さらに、平面アンテナ装置の製造が容易になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による平面アンテナ装置の構成説明図である。
【図２】  この発明の実施の形態１による平面アンテナ装置用スペーサの構成を示した図である。
【図３】  この発明の実施の形態１による別の平面アンテナ装置用スペーサの構成を示した図である。
【図４】  この発明の実施の形態２による平面アンテナ装置用スペーサの構成を示した斜視図である。
【図５】  この発明の実施の形態３による平面アンテナ装置用スペーサの製造方法を説明するための図で、実施の形態２で示したスペーサの製造方法の説明図である。
【図６】  この発明の実施の形態４による平面アンテナ装置及び該装置用スペーサの構成を説明するための図である。
【図７】  従来の平面アンテナ装置の構成を示した図である。
【図８】  別の平面アンテナ装置の構成を示した図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ  誘電体シート、    ２  放射素子、
３ａ、３ｂ、３ｃ、９  スペーサ、    ４  枠状部材、  ５  地導体シート、
７  マイクロストリップ線路、    １１  波形治具、
１２  プリプレグシート、    １３  波形ガラス繊維強化プラスチック板。
【図１】
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【図２】
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【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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