JPH0410703A - 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、給電線路としてストリップ線路を用い、複数
の放射素子を励振した平面アンテナに関する。

［従来の技術］ 一般に、衛星放送受信用の平面アンテナは、高利得が要
求され、面積を大きくして多数の放射素子を平面上に配
置し、各放射素子を給電線路に結合させたものである。

従来、平面アンテナの給電線路としては、軽量小型化に
適したストリップ線路が使用されている。

また、ストリップ線路としては、接地導体と帯状導体か
らなるマイクロストリップ線路、または上下接地導体の
間に帯状導体を配した３層導体層からなるトリプレート
ストリップ線路が使用されている。

一般に、給電線路としてマイクロストリップ線路を用い
た場合は、放射素子としては、両端開放の２分の１波長
マイクロストリツプ線路またはそれを変形した、いわゆ
るパッチアンテナ形式のものが用いられ、パッチアンテ
ナと給電線路とは直接結合される。また、トリプレート
ストリップ線路給電の場合は、上部接地導体に２分の１
波長のスロットを設けたスロットアンテナ形式のものが
用いられ、スロットアンテナと給電線路とは電磁結合さ
れることか多い。さらに、全体の給電方式としては、ス
トリップ線路給電の場合、２分岐回路を多数組み合わせ
た並列給電方式により、一つの給電点から各放射素子ま
でに至る線路長が等しくした並列給電方式が用いられる
。この際、前記分岐回路は、アンテナを送信に用いた場
合、分岐回路、受信時は合成回路として動作するので分
岐合成回路の役割を持つが、以下簡単のため単に分岐回
路と呼ぶ。

次に、平面アンテナの主ビームを面に垂直な方向から一
定の角度ずらせた方向に向けた、いわゆるビームチルト
をさせた構成では、ビームチルトの方向の配列の放射素
子の励振を、隣接同士ある一定の位相差を与えなければ
ならない。

この場合、各放射素子の配置の間隔は、不要サイドロー
ブを抑圧し、アンテナの放射効率を劣化させないために
、０．５波長乃至０．８波長程度に高密度に配置しなけ
ればならない。

放射素子励振に位相差を与える方法としては、それぞれ
の放射素子の給電線の線路長を変えたり、円偏波放射素
子の場合、回転配置による位相差を与える方法や、それ
らの組み合わせを用いる方法が知られている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、これらのストリップ線路を用いた平面ア
ンテナは、放射素子を上記ビームチルトのための所望の
位相で励振するには、放射素子周辺の個別給電線路が複
雑かつ対称性が失われたちのとなり、給電線路間または
給電線路と放射素子間の相互干渉によって、放射素子の
励振振幅が不均一となり、その結果アンテナの放射効率
が低下するという問題があった。

また、従来の平面アンテナでは、放射素子周辺の個別給
電線路の配置に制約があるために放射索子とアンテナ素
子との間の整合回路が最適とならず全体として挟帯域に
なるという問題があった。

さらに、従来のビームチルト型平面アンテナでは、放射
素子間の位相差を作るために、給電線路の線路長を異な
らせた位相器を用いているので、周波数とともに位相が
変化するため、厳密に言えばビームチルトの方向が周波
数によって変化するという問題があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、その
目的は給電線簡素かつ対称的に構成できかつ高性能な平
面アンテナを提供することにある。

本発明の別の目的は、ビームチルトが簡単に実現でき、
かつビームチルト角が本質的に周波数に依存しない、平
面アンテナを提供することにある。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明は、放射
素子に対する給電回路として、並列給電方式の信号の分
岐回路として、従来のＴ分岐回路のような直接分岐回路
とともに、隣接させたストリップ線路相互間の磁界結合
を利用した位相反転分岐回路を併用し、分岐させた給電
線路に応じて、前記２種の分岐回路の使い分けをするこ
とにより給電線路の対称性を保持し、かつ線路長を短縮
させ、放射素子の均一励振とアンテナ効率の向上をさせ
たものである。

さらに、本発明はアンテナのビームチルトの設計におい
ては、円偏波放射素子の回転配置による９０度の位相差
励振とともに、分岐回路からの給電線の向きによって、
前記の２種の分岐回路の使用の選択によって、０または
１８０度の位相差を与えることが選択できるようにした
もので、その結果、全ての放射素子に対する給電線路長
を等しくした並列給電を可能にし、給電路構成の簡素化
と共に、周波数によってビームの向きの変化しないビー
ムチルト型平面アンテナを実現したものである。

［発明の実施例コ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の第１実施例に係る平面アンテナの平面
図であり、トリプレート型ストリップ線路給電方式に適
用した場合を示している。

同図に示すようにトリプレート型ストリップ線路（以下
簡単のためストリップ線路と記す）３は、接地導体１の
上側に配置されている絶縁体２と、この上に重ねられる
上部接地導体２１の下側に配置されている絶縁体２０と
の間に導体層が配置されて形成される。

各放射素子形式は両端を開放したパッチ型放射素子と放
射器開口部とを組み合わせたものであり、円偏波の主ビ
ームを面の垂直線より紙面の下方へ合成するための配置
となっている。

一般に、ビームチルトは、放射素子の励振位相の遅れた
方向につくことになり、円偏波素子を回転配置の場合は
、円偏波の旋回方向に対する回転配置角の遅れた方向と
なる。

ストリップ線路３に加えられた信号は、２分岐回路４を
経て分岐され、ストリップ線路５を通り、２分岐回路６
で２分岐された一方の信号は、インピーダンス整合のた
め線路幅を変えられたストリップ線路７を通り、位相反
転４分岐回路８に加えられる。この位相反転４分岐回路
８は、一端を開放されたストリップ線路９の電流最大位
置に、ループ状に曲げられたストリップ線路１０１１を
被結合回路として接近配置させて構成したものである。

上記位相反転４分岐回路８において、左右の被結合スト
リップ線路の出力信号は、磁界結合のため、ストリップ
線路１２．１４に流れる高周波電流と、ストリップ線路
１３．１５に流れる高周波信号とでは、それぞれの出力
方向に対し位相が１８０度異なっている。

次に、ストリップ線路１２．１３，１４．１５はそれぞ
れ上下の１８０度回転配置を基準として、±４５度反対
方向に回転させられた、両端開放のパッチ型放射素子１
６．１７，１８．１９の腹部に接続される。

一般に両端開放型の放射素子の給電点からみた放射イン
ピーダンスは、先端の開放端から中央部になるにつれて
低インピーダンスとなることが知られており、 パッチ型放射素子腹部の適当な給電位置の選定で、それ
ぞれの給電線とインピーダンス整合を取ることかできる
。

パッチ型放射素子１６．１７の上方には、上部接地導体
２１に設けられた放射器開口部２２゜２７が配置されて
おり、放射器開口部２２．２７には長い導体フィン２４
，２６，２８．３０と短い導体フィン２３，２５，２９
．３１をそれぞれの開口内周から、中央部に向かって延
長させた形状であり、ビームチルトを形成させる方向の
上下の段の配列を図のように９０度回転させて配置する
。また、他の放射素子についても同様にして放射器開口
部が上部接地導体２１に設けられる。

これらの放射素子の円偏波発生機構について説明すると
、パッチ型放射素子１７から放射素子の長さ方向に直線
偏波された放射波は、放射器開口部２２を通過する際、
これと４５度の角度で配置された、放射器開口部２２の
導体フィン２３２５および２４．２６によって、導体フ
ィンの方向の偏波成分に分解された二次的放射波を発生
させるので、導体フィンの放射波に呈するリアクタンス
の符号および大きさを加減することにより、直交する両
放射波成分の位相差を９０度付けることができ、目的の
円偏波を発生させることができる。

この場合、図に示すように横方向の導体フィン２４２６
を長く取った場合、放射器開口部の横方向のモードの共
振周波数を動作周波数より十分低下させ、導体フィンの
呈するリアクタンスを誘導性にすることができる。一方
、縦方向の導体フィンを比較的小さな放射器開口部の縦
方向のモードの共振周波数を動作周波数に近付けるため
のもので、開口が大きい場合、省略してもよい。

第２図は、本発明を適用した他の実施例の平面アンテナ
の、放射器開口部を部分的に示す構造図である。給電線
路は、第１図と同じものを使用し、前記の方法を用いる
とともに放射器開口部の形状をさらに簡略化したもので
ある。開口３２３４は、−辺の長さを動作周波数に対し
２分の１波長またはそれ以上とし、単一の導体フィン３
３３５を（＝１加させる。この場合、導体フィン３３゜
３５は誘導性であり、長さを調節して、導体フィン方向
の放射波の振幅がこれと直交する放射波成分に等しくな
るようにすれば、円偏波を発生できる。

それらの下方には、第１図に示すように電流の向きかス
トリップ線路７の電流と１８０度異なる電流が流れるス
トリップ線路５２によって励振される放射パッチ４６．
４７と、それらの上方に９０度回転配置された導体フィ
ンを有する放射器開口部４８．４９が配置される。従っ
て、図の４段の配列は下方に移る毎に９０度の位相差遅
れの励振がなされる。

本給電回路方式では、ストリップ線路１０の平行２線部
分は往復電流が流れるため、他の給電線路であるストリ
ップ線路１２，１．３や放射素子１６．１７との磁界に
よる結合が打ち消され、不要結合か最少になる利点があ
る。

第３図は、本発明の更に他の実施例を示すもので、第１
図と同様であるが、図の構成では分岐回路の位相の関係
で、方向が紙面に対し上向きのビームチルトを与える給
電線路の構成図である。本構成では、第１図の平面アン
テナと同様の動作を、少し簡略化させた給電回路で実現
したものである。

接地導体１の上には、絶縁体２が配置され、ストリップ
線路３が配置される。このストリップ線路３に加えられ
た信号は、２分岐回路４を経てストリップ線路５を通り
、一端開口のストリップ線路３６の電流最大部で隣接ス
トリップ線路に磁界結合してなる位相反転２分岐回路３
７を経て、位相差１８０度を付加した信号に２分し、上
下の４個の放射素子を１８０度の位相差で励振する。

ストリップ線路３８からの信号はＴ分岐３９により左右
に２分岐され、さらに、ストリップ線路４０を通り、Ｔ
分岐４１により２分岐され、ストリップ線路４２．４３
を通って、両端開放のパッチ型放射素子４４．４５を励
振する。これら放射素子の上方には第１図、または、第
２図に示す放射器開口部が配置される。

これによって、第１図と同様、下方の配列の段に移る毎
に９０度の位相差か加わった励振がなされ、目的のビー
ムチルトができる。

これらの実施例では、基準の開口を正方形としたが、円
径の開口に導体フィンをつけたり、長方形の開口にした
り、変形した円環スロット等、任意の放射素子または、
放射素子開口部を用いることかできる。

これまでの実施例はすべて、ビームチルトを行った平面
アンテナについて説明したが、ピームチルトを付けない
平面アンテナに、前記の通常の同相分岐回路と位相反転
型分岐回路とを併用すれば、さらに理想的な対称性をも
つ給電線路が構成できる。

また、これまでの実施例では、給電線にストリップ線路
を用いたが、本発明は、マイクロストリップ線路を用い
たものや、直接偏波用等任意の平面アンテナに適用する
ことが可能である。

［発明の効果コ 以上述べたように本発明によれば、ストリップ線路並列
給電方式の平面アンテナに、磁界結合を用いた２分岐ま
たは４分岐の位相反転型分岐回路を通常の分岐回路と組
み合わせて使用するようにしたので、給電線の対称性が
改善され、かつ給電線路長が短縮され、給電線路による
不要電磁結合が低減による放射素子の均一励振と給電線
路損失の低減が可能となり、アンテナ効率を向上するこ
とができる。

さらに、各々の放射素子に至る給電線路長を全て等しく
したビームチルト型平面アンテナの構成を可能としたた
め、周波数によってビームチルト角が変化することのな
い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す平面アンテナの構成図
、第２図は本発明の他の実施例における平面アンテナの
放射器開口部の構成図、第３図は本発明の史に他の実施
例における給電線路の構成図である。 １・・・接地導体、２・・・絶縁体、３・・・ストリッ
プ線路、４・・・２分岐回路、５・・・ストリップ線路
、６・・・２分岐回路、７・・・ストリップ線路、８・
位相反転４分岐回路、９・・・ストリップ線路、１０．
１１・・・ストリップ線路、１２．１Ｂ。 １４．１５・・・ストリップ線路、１６，１７１８．１
９・・・パッチ型放射素子、２０・・・絶縁体、２１・
・・上部接地導体、２２．２７・・・放射器開口部、２
４．２６．２８　３０・・・導体フィン、２３２５．２
９．３１・・・導体フィン、３２．３４・・・開口、３
３．３５・・・導体フィン、３６．３８・・ストリップ
線路、３７・・・位相反転２分岐回路、３９．４１・・
・Ｔ分岐、４０，４２．４３・・・ストリップ線路、４
４．４５・・・パッチ型放射素子、４６．４７，５０．
５１・・・放射パッチ、４８゜４９・・・放射器開口部
。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数個の放射素子と、一つの信号端子から複数の
   ストリップ線路に分岐され、前記複数個の放射素子を複
   数の分岐回路を用いて並列給電方式で励振する給電線路
   を備えた平面アンテナに於いて、 前記給電線路の一部の分岐回路に、一端が開放されたス
   トリップ線路の開放端から４分の１波長離れた電流最大
   位置に接近して１本または２本配置された被結合ストリ
   ップ線路に、磁界結合で電流を誘起させてその両方向に
   振幅が等しく位相が１８０度異なる信号を伝達させる位
   相反転２分岐回路又は位相反転４分岐回路を使用し、他
   の分岐回路部に同相２分岐回路を併用して使用すること
   を特徴とする平面アンテナ。
2. （２）請求項（１）記載の平面アンテナにおいて、放射
   素子の単位構成ブロックは、４個の放射素子がビームチ
   ルトを生じる方向に配列されたものからなり、円偏波放
   射素子が隣接同士９０度回転配置されて第１次分岐回路
   から等しい長さの給電線で励振させ、前記放射素子対の
   それぞれの第１次分岐回路に対する第２次分岐回路から
   の給電線路も等しくさせ、前記第１次分岐回路または第
   ２次分岐回路の一方を同相分岐回路とし、他方を磁界結
   合位相反転分岐回路とすることにより放射素子対相互に
   １８０度の位相差を与えたことを特徴とする平面アンテ
   ナ。