JPH03219706A - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、平面アンテナに関し、より具体的には、ラジ
アル・ライン・スロット・アンテナと呼ばれ、軸対称モ
ート励振される平面アンテナに関する。

［従来の技術］ ラジアル・ライン・スロット・アンテナに関しては、種
々の文献（例えば、笹沢英生、安藤真、後藤尚久［ラジ
アルラインスロットアンテナ配置と能率の向上」電子通
信学会信学技報、ＡＰ８６−１０６）や、特許出願公開
昭和５７−８７６０３号、６〇−１９９２０１号、６０
−１９９２０２号、６０−１９９２０３号、６０−２０
０６０２号、平成１−４６３０５号なとに記載されてい
る。

これらに記載されている軸対称モード励振の平面アンテ
ナは、専ら２つの伝搬層を具備する２層構造であった。

即ち、給電源からの電波を下伝搬層の中央に供給して下
伝搬層を半径方向外側に伝搬させ、その外端で上伝搬層
に導き、上伝搬層内を中心に向けて伝搬させ、上伝搬層
での伝搬過程て多数の放射スロットにより電波を放射さ
せるようにしていた。その放射スロットの配置により円
偏波、直線偏波か決定されていた。このような２層構造
は、アンテナ面に沿った面内で半径ｒに対して一様に近
い開口電力分布を理論的に得やすいという利点があるが
、２層構造であるがゆえに、製造か困難であるという欠
点がある。

これに対して、本出願の発明者は、先に１層構造の平面
アンテナを提案した（平成１年特許願第２１４３１８号
）。この特許願に開示された平面アンテナを簡単に説明
する。第４図はその正面図を示し、第５図は第４図のＡ
−Ａ線における断面図を示す。

この１層構造の平面アンテナ１０では、所定間隔だけ離
れた円形の導電性上板（放射板）１２と、同じく円形の
導電性下板１４とにより軸対称モード伝搬のラジアル導
波路を形成し、下板１２の中心に同軸ケーブル１６を接
続して、同軸ケーブル１６から当該ラジアル導波路に送
信電波を供給する。上板１２の内面（下板１４に向いた
面）の中央部分には、同軸ケーブル１６からの送信電波
を半径方向外側に向ける整合反射体１８が取り付けられ
ている。

上板１２には、空間的及び電気的に直交するように配置
された２つの放射スロット（受信の場合も総称して結合
スロットと呼ぶ。）２ＯＡ、２０Ｂを対として、このよ
うな放射スロット対２０をスパイラル線に沿って多数配
置しである。参考のため、このスパイラル線を第４図に
破線で図示した。このように配置すると、アンテナ正面
で円偏波が得られることが分かつている（上記文献参照
）。また、放射スロット２ＯＡ、２０Ｂの諸パラメータ
、具体的には放射スロット２ＯＡ、２０Ｂの長さ及び半
径方向に隣接する放射スロット対２０の距離Ｓｒ、周方
向間隔Ｓａ、導波路の厚み（即ち、板１２．１４間の間
隔）なとを調節することにより、開口面電界分布の一様
性を保ちつつ、ラジアル導波路外との結合係数αを調節
できる。つまり、多数の放射スロット２ＯＡ、２０Ｂは
、様な開口分布を得ることができように配置される。

同特許願ではまた、中央から外周に向かって給電電波が
伝搬する過程で正面に放射されずに残る電波も、残らず
アンテナ正面に放射するために、ラジアル導波路の外周
終端部分に、伝搬電波を正面方向に向ける反射（誘導）
材２２を配置し、上板１２には、反射材２２により誘導
された電波を外部に放射するためのスパイラル状のスロ
ット２４を設けた。但し、スロット２４による放射電波
も、スロット対２０による放射電波と同相にする必要が
あるので、スロット２４を、スロット対２０のスパイラ
ル線に沿って延びるスロットとした。

［発明か解決しようとする課題］ 上記のような、終端部に位置するスロット２４（以下、
これを終端スロットと呼ぶ。）は電波の有効利用の点て
有益である。しかし、アンテナ面において終端スロット
２４の外側部分はアンテナとしては何等の寄与もなく、
無駄な面積になっている。

第６図は、アンテナ正面を２軸とする円筒座標系（ｒ、
　　θ、２）のｒ−θ面（即ち、アンテナ面）における
放射スロット対２０及び終端スロット２４の配置図を示
す。第６図から分かるように、放射スロット対２０は周
方向角度θに比例する半径位置に配置され、半径ｒの方
向に対して２πの周期性を具備する基準線に沿って配置
される。終端スロット２４も周方向角度θに比例する半
径位置を占める。平面アンテナ１０の上板１２を半径ａ
の円板で形成した場合、第６図で斜線を施した部分の面
積ΔＳは、アンテナとして作用せず、無駄な部分となる
。例えば１２ＧＨｚ（波長２５ｍｍ）の場合、ΔＳの占
有割合ΔＳ／Ｓ　（但し、Ｓ　＝　πａ　２）は、直径
が４０ｃｍの場合で１１．８％、直径が５０ｃｍの場合
で９５％、直径か６０ｃｍの場合で８％にもなる。

そこで本発明は、このような無駄な部分ΔＳが生じない
平面アンテナを提示することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る平面アンテナは、ラジアル導波路の一面に
円偏波用の多数の電波結合スロットを具備する１層構造
の平面アンテナであって、当該ラジアル導波路の終端部
にリング状の終端スロットを設け、当該ラジアル導波路
内でその終端部近傍に、周方向角度に応じた所定の位相
量を与える位相調整部材を設けたである。

また、ラジアル導波路が、半径方向で中心から見て第１
の等価誘電率を第１の導波路領域、第２の等価誘電率の
第２の導波領域及び第３の等価誘電率の第３の導波領域
の少なくとも３つの導波領域を具備し、当該第２の等価
誘電率が当該第１の等価誘電率より大きく、当該第２の
導波領域が、周方向角度に応じた所定の位相量を伝搬電
波に与えるようにしである。第１の導波領域と第２の導
波領域との間、及び第２の導波領域と第３の導波領域と
の間のそれぞれに、整合領域を設けるのか好ましい。

［作用］ 上記位相調整部材により、ラジアル導波路の終端部分で
、周方向角度に応じて電波の位相速度を調整する。送信
の場合、この位相調整により、位相調整部材の出射位置
では、同心円上の各周方向角度で電波が円偏波の位相に
なる。従って、終端スロットにより上記電波結合スロッ
トと位相整合した円偏波を送信又は受信できる。終端ス
ロットがリング状でよく、実質的には円形でよいので、
その外側に無駄な平面部分を設けなくてよくなる。

［実施例コ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。　なお
、本明細書に添付した図面は、理解を容易にするために
幾分誇張して作図されており、縦横の関係は必ずしも正
確ではない。

先ず、本発明の基本的な考え方を説明する。従来例（第
４図、第５図及び第６図）において、終端スロット２４
が、放射スロット対２０の位置を規定するスパイラル線
（基準線）の延長線に沿って延びるのは、終端スロット
２４による放射電波が、スロット対２０による放射電波
と同じ位相になるようにするためである。従って、例え
ば、終端スロット２４の内側に位相速度を調整する誘電
体材料を配置すれば、終端スロット２４の半径方向の伸
びを抑制でき、平面アンテナの半径ａを小さくできるこ
とになる。

例えば、第８図に示すように、終端スロット２４より内
側にあって半径ａ−λから半径ａの範囲の部分に、周方
向角度に応じて電波伝搬距離が変化する誘電体材料から
なる位相調整材２８を埋め込む。λは波長である。この
位相調整材２８の比誘電率をε、とすると、終端スロッ
ト２４の外側部分の面積ΔＳは、下記式で与えられる。

ΔＳ＝　（πａ”　−ｙｒ　（ａ−λｇ）”）／２ａ　
　　　　　　　　２ａ 但し、 λｇ＝λ／ｆε２ アンテナの面積Ｓ　（＝πａ２）に対するΔＳの割合Δ
Ｓ／Ｓは、比誘電率ε１に対して第９図のように変化す
る。これから、位相調整材２８として比誘電率ε２の高
い誘電体材料を使用することにより、ΔＳの面積割合を
小さくできることか分かる。

しかし、単に、第８図のように周方向角度θに応じて電
波伝搬距離の変化する誘電体材料２８を終端スロット２
４の内側に配置するだけでは、ΔＳをセロに、即ち終端
スロット２４を円形にすることはできない。

そこで本発明では逆に、終端スロットを先ず円形とし、
このような円形の終端スロットでも放射スロット対によ
る放射電波と同位相になるように、周方向角度θ方向で
電波伝搬距離の変化する誘電体材料を配置する。終端ス
ロットを先ず円形に決定すると、このような位相調整用
の誘電体材料はラジアル導波路内で放射スロット対の下
部にも位置するようになる。そこで放射スロット対の位
置も、位相調整用の誘電体材料による位相変化量に応じ
て調整する。

第１図は、このような位相調整材として比誘電率ε、が
４の誘電体材料を用いた場合の一実施例のｒ−θ面のス
ロット配置図である。３０は従来例（第４図）に図示し
た放射スロット対２０と同様に２つの放射スロットを対
として持つ放射スロット対であり、最外周の放射スロッ
ト対３０を除いては、第４図と同様の形状に設計され配
置されている。３２は放射スロット対３０で放射されな
かった電波を放射する終端スロットであり、内径ａのリ
ング状開口である。

また、３４は上述の位相調整材（但し、比誘電率ε１＝
４）である。この位相調整材３４は、終端スロット３２
より２πだけ内側、即ち半径（ａ−λ）の位置から終端
スロット３２（即ち、半径ａの位置）までの範囲で、周
方向角度θがゼロの位置では電波伝搬距離、即ち幅がゼ
ロであり、周方向角度θが３６０度の位置では幅がλと
なるように、幅が連続的に変化している。

最外周の１周分の放射スロット対３ｏは、終端スロット
３２より２πだけ内側の基準線（スパイラル線）に沿っ
て位置し、また、より内側の放射スロット対３０を規定
する基準線（スパイラル線）より２πだけ外側に位置し
なければならない。また、位相調整材３４の比誘電率ε
、が４であり、その部分での波長λｇは、 λｇ；λ／「ε、＝λ／２　　　　　　　（２）である
から、最外周の放射スロット対３０は、周方向角度θが
ゼロの位置で半径ａ−λ、周方向角度θが３６０度の位
置で半径ａ−λ／２となるスパイラル線上に配置すれば
、上記位相条件を満たすことになる。位相調整材３４が
第１図に図示するような位置及び幅を有し、且つその比
誘電率ε７が４であることから、最外周の１周分の放射
スロット対３０の位置をこのように数学的に簡単に決定
できる。

第２Ａ図は、第１図のスロット配置に基づき設計した平
面アンテナの正面図、第２Ｂ図は第２Ａ図のＢ−Ｂ線の
断面図である。第１図に図示した放射スロット対３０．
終端スロツト３２及び位相調整材３４については、同じ
符号で図示しである。

本実施例も、終端スロット３２、最外周の放射スロット
対３０及び終端スロット３２の位置、並びに位相調整材
３４の存在を除いて、基本的に第４図及び第５図に図示
した従来例と同様の１層構造をしている。

アンテナ面を構成する円形の上板４０と、当該上板４０
から所定間隔離れて平行な円形の下板４２とにより、ラ
ジアル導波路か形成されている。

上板４０の外周縁の外側には、所定間隔離れて、リング
状の円板４４が配置されている。リング状円板４４の内
周縁と上板４０の外周縁との間に形成される開口部が、
終端スロット３２になる。上板４０、下板４２及びリン
グ状円板４４は、導電性材料からなるか、又は、表面を
導電体で被覆した材料からなる。図示していないが、適
当な複数の箇所で、上板４０とリング状円板４４とをア
ンテナ特性にあまり影響しない態様及び部材により相互
に連結してもよい。

下板４２の中心には同軸ケーブル４６が接続され、上板
４０の内面（下板４２に向いた面）の中央部分には、同
軸ケーブル４６の電波を半径方向外側に向ける円錐形状
の整合反射体４８が取り付けられている。

位相調整材３４の幅、即ち電波伝搬距離は、第１図で説
明したように、周方向角度位置に応じて変化するが、第
２Ｂ図に図示したように、電波の反射を避けるために、
電波進行方向に対して電波入射端面及び電波出射端面を
斜め、例えば４５度程度に形成しである。

また、上板４０及び下板４２により形成されるラジアル
導波路の半径方向外側の終端部分には、伝搬電波を終端
スロット３２の方に誘導する反射（誘導）材５０を設け
である。終端スロット３２が円形のリング状であるから
、反射材５０は、中心側への反射が極力少なくなるよう
に、例えば円形リング状部材の内周面を約４５度程度に
傾斜さ也その傾斜面を電波反射面に加工すればよく、製
造は極めて簡単である。

上板４０と下板４２とにより形成されるラジアル導波路
内は、位相調整材３４を除いて全くの空間であるが、適
当な誘電体材料を全体又は部分的に充填してもよい、こ
のように誘電体材料を充填する場合には、充填した誘電
体材料による等値化誘電率との比較において位相調整材
３４の比誘電率を決定する。上板４０と下板４２との間
隔は上板４０及び下板４２自身の強度により保持されて
いるが、電波伝搬に悪影響を与えないような適当な支持
部材によりその間隔を保持し又は補強するようにしても
よい。

上板４０には、第１図に関連して説明したように、放射
スロット対３０が配置されている。勿論、平成１年特許
願第２１４３１８号に記載したように、実用的に−様な
開口面分布を得られるように、各放射スロット対３０を
構成する個々の放射スロットの長さ、半径方向に隣接す
る放射スロット対３０間の距離Ｓｒ及び周方向間隔Ｓａ
、導波路の厚み（即ち、板４０．４２間の間隔）などを
調節する。

参考のため、放射スロット対３ｏの位置基準となる基準
線５２（スパイラル線）を第２Ａ図に破線で示した。基
準線５２の内、最外周の１周分では、内周のそれに比べ
、半径方向での変化量が１／２になっている。これは位
相調整材３４の比誘電率が４だからである。

放射スロット対３０の基準線５２（スパイラル線）、終
端スロット３２及び位相調整材３４の位置関係を第３図
に図示した。位相調整材３４にはハツチングを施しであ
る。第３図で、位相調整材３４としては、上板４０に接
する端面形状を図示した。理解を容易にするために、位
相調整材３４にはハツチングを施して図示した。位相調
整材３４の内側端面は、半径ａ−λの円形であり、外側
端面は、ａ−λからａに半径が変化するスパイラル線に
なっている。

第２Ａ図及び第２Ｂ図に図示した平面アンテナの動作を
簡単に説明する。図示しない電波源の電波信号は同軸ケ
ーブル４６を介して、上板４０及び下板４２により形成
されるラジアル導波路内に供給され、整合反射体４８に
より当該ラジアル導波路内を半径方向外側に向って伝搬
する。この伝搬過程で、放射スロット対３０により少し
ずつアンテナ正面に円偏波の電波が放射される。最外周
の放射スロット対３０では、位相調整材３４により、内
周の放射スロット対３０による放射電波の位相と同じに
なるように位相調整された電波が放射される。全放射ス
ロット対３０によっても放射されなかった電波は、位相
調整材３４を殆ど無反射で通過し、反射材５０により終
端スロット３２に向けられ、アンテナ正面に放射される
。位相調整材３４を通過した電波は、アンテナ中心を中
心とする同心円上で円偏波の電波になっており、従って
、終端スロット３２から放射される電波は、放射スロッ
ト対３０による円偏波に完全に同調している。

第１図、第２Ａ図、第２Ｂ図及び第３図で説明した実施
例では、位相調整材３４の内側端面は、半径ａ−λの円
形であり、外側端面はａ−λからａに半径が変化するス
パイラル線になっているが、その他の形状であってもよ
い。第１θ図は、他の実施例での、第１図と同様のｒ−
θ面でのスロット配置図である。６０は放射スロット対
３０と同様の放射スロット対、６２は終端スロット３２
と同様に、円形リング状の終端スロット、６４が位相調
整材３４に対応する位相調整材である。この実施例では
、位相調整材６０は比誘電率が４であり、その内側端面
はａ（周方向角度θ＝０）からａλ（周方向角度θ＝　
３６０）に半径が変化するスパイラル線であり、外側端
面が半径ａの円形になる。

この場合、最外周の放射スロット対６０は、周方向角度
θが０度から１８０度の範囲では、ａ−λ（θ＝０）か
らａ−λ／２（θ＝１８０）ｉ、：半径が変化するスパ
イラル線に沿って配置し、周方向角度θが１８０度から
３６０度の範囲では、ａ−λ／２の半径の円に沿って配
置すればよい。

上記実施例では、位相調整材３４．６４として、比誘電
率が４の誘電体を使用したが、これは−例であり、その
他の比誘電率の材料を使用してもよいことは明らかであ
る。また、上記実施例では位相調整材３４．６４の内端
面及び外端面は、半径位置が周方向角度で滑らかに変化
する曲面になっているが、勿論、その一方又は両方を多
角形状で近似してもよい。更には、位相調整材３４．６
１の周方向角度での位相量を、誘電率又は、電波伝搬距
離と誘電率を変えることによって変化させるようにして
もよい。

上記実施例では、電波をアンテナ正面に放射する場合を
例に説明したが、本発明は勿論、アンテナ正面から所定
角度斜め方向に放射するビーム・チルト型アンテナにも
適用できる。例えば、第１１図に示すように、アンテナ
正面をＺ軸とし、アンテナ面上にｘ、ｙ軸を配置した場
合で、主ビームをｙ−ｚ面内で２軸から角度φ。たけ傾
斜させる場合を考える。原点Ｏからでる電波（基準とす
る仮想的な波）と、原点０がら２点まで伝搬してがら出
る電波が、主ビーム方向で同相になる条件は、２πｒｎ
／λｇ　−２ｙｒ　ｒ　１．１ｃｏｓａ　／λ２　（ｎ
＋Ｃ）π十θ　　　　　　　（３）但し、Ｃは定数、ｎ
は最内周のスパイラルで０１最外周のスパイラルでＮと
なる正の整数である。

ｃｏｓ　ａ　＝　ｓｉｎφｏｓｉｎθ　　　　　　　　
（４）であるから、 従って、 式（５）から、放射スロット対２０．３０と同様の放射
スロット対を＋ｙ軸方向ではより中心から遠く、−ｙ軸
方向ではより中心に近くなるように配置すればよいこと
が分かる。また、式（６）から、スパイラル間隔はｎに
依存しないことが分かる。第１２図は、このような場合
のアンテナ面におけるスロット配置を示す。

このようなビーム・チルト型アンテナでは、放射スロッ
ト対に平成１年特許願第２１４３１８号の発明を適用し
て終端スロットを設けると、当該終端スロットも放射ス
ロット対と同様の基準線に沿って湾曲させればよい。ビ
ーム・チルト型の場合の終端スロット及び放射スロット
対の、ｒ−０面での配置を第１３図及び第１４図に示す
。なお、これらでは簡単のため、管内波長λｇが空間波
長λに等しいとして図示しである。第１３図は傾斜角度
φ。＝１５°の場合を示し、第１４図は傾斜角度φ。；
５゜の場合を示す。基本的には、上記説明から理解でき
るように、周方向角度θ＝９０°又は２７０°の部分て
互いに反対方向にふくらむ湾曲線に沿って配置すればよ
い。第１３図において、符号７０．７２は放射スロット
対を配置する基準線を示し、符号７４は終端スロットを
示す。第１４図において、符号７６．７８は放射スロッ
ト対を配置する基準線を示し、符号８０は終端スロット
を示す。

第１５図は、第１４図のビーム・チルト型平面アンテナ
に本発明を適用した場合のｒ−６面でのスロット配置図
を示す。符号８２，８４．８６は、放射スロット対３０
に相当する放射スロット対が配置される基準線を示し、
符号８８は終端スロットを示す。また、符号９０は、終
端スロット８８をより外側に配置すると仮定した場合の
、放射スロット対の配置基準線を示す。基準線８２．８
４はそれぞれ第１４図の基準線７６．７８に一致する。

符号９２は終端スロット８８を真円若しくは実質的に真
円にするためにその内側に配置する位相調整材であり、
第１図の場合と同様に、比誘電率ε、−４の誘電体材料
を用い、その他の部分は空間（比誘電率ε２＝１）であ
るとしている。位相調整材９２の内径は一定である、外
径は周方向で変化する。即ち、外径の周方向角度の変化
は、基準線９０を内側にそのままシフトした曲線になっ
ている。基準線８６は、位相調整材９２の外周端に沿っ
て延びるが、θがＯ〜１８０°の範囲では位相調整材９
２の外周端より外側ｊこ位置し、１８０〜３６０°の範
囲では位相調整材９２の外周端より内側に位置する。基
準線８６及び位相調整材９２の外周端の位置は、基本的
に、第１図の実施例に関連して説明したのと同じ考え方
で設計すればよい。

次に、終端スロットの内側での位相調整に関する変更実
施例を説明する。一般に、電波伝搬の横方向で波長に比
べて充分薄く誘電率の異なる材料を積層した導波路構造
、及び電波伝搬方向で導波路の横幅が変化する導波路構
造の電波伝搬状況は、等価誘電率により理論的に説明で
き、等価誘電率の変化する境界面での整合条件も知られ
ている。

従って、本発明においても、ラジアル導波路内に複数の
誘電体層を設け、また導波路横幅を調整することによっ
て、位相調整材３４，６４．９２の位相調整機能を等測
的に実現してもよい。

第１６図は、その変更実施例の正面図（ａ）、中央縦断
面図（ｂ）及び中央横断面図（Ｃ）を示す。

但し、第１６図（ａ）に示す正面図では、放射スロット
対の図示を省略した。１００は放射スロット対３０に相
当する多数の放射スロット対を具備するスロット板であ
り、第１図の上板４０に対応する。また、１０２は、上
板１００との間でラジアル導波路を形成するためのベー
ス板であり、第１図の下板４２に相当する。１０４は同
軸ケーブルである。１０６は真円又は実質的に真円の終
端スロットであり、終端スロット３２（第１図、第２Ａ
図及び第２Ｂ図）に相当する。同軸ケーブル１０４によ
る励振電波は、スロット板１００とベース板１０２との
間に形成されるラジアル導波路を通って半径方向外側に
伝搬し、図示しない放射スロット対及び終端スロット１
０６から外部に放射される。

スロット板１００とベース板１０２により形成されるラ
ジアル導波路内には、周方向角度に応じて外径がスパイ
ラル状に増大する誘電体板１０８を配置しである。即ち
、θ＝０°、９０°、１８０°、２７０°、３６０°の
半径を夫々、旧、Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４とすると、ＲＯ＜　
Ｒ１＜　Ｒ２＜　Ｒ３＜　Ｒ４である。詳細は後述する
が、誘電体板１０８で半径ＲＯより外側の部分が、実質
的に位相調整材３４として機能する。

誘電体板１０８の厚みは一定であり、その周端面は直角
に切り落としである。誘電体板１０８の形状を容易に理
解出来るように、第１６図（ａ）に誘電体板１０８をハ
ツチングを施して図示した。

誘電体板１０８としては例えば複数の合成樹脂を混合又
は化合して形成した板材を打ち抜いて形成することがで
き、比誘電率が４〜６程度のものを容易に且つ自在に得
ることができる。

中心から一定半径Ｒｓまでの領域で誘電体板１０８とベ
ース板１０２との間には空間１１０があり、誘電体板１
０８の誘電率と空間１１０の誘電率によって決まる等価
誘電率に従って電波が伝搬する。

詳細は後述するが、半径Ｒｓの直前で、整合条件により
無反射又はあっても少量の反射になるように、空間１１
０の幅を徐々に狭め、最終的には誘電体板１０８を支え
る目的もあるか空間１１０の幅をゼロにしている。半径
Ｒｓより外側では、位相調整材３４として必要な電波伝
搬距離の間、誘電体板３４のみを電波が伝搬するように
し、更にその外側では、整合条件により無反射又はあっ
ても少量の反射になるように、ラジアル導波路の横幅を
設定しである。誘電体板１０８を通過した電波は空間１
１２を伝搬して終端スロット１０６に到達し、外部に放
射される。

第１７図を参照して、半径Ｒｓの近辺における電波伝搬
条件について簡単に説明する。なお簡単のため、平面波
近似をしている。第１７図（ａ）、　　（ｂ）は、位相
調整を行なう導波領域の横断面図を示す。

第１７図（ｂ）が第１６図の構造に対応しており、第１
７図（ａ）及び同（ｂ）のどちらでも本発明の目的を達
成できる。第１７図（ａ）及び同（ｂ）は、同（Ｃ）に
示すような伝送線路と考えることができる。即ち、第１
７図（Ｃ）の領域Ｉは第１７図（ａ）（ｂ）の各領域Ｉ
ａ、Ｉｂに対応し、第１７図（Ｃ）の領域■は第１７図
（ａ）、（ｂ）の各領域ＩＩａ。

ｍｂに対応し、第１７図（Ｃ）の領域■は第１７図（ａ
）、（ｂ）の各領域ｍａ、　ｍｂに対応する。

伝送線路のインピーダンス２は一般に、Ｚ＝Ｖ／１ ＝Ｅｄ／（Ｈｗ） ＝ηｄ　／　ｗ ＝　ｄｚ　ｏ　／　ｒε、（７） 但し、Ｗは線路の幅（一定）、ｄは線路の高さ、ε８は
線路の等値化誘電率である。また、波数には、 ｋ　＝　ｋ　０ｊε、（８） である。

従って、誘電体板１０８の比誘電率をε１、その厚みを
ｄ　Ｉ、領域ｍａ、　　ｌｌＩｂにおけるラジアル導波
路の横幅をｄ３とすると、第１７図（ａ）、　　（ｂ）
の領域Ｉａ、Ｉｂでは、 Ｚｒ＝ｄ、Ｚ０／ｒε、（９） ｋｔ＝に０ｖ”εｒ　　　　　　　　　　　　（１０）
第１７図（ａ）、（ｂ）の領域ｍａ、　ｌｌＩｂでは、
Ｚｉ＝ｄｓＺ、　　　　　　　　　　　　　（１１）ｋ
、＝に、　　　　　　　　　　　　　　（１２）である
。第１７図（ａ）の領域ＩＩａでは、Ｚ、＝ｄＺ、　　
　　　　　　　　　　　（１３）ｋ、＝に、　　　　　
　　　　　　　　　（１４）である。第１７図（ｂ）の
領域ｎｂでは、Ｚ　２＝　ｄ　３Ｚ　ｏ／　ｒ　ε＃２
　　　　　　　　（１５）ｋ　２＝　ｋ　ｌ、ｒε−ｔ
　　　　　　　　　　　（１６）但し、コンデンサの直
列接続の考え方から、である。

各領域の電圧、電流は以下のようになる。即ち、領域Ｉ
ａ、Ｉｂでは、 ’ｂ＝ＡＺｓ　（ｅｘｐ（−ｊｋ＋ｚ）＋Ｒｔｅｘｐ（
ｊｋ＋ｚ）ｌ　　　（１８）１、＝Ａｆｅｘｐ（−ｊｋ
＋ｚ）−Ｒ＋ｅｘｐ（ｊｋ＋ｚ）ｌ　　　　（１９）領
域ｎａ、ＩＩｂでは、 Ｖ＋＝ＢＺｄｅｘｐ（−ｊｋｓｚ）＋Ｒｔｅｘｐ（ｊｋ
ｚｚ）ｌ　　　（２０）Ｉｔ＝Ｂｆｅｘｐ（−ｊｋ２ｚ
）−Ｒｚｅｘｐ（ｊｋｓｚ）ｌ　　　（２１）領域ＩＩ
Ｉａ、　ｍｂでは、 Ｖｓ”　ＣＺｓｅＸｐ（−ｊｋｓＺ）　　　　　　　　
　　（２２）Ｉｓ＝Ｃｅｘｐ（−ｊｋｓｚ）　　　　　
　　　　　　（２３）である。２＝０の地点、即ち、領
域Ｉａ、Ｉｂと領域ＩＩａ、Ｉｌｂの境界では、 であり、ｚ＝ａ、即ち、領域ＩＩａ、ＩＩｂと領域ＩＩ
［ａ。

ｍｂの境界では、 １−Ｒｓｅｘｐ（ｊ２θ） 但し、θ＝に、ａである。式（２５）から、Ｚｓ＋Ｌ となり、これを式（２４）に代入すると、１＋Ｒ＋　　
　　Ｚ２　　Ｚ３＋Ｚ２＋（Ｚ３−Ｚ２）ｅｘｌ）（−
Ｊ２θ）１４＋　　　　ＺＩ　　Ｚ３＋２２−（Ｚ３−
Ｚ２）ｅｘｐＣ−Ｊ２θ）（２７） か得られる。領域Ｉａ、Ｉｂで半径方向外側へ伝搬する
電波しか存在しないとすると、 Ｒ，＝Ｏ（２ｇ） となり、これを式（２７）に代入すると、整合条件は、 θ＝π／２　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２
９）Ｌ２：ＺｌＺｓ　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　（３０）となる。これが満足されるように、ｄ＋
＋　ｄｌ−ε１゜ａを選択すればよい。

具体的な数値例を示すと、第１７図（ａ）の場合に、領
域Ｕａの長さａは、式（２９）からλ／４のとき無反射
であり、１２ＧＨｚの場合には、ａ＝λ／４＝６．２５
ｍｍ であり、式（３０）の整合条件から、 （ｄｌ　Ｚ　Ｏ，）　２＝　ｄ、ｄ、　Ｚ　、７７　Ｅ
　Ｉ　　　　（３１）従って、 ｄ、／ｄ、＝ｖ−ε１（３２） であり、ε１＝４とすれば、 ｄｓ／　ｄｌ　＝　２　　　　　　　　　　　　　（３
３）である。

また、第１７図（ｂ）の場合には、 （ａｓＺｏ／”ε−２）　”＝　ｄｌｄｌ　Ｚ　６”／
　ｒεｌ　　（３４）であり、従って、 ｄ、＝（ε、２／ｆε１）　ａ　　　　　　　　（３５
）これと式（１７）から、 ｄ、＝ｄ、＋　（ｒεｌ−１）ｄ／ε、　　　　　（３
６）ε、２＝（ε１＋「εｔ−１）／Ｖ−ε１　　　（
３７）が得られる。ここで、ε１＝４とすると、ｄａ＝
　（５／４）　ｄｘ　　　　　　　　　　　（３８）ε
。２＝２．５　　　　　　　　　　　　　　（３９）と
なり、１２Ｇ　Ｈｚでは、 ａ＝λ／（４ｆε、２） ＝　３．９５ｍｍ　　　　　　　　　　　　　　（４０
）となる。

第１６図及び第１７図では、１枚の誘電体板１０８と空
気層１１０を積層した場合を例示したが、本発明は勿論
、この組み合わせに限定されず、複数の層を積層し、ま
た必要により導波路横幅を変更して、位相調整材３４，
６４．９２と同じ位相調整作用を奏させてもよい。この
ような導波路構造では、電波伝搬方向における誘電率の
変化部分での反射を抑制又はゼロにするのはそれほと困
難ではなく、整合をとる領域の形状及び寸法も本発明は
上記例に限定されない。また、第２Ｂ図に図示したよう
に、位相調整材３４の端面を斜めに形成する場合には、
加工が困難であり、製造コストの上昇につながるか、第
１６図の実施例では製造が非常に簡単になり、安価に製
造できるようになる。

電波を放射する場合、即ち送信の場合を例に説明したが
、アンテナの相反定理により電波受信の場合にも同様の
議論が成立する。特許請求の範囲もそのように理解され
るべきである。また、本明細書での放射スロット対３０
．６０の放射スロット及び終端スロット３２，６２，１
０６は、電波にとっての開口であればよく、物理的な開
口である必要はない。

［発明の効果コ 以上の説明から容易に理解できるように、本発明によれ
ば、アンテナ面の利用効率の高い１層構造の平面アンテ
ナを提供できる。換言すれば、より小さい平面アンテナ
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のｒ−θ面でのスロット配置
図、第２Ａ図は第１図に従い設計した平面アンテナの正
面図、第２Ｂ図は第２Ａ図のＢ−Ｂ線における断面図、
第３図は第２Ａ図に図示したアンテナの位相調整材３４
の形状を示す図、第４図は先の平成１年特許願第２１４
３１８号に記載の１層構造平面アンテナの正面図、第５
図は第４図のＡ−Ａ線の断面図、第６図は第４図の平面
アンテナのｒ−θ面のスロット配置図、第７図は第４図
の平面アンテナにおけるΔＳ／Ｓの特性図、第８図は本
発明の詳細な説明用のｒ−θ面のスロット配置図、第９
図は第８図に対するΔＳ／Ｓの特性図、第１０図は本発
明の別の実施例のｒ−θ面のスロット配置図、第１１図
はビーム・チルト型平面アンテナの座標系の説明図、第
１２図はビームチルト型平面アンテナのアンテナ正面図
、第１３図は傾斜角θ。＝１５°の場合のｒ−θ面での
スロット配置図、第１４図は傾斜角θ。＝５°の場合の
ｒ−θ面でのスロット配置図、第１５図はビームチルト
型平面アンテナに本発明を適用した場合の、ｒ−θ面で
のスロット配置図、第１６図は位相調整材３４゜６４の
機能を実現する別の構成の正面図、縦断面図及び横断面
図、第１７図は第１６図の位相調整部分の断面構造例で
ある。 ３０．６０：放射スロット対　３２．６２：終ｆ［１ｉ
ｉｉスロツト　３４．６４：位相調整材　４ｏ：上板４
２：下板　４４：リング状円板　４６：同軸ケーブル　
４８：整合反射体　５０：反射材　５２：基準線（スパ
イラル線）　　７４，８０．８８＝終端スロツト　９２
：位相調整材　１００ニスロツト板　１０２：ベース板
　１０４：同軸ケーブル　１０６：終端スロット　１０
８：誘電体板１１０．１１２：空間

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ラジアル導波路の一面に円偏波用の多数の電波結
   合スロットを具備する１層構造の平面アンテナであって
   、当該ラジアル導波路の終端部にリング状の終端スロッ
   トを設け、当該ラジアル導波路内でその終端部近傍に、
   周方向角度に応じた所定の位相量を与える位相調整部材
   を設けたことを特徴とする平面アンテナ。
2. （２）ラジアル導波路の一面に円偏波用の多数の電波結
   合スロットを具備する１層構造の平面アンテナであって
   、当該ラジアル導波路の終端部にリング状の終端スロッ
   トを設け、当該ラジアル導波路が、半径方向で中心から
   見て第１の等価誘電率を第１の導波路領域、第２の等価
   誘電率の第２の導波領域及び第３の等価誘電率の第３の
   導波領域の少なくとも３つの導波領域を具備し、当該第
   ２の等価誘電率が当該第１の等価誘電率より大きく、当
   該第２の導波領域が、周方向角度に応じた所定の位相量
   を伝搬電波に与えることを特徴とする平面アンテナ。
3. （３）上記ラジアル導波路が、上記第１の導波領域と上
   記第２の導波領域との間、及び上記第２の導波領域と上
   記第３の導波領域との間のそれぞれに、整合領域を具備
   することを特徴とする特許請求の範囲第（２）項に記載
   の平面アンテナ。