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JPS63187707A - Ultra-compact wideband antenna - Google Patents

Ultra-compact wideband antenna

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JPS63187707A
JPS63187707AJP1951787AJP1951787AJPS63187707AJP S63187707 AJPS63187707 AJP S63187707AJP 1951787 AJP1951787 AJP 1951787AJP 1951787 AJP1951787 AJP 1951787AJP S63187707 AJPS63187707 AJP S63187707A
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JP
Japan
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antenna
ultra
cross
frequency
wideband antenna
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JP1951787A
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Koichi Kobayashi
弘一 小林
Toshihiko Yamagata
山形 利彦
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

Translated fromJapanese

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

Translated fromJapanese

【発明の詳細な説明】〔概要〕本発明はダブルリッジ導波管が通常1オクタ一ブ以上の
広帯域性がとれることに注目し、厳密な計算によって、
その断面寸法を決定し、アンテナの開口を下限周波数で
四分の一波長以下で1オクタ一ブ以上の動作周波数帯域
を実現し、また、その片端に同軸導波管変換部、開口部
に誘電体を設けた構成とし、同軸の入力端から誘電体を
介しての空間への出力までインピーダンスを整合して良
好な特性を得るとともに、エンドランチャ−型導波管タ
イプの超小形広帯域アンテナとしている。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] The present invention focuses on the fact that double ridge waveguides usually have a broadband property of one octave or more, and through rigorous calculations,
The cross-sectional dimensions of the antenna were determined, and the antenna aperture was designed to achieve an operating frequency band of more than one octave with a quarter wavelength or less at the lower limit frequency. The impedance is matched from the coaxial input end to the output to the space via the dielectric to obtain good characteristics, and it is an end launcher waveguide type ultra-small wideband antenna. .

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明はレーダや通信装置等のフェーズド・アレイ・ア
ンテナ・システムに用いられる超小型広帯域アンテナに
関し、特にリッジ導波管アンテナのりフジ部構造を最適
化することにより、小型で且つ広帯域特性を得るように
した超小形広帯域アンテナに関するものである。
The present invention relates to an ultra-small wideband antenna used in phased array antenna systems such as radar and communication equipment, and in particular, by optimizing the ridge structure of the ridge waveguide antenna, it is possible to obtain small size and wideband characteristics. The invention relates to an ultra-small wideband antenna.

通常、マイクロ波帯域のレーダや通信装置等のフェーズ
ド・アレイ・アンテナ・システムにおいては、そのアン
テナ素子間の配列ピンチがある程度大きくなると、ビー
ム走査方向の反対側に同レベルの不要ローブが形成され
る。従って、広帯域フェーズド・アレイ・アンテナに用
いられるアンテナ素子は動作周波数帯域の上限周波数で
約0.6波長に限定する必要がある。この欠点を解消す
るために超小形で、且つ広帯域を有するアンテナ素子の
出現が要望されている。
Normally, in phased array antenna systems such as radars and communication devices in the microwave band, when the array pinch between the antenna elements becomes large to a certain extent, an unnecessary lobe of the same level is formed on the opposite side of the beam scanning direction. . Therefore, the antenna element used in the wideband phased array antenna must be limited to approximately 0.6 wavelength at the upper limit frequency of the operating frequency band. In order to eliminate this drawback, there is a demand for an antenna element that is ultra-small and has a wide band.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第6図はフェーズド・アレイ・アンテナ・システムのブ
ロック図、第7図はそのアンテナ配置の一例図である。
FIG. 6 is a block diagram of a phased array antenna system, and FIG. 7 is an example of its antenna arrangement.

第6図に示すように、フェーズド・アレイ・アンテナ・
システムは、所定の周波数を発振する発振器1と、発振
器1の出力信号を複数回路に分配して出力する分配器2
と、分配された各回路の信号の位相を変える移相器3−
1〜3−nと、各移相器の出力信号を外部に送出するア
ンテナ4−1〜4−nとより構成されている。
As shown in Figure 6, the phased array antenna
The system includes an oscillator 1 that oscillates a predetermined frequency, and a distributor 2 that distributes the output signal of the oscillator 1 to multiple circuits and outputs the signal.
and a phase shifter 3- which changes the phase of the distributed signal of each circuit.
1 to 3-n, and antennas 4-1 to 4-n for transmitting output signals of each phase shifter to the outside.

また、アンテナ4−1〜4−nは、第7図に示すように
、例えば、導体板5上にマトリックス状に配置されてい
る。
Further, the antennas 4-1 to 4-n are arranged, for example, in a matrix on the conductor plate 5, as shown in FIG.

発振器1で発振した所定周波数の信号は分配器2で複数
回路に分配され、各移相器3−1〜3−nに入力する。
A signal of a predetermined frequency oscillated by an oscillator 1 is distributed to a plurality of circuits by a distributor 2 and input to each phase shifter 3-1 to 3-n.

各移相器は図示しない位相制御回路によりそれぞれ入力
信号の位相を変化させ、それぞれのアンテナ4−1〜4
−nに出力する。
Each phase shifter changes the phase of the input signal by a phase control circuit (not shown), and each of the antennas 4-1 to 4
-Output to n.

ここで、各アンテナは第7図の如くマトリ・7クス状に
配設されおり、且つ各アンテナに印加されるRF倍信号
位相を変えることにより3次元のビーム走査を行う。
Here, the antennas are arranged in a matrix as shown in FIG. 7, and three-dimensional beam scanning is performed by changing the phase of the RF multiplied signal applied to each antenna.

従来の広帯域アンテナとしては、■ヘリカルアンテナ、
■バイコニカルアンテナ、■スパイラルアンテナ、■対
数周期アンテナなどが挙げられるが、lオクターブ以上
の周波数帯域を持ち、且つ下限周波数(fL) テ開口
が0.5 C/fI、 (Cは光速)程度の小形に設計
できるのは■スパイラルアンテナであり、上述したフェ
ーズド・アレイ・アンテナの広帯域システムに用いられ
ている例もある。
Conventional broadband antennas include ■Helical antenna,
■ Biconical antenna, ■ Spiral antenna, ■ Logarithmically periodic antenna, etc. are examples, but they have a frequency band of 1 octave or more, and the lower limit frequency (fL) Te aperture is about 0.5 C/fI, (C is the speed of light). The spiral antenna can be designed to be as compact as possible, and there are examples of it being used in the wideband system of the phased array antenna mentioned above.

〔発明がIW決しようとする問題点〕[Problems that the invention attempts to resolve]

上記のスパイラルアンテナは、原理的にビーム幅が70
°〜80°と比較的に狭くビームを広域に走査できない
。また定在波比(VSWR)特性も全帯域を通して良好
とはいえない。さらに偏波面は円偏波であり、ビーム幅
以外の方向での軸比特性は極めて不安定であるといった
欠点がある。
The above spiral antenna has a beam width of 70 mm in principle.
The beam is relatively narrow (° to 80°) and cannot scan a wide area. Furthermore, the standing wave ratio (VSWR) characteristics cannot be said to be good throughout the entire band. Furthermore, the plane of polarization is circularly polarized, and the axial ratio characteristics in directions other than the beam width are extremely unstable.

本発明はこのような点に鑑みて創作されたもので、小型
で、しかも給電部がアンテナ軸方向にあるエンドランチ
ャ−型であり、また、lオクターブ以上の周波数帯域で
良好なVSWR特性と交差偏波特性を有し、安定したパ
ターンが得られる超小形広帯域アンテナを提供すること
を目的としている。
The present invention was created in view of these points, and is a compact, end-launcher type in which the feeding part is in the antenna axis direction, and also has good VSWR characteristics and crossover characteristics in a frequency band of 1 octave or more. The purpose of this invention is to provide an ultra-small wideband antenna that has polarization characteristics and can provide a stable pattern.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

第1図fan、 (blは本発明の超小形広帯域アンテ
ナの原理断面図であり、図(al中6は同軸コネクタ、
7は同軸コネクタ芯(エアーライン)、8はステンプト
ランスフオーマ、9はダブルリ・7ジ、10は誘電体で
ある。
FIG.
7 is a coaxial connector core (air line), 8 is a stamp transformer, 9 is a double rigid 7, and 10 is a dielectric.

第1図(a)に示すように、同軸/導波管変換部11は
給電用同軸コネクタ6をアンテナの軸の中心に位置させ
るため、シングルリッジ12とステンプトランスフォー
マ8とから成るインピーダンス整合のためのバラン回路
で構成し、徐々にダブルリッジ構造としてダブルリッジ
導波管部13を形成し、インピーダンス整合をとってい
る。また、空間とのインピーダンス整合は開口部14に
誘電体10を装着した構成としている。
As shown in FIG. 1(a), the coaxial/waveguide converter 11 uses an impedance matching system consisting of a single ridge 12 and a stamp transformer 8 in order to position the feeding coaxial connector 6 at the center of the antenna axis. The double ridge waveguide section 13 is gradually formed into a double ridge structure to achieve impedance matching. Further, impedance matching with space is achieved by attaching a dielectric 10 to the opening 14.

〔作用〕[Effect]

本発明によるダブルリッジ導波管方式では、動作周波数
外に遮断周波数がくるよう第1図(blに示す導波管帯
域断面を厳密に計算し、且つ同軸コネクタ6のインピー
ダンス(50Ω)と空間のインピーダンス(120πΩ
)に可能な限り整合させるため、シングルリッジ12に
はステンブトランスフォーマ8を設けて同軸コネクタ6
とダブルリッジ9間のインピーダンス整合を、またダブ
ルリッジ9と空間とのインピーダンス整合は開口部14
に設けられた誘電体10の$A層量等を調整して行なう
In the double ridge waveguide method according to the present invention, the cross section of the waveguide band shown in FIG. Impedance (120πΩ
), a stent transformer 8 is provided on the single ridge 12 to align the coaxial connector 6 as much as possible.
The impedance matching between the double ridge 9 and the double ridge 9 and the impedance matching between the double ridge 9 and the space are performed using the opening 14.
This is done by adjusting the amount of the $A layer of the dielectric 10 provided in the.

本発明によれば、ダブルリッジ導波管の断面を厳密に規
定することによって1オクタ一ブ以上の動作周波数が確
保されるとともに、下限周波数で四分の一波長以下の開
口直径が実現される。また、信号が給電される同軸コネ
クタから信号が送出される開口部までのインピーダンス
整合をとることにより、全帯域にわたって良好なVSW
’R特性を得ている。
According to the present invention, by strictly defining the cross section of the double ridge waveguide, an operating frequency of one octave or more is secured, and an aperture diameter of one-quarter wavelength or less is realized at the lower limit frequency. . In addition, by matching the impedance from the coaxial connector where the signal is fed to the aperture where the signal is sent out, good VSW is achieved over the entire band.
'R characteristic has been obtained.

〔実施例〕〔Example〕

第2図(a)、 (b)、 (c)は本発明の一実施例
の超小形広帯域アンテナの側断面、B−B’断面図、C
−C′断面図をそれぞれ示しており、第4〜5図は一実
施例の特性図を示している。なお、各図に示す寸法の単
位はmmである。
Figures 2 (a), (b), and (c) are side cross-sectional views, BB' cross-sectional views, and C
-C' sectional views are shown, and FIGS. 4 and 5 show characteristic diagrams of one embodiment. Note that the units of dimensions shown in each figure are mm.

本実施例では、開口直径の外寸が10mm、内寸が9m
m(第2図fb1図参照)で、周波数帯域が8GHz〜
18GHzの帯域を有する超小形広帯域アンテナの実施
例である。
In this example, the outer diameter of the opening is 10 mm and the inner diameter is 9 m.
m (see Figure 2 fb1), and the frequency band is 8 GHz ~
This is an example of an ultra-small wideband antenna having a band of 18 GHz.

第2図+aJ中、同軸コネクタ6と同軸コネクタ芯(エ
アーライン)7とシングルリッジ12とで構成される同
軸/導波管変換部11は入力インピーダンス50Ωを急
激に変化させることな(、良好なVSWRを確保し、且
つアンテナの中央に給電用コネクタを配置できるように
、第2図(Clのc−c ’断面図のごとく電界壁を非
対称として主要モード(ハイブリッドTEIOモード)
の遮断周波数を6.6G fizとし、下限動作周波数
8 G Ilzより充分低く設定して寸法を決定し、記
載の寸法としている。なお、高次モードTE20の遮断
周波数は約33GHzと計算され、以上の計算結果より
c−c’断面図に記載の寸法を得ている。
In Fig. 2+aJ, the coaxial/waveguide converter 11 composed of the coaxial connector 6, the coaxial connector core (air line) 7, and the single ridge 12 has a good In order to ensure VSWR and place the power supply connector in the center of the antenna, the electric field wall is made asymmetrical as shown in Figure 2 (C-C' cross section of Cl), and the main mode (hybrid TEIO mode) is set.
The dimensions are determined by setting the cutoff frequency to 6.6G fiz, which is sufficiently lower than the lower limit operating frequency of 8G Ilz, and the dimensions are as described. Note that the cutoff frequency of the higher-order mode TE20 is calculated to be approximately 33 GHz, and the dimensions shown in the cc' cross-sectional view are obtained from the above calculation results.

次に、開口部14につながる第2図0))のB−B ’
断面は開口部を対称形とするため、ダブルリッジ構造と
し、前述のシングルリッジ部から徐々にテーパリング1
5を施している。第2図(b)のB−B’断面図に記載
の寸法によるTEIOおよびTE20モードによる遮断
周波数は各々6.6 G11zと45GHzであり、帯
域周波数(8〜18GHz)のモードはハイブリッドT
EIOモードのみとなる。また、B−8’断面での導波
管伝送インピーダンスは8GHz、18G Hzで各々
130Ω、78Ωである。
Next, B-B' in FIG. 2 0)) leading to the opening 14
In order to make the opening symmetrical, the cross section has a double ridge structure, and gradually tapers 1 from the single ridge mentioned above.
5 has been applied. The cut-off frequencies for the TEIO and TE20 modes according to the dimensions shown in the BB' cross-sectional view of Fig. 2(b) are 6.6 G11z and 45 GHz, respectively, and the mode for the band frequency (8 to 18 GHz) is the hybrid T
Only EIO mode is available. Further, the waveguide transmission impedance at the B-8' cross section is 130Ω and 78Ω at 8 GHz and 18 GHz, respectively.

従って、空間のインピーダンス120 πΩ(377Ω
)と整合をとるために開口部14に誘電体1oを設け、
誘電体10の積層量を調整してその厚さを10mmに設
定してインピーダンス整合を行なっている。
Therefore, the spatial impedance is 120 πΩ (377Ω
), a dielectric material 1o is provided in the opening 14 in order to align with the
Impedance matching is performed by adjusting the amount of laminated dielectric material 10 and setting its thickness to 10 mm.

以上の構造による一実施例のアンテナを実測した結果、
第3図から第5図に示す特性が得られた。
As a result of actually measuring the antenna of one example with the above structure,
The characteristics shown in FIGS. 3 to 5 were obtained.

第3図はVSWR,利得、ビーム幅の特性図、第4図は
周波数がPLのときの放射パターン特性図、第5図は周
波数が2.3fLのときの放射パターン特性図をそれぞ
れ示している。
Figure 3 shows the characteristics of VSWR, gain, and beam width, Figure 4 shows the radiation pattern characteristics when the frequency is PL, and Figure 5 shows the radiation pattern characteristics when the frequency is 2.3 fL. .

第3図に示すように、VSWR・・・・・・・2:1以下アンテナゲイン・・2dbi以上(max 7 dbi
)2dbi  8GHz7 dbi  18 G tlzまた、第4図の下限周波数および第5図の上限周波数に
おけるパターン特性に示すように、ビーム幅(E面)・
・・70°〜160゜ビーム幅(E面)・・・60°〜
130゜となる。
As shown in Figure 3, VSWR: 2:1 or less Antenna gain: 2 dbi or more (max. 7 dbi
) 2 dbi 8 GHz 7 dbi 18 G tlz Also, as shown in the pattern characteristics at the lower limit frequency in Fig. 4 and the upper limit frequency in Fig. 5, the beam width (E plane)
...70°~160° Beam width (E plane)...60°~
It becomes 130°.

さらに、第4.5図より、交差偏波特性は一20db以
下となることがわかる。
Further, from FIG. 4.5, it can be seen that the cross-polarization characteristic is -20 db or less.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明によれば、小形で、且つ1オ
クターブの広帯域周波数にわたって良好なVSWRおよ
び交差偏波特性を有するエンドランチャ−型導波管アン
テナが得られ、配列性と耐電力性にすぐれているため、
広帯域フェーズド・アレイ・アンテナ・システムに在勤
に利用できる。
As explained above, according to the present invention, it is possible to obtain an end-launcher type waveguide antenna that is small and has good VSWR and cross-polarization characteristics over one octave broadband frequency, and has good arrangement and power durability. Because it is excellent in
Available for use in broadband phased array antenna systems.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の超小形広帯域アンテナの原理断面図、第2図は一実施例の超小形広帯域アンテナの断第6図は
フェーズド・アレイ・アンテナ・システムのブロック図
、第7図は第6図のアンテナ配置別図である。図において、1は発振器、2は分配器、3−1〜3− 
nは移相器、4−1〜4−nはアンテナ、5は導体板、
6は同軸コネクタ、7は同軸コネクタ芯(エアーライン
)、8はステップトランスフォーマ、9はダブルリッジ
、10は誘電体、11は同軸/導波管変換部、12はシ
ングルリ・ノジ、13はダブルリッジ導波管部、14は
開口部、15はテーパリングである。第1図<b)            (C)(Ql−τ赳例、、8/l、刑7:亭を戟゛アンナた畔面図第
2図一尖旋(列のVSWR,利疼 ヒー乙方だ#+主G]第
3図一突*trJ、h *ftnyy−>atr;spt+
t−ypnrv第4図一少一桐シ?J−友之tすへ6ターン(馴よ茅t 2.
3k )オ寺イ1a丁第5図7τ−ス”L、了1イ、了シテ九システム図7”Oソ7
m第6図
Fig. 1 is a cross-sectional view of the principle of the ultra-small wideband antenna of the present invention, Fig. 2 is a cross-sectional view of the ultra-small wideband antenna of one embodiment, Fig. 6 is a block diagram of a phased array antenna system, and Fig. 7 is a cross-sectional view of the ultra-small wideband antenna of the present invention. FIG. 6 is another diagram of the antenna arrangement in FIG. 6; In the figure, 1 is an oscillator, 2 is a distributor, 3-1 to 3-
n is a phase shifter, 4-1 to 4-n are antennas, 5 is a conductor plate,
6 is a coaxial connector, 7 is a coaxial connector core (air line), 8 is a step transformer, 9 is a double ridge, 10 is a dielectric, 11 is a coaxial/waveguide converter, 12 is a single renoge, 13 is a double In the ridge waveguide section, 14 is an opening, and 15 is a tapering. Figure 1 <b) (C) (Ql -τ Example, 8/l, Punishment 7: A side view of a bower + Main G] Fig. 3 one hit *trJ, h *ftnyy->atr; spt+
t-ypnrv Figure 4 Ichigo Ichigiri? J-Tomoyuki tsuhe 6 turns (Namiyo Kaya t 2.
3k) Oteri 1a-cho 5th figure 7τ-su"L, ryo1i, ryoshite9 system diagram 7"Oso7
mFigure 6

Claims (1)

Translated fromJapanese
【特許請求の範囲】[Claims] アンテナ軸方向に設けられた同軸導波管変換部(11
)と、該同軸導波管変換部(11)とインピーダンス整
合するダブルリッジ導波管部(13)と、該ダブルリッ
ジ導波管部(13)と外部空間とのインピーダンス整合
する誘電体(10)とより構成されて成ることを特徴と
する超小形広帯域アンテナ。
A coaxial waveguide conversion unit (11
), a double ridge waveguide section (13) that impedance matches with the coaxial waveguide conversion section (11), and a dielectric material (10) that matches the impedance of the double ridge waveguide section (13) with the external space. ) and an ultra-small wideband antenna.
JP62019517A1987-01-281987-01-28 Ultra-small broadband antennaExpired - Fee RelatedJPH0618287B2 (en)

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