JPH02202704A - 平面アンテナ - Google Patents

Abstract

(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。

Description

【発明の詳細な説明】 憧ｍυ月隼坐Ｊ 本発明は、衛星放送受信等の用途に用いられるマイクロ
波帯の平面アンテナに関する。

従来■技街 近年我が国では、人工衛星から直接放送を行う衛星放送
が実用化され、又諸外国においてもこの種の放送システ
ムが普及しつつある。衛星放送では、ＳＨＦ帯の１２ギ
ガヘルツ付近が主に使用されており、この電波を受信す
るアンテナとしては、利得３０〜４０ｄＢ程度のパラボ
ラアンテナや平面アンテナが実用化されている。中でも
平面アンテナは、薄形、平板状のため耐風性、耐雪性が
良好であり、また設置が容易である等の理由から近年脚
光を浴びている。

従来の平面アンテナの一例を第３図に示す。第３図（ａ
）はサスペンデッドライン給電アンテナの一部分を示す
断面図である。図において、誘電体基板ｌｌ上の表面に
はアンテナ素子１２及びアンテナ素子１２の受信信号を
集めてコンバータに導くための給電線路１３となる導体
パターンが形成されている。

前記誘電体基板１１の一方の面に対向させて第１の地導
体板１４が、他方の面に対向させて第２の地導体板１５
が夫々配置されている。前記第１の地導体板１４には衛
星からのマイクロ波を取り入れるための放射孔１６が設
けられると共に、誘電体基板１１との間に空間を設ける
ための突起１７が形成されている。他方第２の地導体板
１５の側にも誘電体基板１１との間に空間を設けるため
の突起Ｉ８が形成されている。

この種の平面アンテナは第３図（萄に示すアンテナを１
エレメントとして２００〜１０００個のエレメントをア
レイ化し、各給電線を同相合成して出力が得られる。

アンテナ素子となる導体パターン１２は、誘電体基板１
１．第１の地導体板に設けられた放射孔１６及び、第２
の地導体板１５とともにマイクロストリップ共振器を構
成する。給電線路となる導体パターン１３は、誘電体基
板１１．第１の地導体板１４及び第２の地導体板１５と
でサスペンデッド線路を構成する。

第３図（ｂ）は、第３図（ａ）に示した従来装置の平面
図であり、第３図（ａ）と同一部分には同一符号を付け
て示す。

前記構造の平面アンテナでは、アンテナ素子となる導体
パターン１２は、目的となるマイクロ波帯の周波数に共
振する寸法形状であり、第１の地導体板に設けられた放
射孔１６を通ったマイクロ波帯の電波は、このアンテナ
素子となる導体パターン１２を励振し、高周波信号を誘
起する。給電線路となる導体パターン１３は、アンテナ
素子となる導体パターン１２に接続されているため、複
数個設けられたアンテナ素子で受信されたマイクロ波信
号は給電線路で合成されてコンバータに導かれる。

■が　゛　しようとする課 この種の平面アンテナは、ｌエレメントで得られる出力
は極めて微弱であるため多数のエレメントの出力を給電
線路で合成しなければならず、パラボラアンテナ等に比
較すると給電線路による給電損失があり、高効率にでき
ないという問題点を有する。給電損失の主たるものとし
ては誘電体損。

導体損、放射損があるが、特に導体損は周波数の平方根
に比例して大きくなる性質があるため、現在の１２ＧＨ
ｚの衛星放送のみならず、将来計画されている２２ＧＨ
ｚ帯での衛星放送のように使用周波数が高くなる受信シ
ステムの平面アンテナでは給電損失が大きな問題になる
。

本発明は前記従来の平面アンテナがもつ問題点に鑑みて
なされたもので、給電損失を軽減した高効率の平面アン
テナを提供することを目的とする。

課且土邂決ｆｌ犬濠勿王段 上述の目的を達成するため本発明は、アンテナ素子及び
給電線路を一方の表面に形成した誘電体基板の両面に夫
々地導体板を対向させてなる平面アンテナにおいて、誘
電体基板の他方の表面に対向する地導体板は、アンテナ
素子形成部分の誘電体基板との対向間隔が、給電線路形
成部分の誘電体基板との対向間隔より短かく成型されて
なるものである。

作−１− 給電線路の導体損失は、トリプレートラインやサスペン
デッドラインの場合、導体パターンを挟む上下の地導体
板間隔が広い程小さい。しかしマイクロストリップアン
テナのような不平衡平面回路共振器の場合、上下の地導
体板間隔が広くなると導体損失は減少する反面不要高次
モードが発生し、本来目的とする正面方向の利得は低下
する。

そこで給電線路を挟む部分の上下の地導体板間隔を広く
して導体損失の低減を図り、加えてアンテナ素子部に対
向する上下地導体板間隔を狭くすることにより高次モー
ドの発生を阻止し、高利得低損失な平面アンテナが可能
となる。

叉」Ｌ五 以下、本発明の実施例について説明する。第１図は本発
明の一実施例を示す断面図である。同図において、誘電
体基板ｌの一方の表面にはアンテナ素子２となる導体パ
ターン、及びアンテナ素子２間を結合して出力を取り出
す給電線路３となる導体パターンが１枚の銅張フィルム
基板等をエツチングすることによって形成されている。

前記誘電体基板１の表面に対向させて第１の地導体板４
が、また他方の表面に対向させて第２の地導体板５が配
置され、誘電体基板１は両地導体板４．５間の空間に位
置している。アンテナ素子２となる導体パターンは第２
の地導体板５とによって不平衡平面回路共振器を形成し
、アンテナ素子として動作する。

導体パターンに対向する第１の地導体板４側にはマイク
ロ波を導入するための放射孔６が形成され、また反対側
の第２の地導体板５側には、前記アンテナ素子２を形成
した部分に対向する領域に後述する寸法の隆起部７がプ
レス加工等によって形成され、誘電体基板ｌとの対向間
隔が短かくなるように設計されている。第１及び第２地
導体板４．５は誘電体基板１との間に間隔を形成して誘
電体基板１を空中に保持するためにスペーサ８が介挿さ
れ、ビス９及びナツト１０で相互の間が固定されている
。

第１の地導体板４に設けられた放射孔６を通ったマイク
ロ波帯の電波は、このアンテナ素子２を励振し、高周波
信号を誘起する。給電線路３はアンテナ素子２に接続さ
れているため、アンテナ素子２に誘起された高周波信号
は給電線路３に導かれて信号が取り出される。

第２図は前記構造のアンテナ素子エレメントを４個アレ
イ化した平面アンテナの分解斜視図である。給電線路３
は各４個のアンテナ素子２に接続されているため、４個
のアンテナ素子２で受信された信号が合成されて取り出
される。

尚前記平面アンテナにおいて、各地導体板と誘電体基板
間に形成する空間は中空とする代りに発泡ポリエチレン
等のスペーサを充填して構成することもできる。

次に第２の地導体板に形成する隆起部７の寸法及び作用
について説明する。

本実施例のような不平衡平面回路共振器をアンテナ素子
として用いる場合、アンテナ素子の主ビームが正面方向
を向く最低次モードの共振を用いることが多い。

一般に本実施例のようなアンテナ素子の場合、アンテナ
素子２となる導体パターンと第２の地導体板５との間の
距離が長くなると最低次モードに加えて第２次高次モー
ドも励振される。第２次高次モードで励振された場合の
放射パターンは正面方向にヌル点をもち、アンテナに対
して斜め方向に放射する放射パターンをもつ。従って最
低次モードと第２次高次モードが同時に励振された場合
、最低次モードのみが励振される場合と比較すると正面
方向の利得が小さくなる。正面方向の利得を下げないた
めには、アンテナ素子２となる導体パターンと第２の地
導体板５との間の距離を、第２次高次モードが励振され
ない値に保つ必要があり、その距離は使用波長をλとす
ると約λ／１６以下の厚さである。従って前記距離を使
用周波数１２ＧＨｚでは約１．６ｍｍ以下、２２ＧＨ２
では０．９ｍ−以下の値に設定することにより、高次モ
ードの励振を抑制することができる。

一方、トレプレートライン及びサスペンデッドラインの
減衰定数における導体損失の項は次式で表せる。

ここで、ζ−３７７Ωｌ　　Ｒ１−ＪｉＴフτ７７τ１
２．６０９　　Ｘｌ０−７７Ｔ　　（Ω／ｌＩ〕αＣ：
減衰定数、ε、：誘電率、ａ：伝送線路ライン幅、ｂ＝
上下地導体板間間隔、ｔ：伝送線路厚さ、ｆ：周波数、
σＣ：導体の導電率。

μＣ：透磁率、Ｚ、：特性インピーダンス上記式に基い
て、使用周波数が１２Ｇ）！ｚの場合の損失を、上下地
導体板間間隔すが１．６ｍｍの値を挟むｂ　＝　１１ｍ
ｍとｂ　＝　４　ｍｓについて、また２２Ｇｌｌｚの場
合の損失を０．９−　　を挟むｂ　＝０．５ｍｍとｂ　
−１ｍｍについて試算すると次の値になる。

但し、ｔ−０，０３５ｓａ＋、　　ａ　ｗ　２　ｍｍ、
　　ｔ　、　−１とする。

ｆ　＝１２ＧＨｚ　：　ｂ　−１ｍｍ、　ｔｘ　ｃ　−
１，７９６ｄＢ／ｍ、　　ｂ　＝４組１　α　ｃ　　−
０，６６２ｄＢ／ｉ＋ｆ　＝２２ＧＨｚ　：　ｂ　＝０
．５ａ＋ａ＋、　ａ　ｃ　＝４．６０１ｄＢ／ｍ、　　
ｂ　−１ｖａｎ、　　αＣ−２，４３２ｄＢ／ｍ間隔す
を長く設定することにより損失は１２ＧＩＩｚで１　ｄ
Ｂ／ｍ以上、２２ＧＨｚで２　ｄＢ／ｍ以上の改善とな
る。

多数の素子を接続して構成するマイクロストリップアレ
イアンテナでは給電線路長が長くなるためそれに伴って
導体損失が増大するが、前記実施例のように給電線路部
分の地導体板間間隔を大きくすることによって線路損失
の低減が図れる。

上述のように同一誘電体基板の表面にアンテナ素子と給
電線路を形成する平面アンテナでは、アンテナ素子部分
では誘電体基板と第２地導体板間の間隔を小さくして高
次モードの励振を阻止し、一方給電線路部分では間隔を
広くして導電損失を小さくすることにより、平面アンテ
ナの高効率化がなされる。例えば１２ＧＩＩｚ帯で用い
るアンテナの場合、隆起部７とアンテナ素子導体パター
ン２の間隔を１ｍｓ＋とじ、第１の地導体板４と第２の
地導体板５の間隔を４＋ｕ＋とじ、給電線路導体パター
ン３が第１の地導体板４と第２の地導体５との空間の中
央に位置するように配置する。このとき隆起部７が設け
られているため、導体パターン２がつくる共振器は高次
モードを発生せず、従ってアンテナ素子の利得は低下し
ない、また本実施例のような隆起部７を設けずに、第２
の地導体板５と導体パターン２及び３との間隔を一定に
した場合に比べて給電損失は小さい。

尚地導体板に設ける隆起部７は、地導体板５をプレス加
工して成型する代りに平坦な地導体板５の表面に隆起の
高さに相当する厚みの導体を重ねて構成することもでき
る。

主班曵殖来 以上説明したように本発明によれば、地導体板に簡単な
構成を付加して平面アンテナを作成すれば、給電線路の
損失を著しく低減させることができ、高効率なアンテナ
とすることができる。特にアンテナ素子エレメントを多
数平面状に配列してアレイアンテナとする平面アンテナ
としては、給電系の損失を抑えた高感度高効率な特性を
得ることができ、衛星放送の受信の信顛性を高めること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は同実
施例のエレメントをアレイ化した構成を示す分解斜視図
、第３図は従来の平面アンテナを示す断面図及び平面図
である。 ■−・・誘電体基板、２・・−アンテナ素子。 ３・・・給電線路、４−・−第１の地導体板。 ５・−・第２の地導体板。 ６−・・第１の地導体板に設けた放射孔。 ７・・・第２の地導体板に設けた隆起部。 ８−スペーサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一方の表面にアンテナ素子と給電線路とを形成し
   た誘電体基板を、相対向する地導体板間に配置してなる
   平面アンテナにおいて、前記誘電体基板の他方の表面に
   対向する地導体板は、アンテナ素子形成部分の誘電体基
   板との間隔が、給電線路形成部分の誘電体基板との間隔
   より大きく成型されてなることを特徴とする平面アンテ
   ナ。