JPH0355904A - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、放射素子層と給電層とを別の層として形成さ
せた衛星放送用等に用いられる平面アンテナに関する。

（従来の技術） 最近、衛星放送を一般家庭で手軽に受信できるアンテナ
として平面アンテナが注目されている。

従来から用いられている平面アンテナを第４図に示す。

同図（ａ）には、平面アンテナの上面図が示されている
。同図（ｂ）には、同図（ａ）の（Ａ）−（Ｂ）間断面
図が示されている。同図（ａ）に示されている様に、平
面アンテナは、誘電体基板等の上面に、放射素子２０を
複数個導体等で形成され、この導放射索子２０それぞれ
を給電するための給電線が同じく導体等で、放射素子２
０と同一面上に形成されている。また、同図（ｂ）に示
されているとおり地導体２２が導体等で誘電体基板の下
面に形成され、アースとなっている。

給電は、給電点２３より行なわれ、給電線路は、この給
電点２３より放射素子２０まで給電のために伸された給
電線路２４と、放射素子２０どおしを結ぶ給電線路２５
とに分けられる。同図（ａ）からわかるとおり、給電線
路２４は、給電点２３から放射素子２０近傍まで形成し
なければならないのでこの給電線２４によって誘電体基
板上のスペースがかなりとられ、配線設計の自由度が制
限されてしまう。

（発明が解決しようとする課題） 以上述べてきたように、従来の平面アンテナで、給電線
路の配線に自由度がなく、放射素子及び配線の設計が困
難であった。また、給電線路が長くなっているため給電
損失が増加してアンテナ効率が低下してしまう。そして
、この給電線路からの放射により放射素子の指向性に影
響を与える場合がある。尚、給電部と放射素子部を一体
型で形成しているので、基板厚をあまり広げられないた
めに周波数帯域があまり取れない等の欠点があった。

そこで、本発明は以上の点に鑑み、給電部と放射素子部
を別々に形成させて給電線路の損失が小さくできる高効
率な平面アンテナを提供することを目的とするものであ
る。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達戊するために本発明においては、複数の放
射素子及びこの複数の放射素子を給電するための給電線
路が形成された第１の誘電性支持体と、給電線路に対し
て電磁界的に結合させるためのスロットを形成させた第
１の導体性支持体と、スロットに対して電磁界的に結合
させるための導体線路を形成させた第２のｉ４電性支持
体と、第２の導体性支持体とを順次積み重ねたことを特
徴とするものである。

また、複数の放射素子及びこの複数の放射素子を給電す
るための給電線路が形成された第１の誘電性支持体と、
給電線路に対して電磁界的に結合させるためのスロット
を形成させた第１の導体板とスロットに対して電磁界的
に結合させるための導体線路を形成させた第２の誘電性
支持体と、第２の導体板とをそれぞれ誘電体層を介して
順次積み重ねたことを特徴とする。

もう一つは、複数の放射素子及びこの複数の放射素子を
給電するための給電線路が形成された第１の誘電体基板
と、片面に導体を形成させかつ、給電線路に対して電磁
界的に結合させるためのスロットを形成させた第２の誘
電体基板と、スロットに対して電磁界的に結合させるた
めの導体線路を形成させた第３の誘電体基板と、片面に
導体を形成させた第４の誘電体基板とを順次積み重ねた
ことを特徴とするものである。

また、更にもう一つは、複数の放射素子及びこの複数の
放射素子を給電するための給電線路が形成された第１の
誘電体フィルムと、片面に導体を形成させかつ、給電線
路に対して電磁界的に結合させるためのスロットを形成
させた第２の誘電体フィルムと、スロットに対して電磁
界的に結合させるための導体線路を形成させた第３の誘
電体フィルムと、片面に導体を形成させた第４の誘電体
フィルムとをそれぞれ誘電体層を介して順次積み重ねた
ことを特徴とするものである。

（作　　用） 第１の導体性支持体の導体と第２の導体性支持体の導体
とによって第２の誘電性支持体に形成された導体線路が
電磁界的に遮蔽されたトリプレート構造になっているの
で、放射損及び導体損を小さくできる。また、第１の誘
電性支持体と第１の導体性支持体とからなる放射素子部
と第１の導体性支持体と第２の誘電性支持体と第２の導
体性支持体とからなる給電部が別々に形成されているの
で、給電線路の配線に自由度が広がる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

第１図に、本発明の一実施例である平面アンテナの一構
或を表した図が示されている。同図は、平面アンテナ５
の上面図である。複数の放射素子即ち、この場合導体で
つくられた１６個の円形パッチ１が誘電体等からなる基
板等に形成されている。同図に示しているとおりこの同
一基板上に給電線路２を形成してこの円形パッチ１を互
いに２個づつ接続させている。

更に、この給電線路２を給電するためのスロット３が、
別の基板上に形成されている。また、このスロット３に
電磁気的に結合させるための導体４が更に別の基板上に
形成されている。これらの基板が順次積み重ねられて平
面アンテナ５は構成されている。

ここで、更に詳細に各基板の構或について第２図を用い
て説明する。第２図は、第１図のａの部分を拡大して示
した図である。同図（ａ）は、上面図であり、同図（ｂ
）は、同図（ａ）のＡ−Ｂ間断面図である。上述したと
おり、円形パッチ１どうじを給電線路２で接続している
。この給電線路２に給電するためのスロット３とスロッ
ト３を給電するための導体４がそれぞれ別の基板上に形
成されている。同図（ｂ）に示されているごとく、誘電
体等で形成された基板６上に導体等でつくられた２つの
円形バッチ１と給電線路２とがエッチングやプリント等
で形成されている。またその下の基板７も同様に誘電体
等の材質で形成されており、この基板７の上に全面導体
を形成させ、スロット３の部分をエッチング等で削除し
ている。更にその下の基板９も誘電体等の材質で形成さ
れていて、スロット３に電磁気的に結合させるための導
体線路４を上面に形成させている。そして、その下の基
板１０も誘電体等の材質で形成されていて、上面全体に
導体を形成させている。これらの基板が、ある程度の間
隔をおいて積み重ねられている。尚、この間隔は互いに
一定でなくてもよい。また、間隔をおかずに直接積み重
ねても平面アンテナとして動作する。この場合は、より
薄く製造することができる。

第２図（ｂ）は、基板７，９．１０でトリブレ−ト構造
を構成しており、導体８と１１とが同電位となるので導
体線路４の給電に伴なう放射損失をおさえることができ
る。従って、上述した平面アンテナの放射効率は高く維
持できる。また、この効率の良い給電をスロット３にそ
の状態のまま結合させることができ、これを給電線路２
へと給合させて円形パッチ１に最終的に給電できる。こ
の構成によって、放射素子層を基板６で、給電層を基板
７，９．１０でと別々に構戊することができるため、給
電損失の影響により従来の放射素子層と給電層一体型で
は困難であった周波数帯域を基板７と１０の間隔を変え
るだけで可変できる。尚、上記説明では基板を一例とし
て述べたが、軽くかつ薄く製造できる誘電体フィルムを
基板の代替として利用してもよい。この様に２つまたは
４つの放射素子をそれぞれトーナメント給電することで
、多素子平面アンテナを構成できる。

次に、本発明について、円偏波軸比特性の広帯域化とビ
ームチルトとを行った平面アンテナの説明をする。第３
図（ａ）にＸ−Ｙ平面上のＹ方向一次元４素子アレー（
列状に並んだ素子）を、第３図（ｂ）にＺ−Ｙ平面上の
Ｙ方向一次元４素子アレーを示す。摂動素子を設けた円
偏波円形パッチ１２は、＃１と＃２および＃３と＃４と
で偏波面が空間的に９０度ずつ回転するようにし、位相
は線路長を等しくしてスロット１３から見て同相となる
ように給電線路１４を配線してある。スロット１３以下
の給電回路層の構造は第２図と同様である。

上記の構成において、グレーティングローブをださず、
かつ角度θからの到来電波の位相の遅れｐが所望周波数
の波長の１／４（つまり、位相差が９０度）と江る素子
間隔ｄを求め，＃１の位相を基準の０度とすると、＃２
の位相はｇより一９０度、＃３の位相は２Ｉより−１８
０度、＃４の位相は３ｇより−２７０度となる。これに
より、θ方向にビームチルトさせることができる。

また、＃１と＃２および＃３と＃４が偏波面が空間的に
９０度ずつ回転し、かつ位相差が−９０度となっている
ため、アレーとしての円偏波軸比特性を広帯域化させる
ことができる。

上記の４素子アレーをサブアレーとして二次元的に配列
しトーナメント給電してやることによりビームチルト型
広借域円偏波多素子アレーアンテナを構成することがで
きる。

従来例では、最大利得を得ようと開口効率を上げるため
に、素子間隔が狭くなり、そのため給電線路を配線する
ための面積も狭くなり、配線設計の自由度が狭まってい
たが、本発明の実施例では、放射素子回路層と給電回路
層が同一平面上にないため、給電線路を配線する面積を
広くとることができ、配線の設計の自由度が広がる。

本発明で用いているトリプレート線路は、遮蔽構造であ
ることから論理上放射損が存在せず、かつ空気層を設け
て構成すれば誘電体損を小さく押さえることができる。

また導体損も、放射損が存在しないため線路幅をある程
度広く取れ、低いインピーダンスに設定でき、小さくす
ることができる。ゆえに全体的に損失の小さい給電線路
とすることができる。よって本発明による多素子アレー
アンナであれば、高利得を得ようとして素子を多数配列
して給電線が長くなっても、従来例よりも給電損失を小
さく押さえることができるため、高効率のアレーアンテ
ナとすることができる。

放射素子の周波数帯域は放射素子と地導体との高さに依
存するため、基板厚を厚くすることにより周波数帯域を
広くすることができ、基板厚を薄くすることにより周波
数帯域を狭くすることができる。本発明では放射素子層
と給電層を別々に構成することができるため、放射素子
層中の放射素子と地導体との高さが従来例のように給電
損失の最適化に制限されないようになり、所望の周波数
帯域を得ることができる。

給電層のトリプレート構造は、遮蔽構造により放射損が
存在しないため、給電線路からの放射も存在せず、放射
素子の指向性に影響を与えない。

本発明では従来例より多層になっているため部品点数が
増えているが、高周波特性のさほど良くない誘電体フィ
ルム等を用いると安価に実現できる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して用いる車がで
きる。

例えば、第２図に示された基板７，１０は、金属ででき
た金属板等で形成してもよい。

また、本実施例では放射素子として円形パッチ１を用い
たが、矩形パッチなど他の素子などを用いてもよい。

また、本実施例では放射素子層と給電層それぞれに間隔
をおいて、この間隔に誘電体層として空気層を用いた場
合を想定して説明してきたが、代わりに誘電率の低い発
泡シート等の誘電体を用いてもよい。

［発明の効果］ 以上詳述してきたように本発明によれば、２枚の誘電性
支持体と２枚の導体性支持体とを用いて放射素子部と給
電部を別々に形成しているために給電線路の配線設計の
自由度が広くとれ、給電線路の損失を小さくできる。ま
た、給電線路からの放射もほとんど存在しないので、高
効率な平面アンテナを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示した図、第２図は、本
発明の一構成例を示した図、第３図は、本発明の平面ア
ンテナのビームチルトを示した図、第４図は、従来例を
示した図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の放射素子及びこの複数の放射素子を給電す
   るための給電線路が形成された第１の誘電性支持体と、 前記給電線路に対して電磁界的に結合させるためのスロ
   ットを形成させた第１の導体性支持体と、前記スロット
   に対して電磁界的に結合させるための導体線路を形成さ
   せた第２の誘電性支持体と、第２の導体性支持体とを順
   次積み重ねたことを特徴とする平面アンテナ。
2. （２）複数の放射素子及びこの複数の放射素子を給電す
   るための給電線路が形成された第１の誘電性支持体と、 前記給電線路に対して電磁界的に結合させるためのスロ
   ットを形成させた第１の導体板と、前記スロットに対し
   て電磁界的に結合させるための導体線路を形成させた第
   ２の誘電性支持体と、第２の導体板とをそれぞれ誘電体
   層を介して順次積み重ねたことを特徴とする平面アンテ
   ナ。
3. （３）複数の放射素子及びこの複数の放射素子を給電す
   るための給電線路が形成された第１の誘電体基板と、 片面に導体を形成させかつ、前記給電線路に対して電磁
   界的に結合させるためのスロットを形成させた第２の誘
   電体基板と、 前記スロットに対して電磁界的に結合させるための導体
   線路を形成させた第３の誘電体基板と、片面に導体を形
   成させた第４の誘電体基板とを順次積み重ねたことを特
   徴とする平面アンテナ。
4. （４）複数の放射素子及びこの複数の放射素子を給電す
   るための給電線路が形成された第１の誘電体フィルムと
   、 片面に導体を形成させかつ、前記給電線路に対して電磁
   界的に結合させるためのスロットを形成させた第２の誘
   電体フィルムと、 前記スロットに対して電磁界的に結合させるための導体
   線路を形成させた第３の誘電体フィルムと、 片面に導体を形成させた第４の誘電体フィルムとをそれ
   ぞれ誘電体層を介して順次積み重ねたことを特徴とする
   平面アンテナ。