JP4195025B2 - 平面アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、衛星信号受信用の平面アンテナ(PLANAR ANTENNA)に係り、より詳しくはアンテナのプローブラインを強固に取付けることができ、プローブライン(probe line)の揺れ等による損失を減らし、加工されたアレイ(array)型パッチ(patch)アンテナ部を別途の追加作業無しに、ＬＮＢ(Low Noise blockdown converter、作業用ブロックダーウン変換器)と結合することにより、工程が単純で生産性が向上される平面アンテナに関する。

一般的に衛星より放射される信号は数ＧＨＺの周波数帯域を有し、地上系の電波に比べて電束密度が低いのでこれを受信する為には、多くの信号を集め得るパラボラ(parabola)アンテナが主に用いられてきた。

しかしながら、このようなパラボラアンテナの場合は、嵩が大きく重くて家庭用の場合には問題が少ないが、車両装着等の場合にはその設置が難しく、維持保守が煩わしいのみならず、移動中に空気抵抗を多く受ける問題点があった。

従って、このような問題点を解決する為に、平面上に複数個の放射パッチを並べてこれを通じて電波を収集する方式の平面アンテナが開発された。

さらに、このように衛星信号を受信するアンテナ部に受信された数ＧＨＺ帯域の信号はＴＶ受像機のような信号受信装置に用いる為に、これに適合した低い周波数帯域に周波数変換をさせ、受信された微弱な伝達信号を増幅させる必要がある。この為に用いられるのが低雑音ブロックダーウン変換器のＬＮＢ(Low Noise blockdown converter)である。このようなＬＮＢは前記した信号受信部であるアンテナ部と連結され、全体のアンテナを構成するものにして、その構成は前記アンテナ部に伝達される信号を受け入れる導波管(feed horn)と前述した信号処理を行う回路部とで構成される。

しかしながら、前記平面アンテナ部とＬＮＢの連結は従来では図１に示した通り、アンテナ部のプローブラインをアンテナ部の平面に垂直になるように９０度に折曲げ、ＬＮＢの入力ポットである導波管に立体的に挿入する形態を取った。このような構成を通じて一定程度の信号損失を減らし得るものの、プローブラインの折曲げに伴うライン消失と平面アンテナの場合、移動用に主に用いられる点を考慮するに、移動に伴う振動が発生する場合にプローブラインが強固に固定されていないので、挿入された線路が揺れて導波管の中心に位置することができないことから、損失が発生する点等が問題となり信号受信に安定性が落ちる等の問題点とアンテナ部とＬＮＢの結合の際に、別途の追加作業を行うことにより作業性が悪い等の問題点がある。

本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、加工されたアンテナ部を別途の追加的作業無しで、ＬＮＢと結合することができ、移動に伴う振動の発生の際にも損失が発生しない平面アンテナを提供することを目的とする。

前記目的を達成する為に本発明は、アレイ型パッチアンテナ部と、これの下部に結合して上面に導波管の開放部が配置された導波管型ＬＮＢを含む平面アンテナにおいて、アンテナ部の平面上にプローブラインが存在するアレイ型パッチアンテナ部；及び前記ＬＮＢ導波管の開放部と前記パッチアンテナ部のプローブライン収集部上部に、対応できるように前記パッチアンテナ部の上面に結合され、パッチアンテナ部の接地板と電気的に接続して接地がなされ、前記ＬＮＢ導波管開放端面と一致する内部端面を有し、アンテナ受信周波数の1/4波長に該当する高さを有するキャップを含む平面アンテナであって、前記アレイ型パッチアンテナ部は、誘電体基板であって、その上面には偏波部が形成され、その下面には無線信号を抽出して伝達する複数のＲＦ放射パッチ、前記放射パッチを連結する給電線路及び前記給電線路を収集する前記プローブラインが形成されている誘電体基板；及び上面に複数の突起が形成され、前記突起のみを前記誘電体基板の下面の誘電体部に結合して、一定間隔をあけて前記誘電体基板に結合され、前記導波管に対応する導波管孔を具備し、前記キャップが電気的に接続される伝導性物質で形成された前記接地板を含むことを特徴とする。

前記のような本発明の平面アンテナによれば、加工されたアンテナ部とＬＮＢを結合する工程でプローブラインを折曲げる等の別途の追加的な作業無しにＬＮＢとアンテナ部を直接結合できるので、工程が単純で製作が容易なため生産性を高め得る利点があって、プローブラインの折曲げにより折曲部で発生する損失を減らし得る利点がある。

さらに、平面アンテナの場合は車両に装着して使用する場合が多く、この場合に車両の運行により発生する振動が、アンテナに伝達されることにより生じ得るプローブラインの振動を根源的に排除することによって、アンテナの振動に伴う損失が生じないので車両の運行中でも安定的な信号受信が可能な利点がある。

以下、本発明に付いて図面を参照して詳しく説明する。

本発明は平面アンテナに関するものにして、アレイ型パッチアンテナ部１０とこれの下部に結合して、上面に導波管２２が開放された導波管型ＬＮＢ２０を含む平面アンテナにおいて、アンテナ部１０の平面上にプローブライン１２が存在するアレイ型パッチアンテナ部１０、及び前記ＬＮＢ導波管２２の開放部と前記パッチアンテナ部のプローブライン１２収集部上部に対応できるように、前記パッチアンテナ部１０の上面に結合され、パッチアンテナ部１０の接地板１６と接続して接地がなされ、前記ＬＮＢの導波管開放端面と一致する内部端面を有し、アンテナ受信周波数の１／４波長に該当する高さを有するキャップ１を含む構成を有する。

これに対する具体的な実施形態は図２に示した通りであって、下記では前記図２を参照して詳しく説明する。

本発明が適用されるアンテナはアレイ型パッチアンテナ部１０を有する平面アンテナにして、一般的にマイクロストリップアンテナとも呼ばれる形式のアンテナである。このような形式のアンテナは受信部と変調／増幅部で構成され、これはそれぞれアレイ型パッチアンテナ部１０と、これの下部に結合するＬＮＢ部２０とに区分される。さらに、前記パッチアンテナ部１０から受信された信号のＬＮＢへの伝達の為に、パッチアンテナ部ではプローブライン１２が構成され、ＬＮＢには導波管２２が構成されて、これを通じてプローブライン１２に集まった信号は導波管２２を通じてＬＮＢに伝達されるものの、前記従来技術で記述した通り、プローブライン１２が導波管２２に挿入されるように、アンテナ部から折曲げて立体的に構成する場合には、プローブライン１２が完全に固定されないので振動に敏感な問題点があった。従って、これを改善する為に本発明のパッチアンテナ部１０のプローブライン１２は、パッチアンテナ部から立体的に折曲げて構成せずに、パッチアンテナ部１０の平面上に存在するようにする。これを通じて移動等の振動が発生する場合にもプローブライン１２がアンテナ部とは別に振動する問題を解決することができる。

しかしながら、このような構成を有する場合には、プローブライン１２の端部が集結されて集まるプローブラインの収集部がＬＮＢの導波管２２上部に乗せられる場合にも、信号が導波管２２内に入る量より空中に散乱してしまう量が多いことから損失が大きく発生するので、これを防止し損失を最小限に止どめ得るキャップ１で前記プローブライン収集部を覆う。

つまり、前記キャップ１は信号が外部に漏れるのを防止するためのものであって、前記ＬＮＢの導波管２２の開放端面と一致する内部端面を有するようにするキャップ形状を有する。これに対する具体的な例は図３に示した通りである。さらに、その位置は前記ＬＮＢの導波管２２の開放部のような内部端面を有するのでこれに対応するように配置され、このように配置される場合にキャップ１の内部に前記パッチアンテナ部のプローブライン１２収集部がキャップの投影面内に含まれる形態となる。従って、前記ＬＮＢ導波管２２の開放部と前記パッチアンテナ部１０のプローブライン１２収集部上部に対応される位置となり、垂直的には前記パッチアンテナ部１０上面に結合されるようにする。

さらに、信号が抜出さないようにするものである為、電気的にパッチアンテナ部１０の接地板１６と等電位を持たせる為に、前記接地板１６に接続して接地がなされるように構成する。これは前記キャップ１に接地ラインを接続する方法等の公知された多様な方法等を通じて構成することができ、好ましくはアンテナをコンパクトに構成する為に図２に一実施形態を示した通り、キャップ１の側面に取付けられた結合具の下端がキャップ１全体の床面より下部に突出され、この突出部が誘電体基板１１とパッチ基板１４を通過して接地板１６に接続されるようにする等の方法を通じて構成することができる。

さらに、前記キャップ１の導入に伴う損失を最小化する為には、キャップ１に対してインピーダンスマッチングを実施しなければならないものの、これを実施する為に前記キャップ１の高さは反射波損失を最小限に止どめ得るアンテナ受信周波数の１／４波長に該当する高さを有することが好ましく、具体的には衛星の中心周波数である１２．２ＧＨＺの信号に対する波長の０．２５倍の高さを有せしめることができる。これを通じてアンテナのパッチの個数が２倍ずつ増加する度毎にアンテナは約２．５ｄＢｉの利得が増加するものの、前記キャップを適用した場合には、一般的な利得上昇より高い３．０ｄＢｉに近い利得が得られる。

さらに、前記アレイ型パッチアンテナ部１０は図２に示した形態を含めて、既存の多様な形態のパッチアンテナ部を使用することができ、好ましくは、図４乃至図５にその上面と下面に対するその具体的な例を示した通り、上面に偏波部１０２が形成され、下面には無線信号を抽出して伝達する複数のＲＦ放射パッチ１１２、前記放射パッチ１１２を連結する給電線路１１４及び前記給電線路１１４を一端に収集するプローブライン１１６が形成される誘電体基板１１０と、図２に示した通り、上面に複数の突起１７が形成され、前記突起１７のみが前記誘電体基板１１０下面の誘電体部に結合して、一定間隔をおいて前記誘電体基板１１０に結合され、前記導波管に対応する導波管の孔１８を具備した伝導性物質からなる接地板１６を含む構成を有することができる。これを通じて別のスチロフォームのような誘電体を誘電体基板１１０と接地板１６間に挿入する必要がなくなり、製作が容易で誘電体と基板間の結合が均一でないことにより生ずる損失を減らすことができる。

さらに、前記ＬＮＢ内の導波管２２は多様な形態の模様を有することができ、好ましくは前記導波管の大きさは図２に示したような形態でＷＲ−７５規格に沿った形状及び大きさを有することが標準化及び損失減少の面で好ましく、前記導波管の深さも前述したような理由によりアンテナ受信周波数の１／４波長に該当する高さを有することが好ましく、具体的に衛星の中心周波数である１２．２ＧＨＺの信号に対する波長の０．２５倍の高さを有せしめることができる。

以上で説明した本発明は前述した発明の詳細な説明及び添付された図面により限定されるものではなく、下記特許請求範囲に記載された本発明の思想及び領域より逸脱しない範囲内で、該当技術分野で当業者が多様に修正及び変更させたことも亦本発明の範囲内に含まれることは勿論である。

従来の平面アンテナの場合にプローブラインとＬＮＢ間の結合関係を示した図面 本発明の平面アンテナの一実施形態の分解斜視図 本発明の平面アンテナの一実施形態に適用されるＬＮＢキャップの底面図 本発明の平面アンテナの一実施形態に適用される誘電体基板の上面を示す図 図４の誘電体基板の下面を示す図

符号の説明

１ ＬＮＢキャップ
１０ アレイ型パッチアンテナ部
１１ 誘電体基板
１２ プローブライン(Probe line)
１３ 放射パッチ
１４ パッチ基板
１６ 接地板
１７ 分離用突起
１８ 導波管孔
２０ ＬＮＢ（低雑音ブロックダーウン変換器）
２２ 導波管
１０２ 偏波部
１１０ 誘電体基板
１１２ 放射パッチ
１１４ 給電線路
１１６ プローブライン

Claims (1)

1. アレイ型パッチアンテナ部と、これの下部に結合して上面に導波管の開放部が配置された導波管型ＬＮＢを含む平面アンテナにおいて、
   アンテナ部の平面上にプローブラインが存在するアレイ型パッチアンテナ部；及び
   前記ＬＮＢ導波管の開放部と前記パッチアンテナ部のプローブライン収集部上部に、対応できるように前記パッチアンテナ部の上面に結合され、パッチアンテナ部の接地板と電気的に接続して接地がなされ、前記ＬＮＢ導波管開放端面と一致する内部端面を有し、アンテナ受信周波数の1/4波長に該当する高さを有するキャップを含む平面アンテナであって、
   前記アレイ型パッチアンテナ部は、
   誘電体基板であって、その上面には偏波部が形成され、その下面には無線信号を抽出して伝達する複数のＲＦ放射パッチ、前記放射パッチを連結する給電線路及び前記給電線路を収集する前記プローブラインが形成されている誘電体基板；及び
   上面に複数の突起が形成され、前記突起のみを前記誘電体基板の下面の誘電体部に結合して、一定間隔をあけて前記誘電体基板に結合され、前記導波管に対応する導波管孔を具備し、前記キャップが電気的に接続される伝導性物質で形成された前記接地板を含む
   ことを特徴とする平面アンテナ。

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