JPH04186904A - 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〕 本発明は衛星放送受信用などに用いられるストリップ給
電線路とパッチで構成される平面アンテナの広帯域化と
高効率化を実現するアンテナ構成に関するものである。

〔従来の技術〕

平面アンテナは衛星放送受信用アンテナとして、パラボ
ラアンテナに代わるものとして研究が進められ、実用化
されつつある。平面アンテナで、ストリップライン給電
方式のアンテナは構成が簡単で安価であり、量産性に冨
み、この方式を構成要素としたアンテナはすでに実用化
されている。

ストリップ線路による給電方式のアンテナは大別して、
第８図のような素子アンテナであるパッチ３への給電線
路４による並列給電アンテナ方式と図９のようなりラン
ク型ストリップ線路パターン３０による進行波アンテナ
方式がある。また進行波アンテナ方式の別の例としては
図１０（実開昭５０−４６０３８号公報）のようにパッ
チ３を給電線路４により直列接続した構成もある。これ
ら２方式の前者と後者の相対比較は、前者は周波数帯域
幅が比較的広い、後者は効率が高いという特長がある。

（発明が解決しようとするｔＪｌｆｆ）しかしながら、
第８図のような並列給電にょる４パツチアレイをサブア
レイとしたアレイアンテナには各パッチからコンバータ
までの給電線路長が長いことによる伝送損失が大きいこ
とと、多数の分岐や曲り部分からの放射損失が大きいこ
とによる給１を損失が大きいという欠点が生じる。また
、第９図のような進行波型の直列給電方式アンテナはア
ンテナ各部の位相のずれにより周波数帯域幅か狭くなる
ことと、分岐回路４４士４２の部分がデッドスペースに
なるという欠点が生しる。

本発明では、少なくともストリップ給電線路と放射素子
としてのパッチを構成要素とする平面アンテナにおいて
、高効率性と広帯域性を同時に実現する事を目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は並列給電方式と直列給電方式の併用により、両
者の欠点を緩和し、利点を引き出したアンテナを構成す
るものである。

本発明の原理を第１図により説明する０図において、１
は誘電体、２は地導体、３３〜３ｄは方形のストリップ
パターンで形成したパッチ、４３〜４ｄは給電線路であ
り、４個のパッチは環状に配列（正方配列）されている
、第１図とＩ！像のアンテナとしては実開昭５０−４６
０３８号公報に示すものがあるが、このアンテナは第１
０図に示すように、２個以上の方形アンテナの隣り合う
アンテナの向いあう辺の中心を給電線路で直結するもの
である。

このアンテナは必然的に直線となり、アレイ構成にする
ときは第９図の場合と同し問題点が発生する。

第１図では、４個のパッチアンテナを環状（正方）に配
列し、各アンテナを同じ偏波で、同位相励振するような
長さの給電線路で直列接続したものである。矢印は偏波
方向を示す、給１を線路の長さは各パッチを同位相励振
するーために、４ｂ。

４ｄが約１／２波長、４ｃが約１波長である。

さらに第１図のパターンをサブアレイとし、このサブア
レイを例えば１２８個アレイ化する。各サブアレイから
コンバータまでの給ｔｖＡ路の電気長は全て等しく、か
つ各サブアレイには並列給電される。

〔作用〕

第１図で、給電線路長が規定されるのは、同位相励振す
るためである。３ａ〜３ｄの各パッチはアンテナ動作時
は電波の半波長に共振して動作する。従って、各パッチ
に示した矢印のような同位相励振するためには、次の条
件を満たす必要がある。

パッチ３ａと３ｂを同位相励振するためには、線路４ｂ
のパッチ３ａと３ｂへの接続端部の位相が１８０度異ｌ
６必要がある。そのため、４ｂの長さは半波長（管内波
長）の奇数倍にする必要がある。−４ｄの長さも同様で
ある。

また、給電線路４ｃのパッチ３ｂと３０との接続端部に
おける位相は矢印の向きから位相差Ｏとする必要がある
。そのため、４ｃの長さは波長（管内波長）の整数倍に
する必要がある。

従って、第１図においては４ｂ、４ｄは約半波長、４ｃ
は約１波長に設定している。なお、給電４回路４ａのイ
ンピーダンスは、４個のパッチが共振状態で動作するた
めに、パッチ１個への入力する場合に比べて約１／４と
なる。

４個のパッチに並列給電しようとすれば、図１１のよう
な構成になる。この構成と第り図の構成を比較すると、
第１１図が給電線路の分岐数２に対し第１回では０であ
り、端子Ａから各パッチまでの線路長の平均値も、第１
図の方が短くなる。

従って、並列給電アンテナの利得低下の要因である分岐
数と給電線路長を低減することができ、効　　゛重量上
が実現できる。また、パッチの直列接続は４バフチで電
気長４波長程度であり、これによる周波数帯域幅の低下
は無視できる。

第１図は直線偏波の場合であるが、円偏波の場合も２点
給電の原理から同様に構成できる。そして、各バッチに
２点給電で円偏波を励振する場省、実施例に述べるよう
に、環状にすると二つの給電線路長のバランスをとるこ
とができる。

また、進行波型アンテナの場合、多数のサブアレイに並
列給電するには第９図のように分岐線路４２部分のデッ
ドスペースが問題であるが、第１図のように、環状であ
れば最適バッチ間隔で配置されたパッチ間のスペースで
並列給電のための配線ができるので、デッドスペースが
生しない。

〔実施例〕

実施例には円偏波アンテナについて、バッチと給電線路
の構成を主体に述べる。

第２図は本発明の第１の実施例であり、各バッチは円偏
波を同位相で励振する。この図で、給電線路は４０１ａ
〜４０１ｄ、４０２ａ〜４０２ｄであり、各バッチは円
偏波を励振するために２点給電構造となっている。そし
て、その接続は第１図の構成と、それを裏返しにし、９
０度回転したものとを重ね合わせた形である。

実線と点線の矢印は各偏波方向を示す、実線で示す偏波
は給１ｉｉｖＡ４０１ａ〜４０１ｄにより励振し、点線
で示す偏波は給ｉｔ線４０２ａ〜４０２ｄで励振される
。そして、入力線路４０１ａと４０２ａに、９０度位相
の異なった信号を入力することにより、バッチ３０１ａ
〜３０１ｄからは同位相の円偏波が放射される。

この構成で、実線と点線の各偏波を励振するための線路
４０１ａ〜４０１ｄと４０２ａ　〜４０２ｄの全体の長
さを等しくすることができる。

第３図は第２図の入力部の具体的な構成を示す。

給電線路４ａは４０１’ａと４０２’ａに分岐する。給
電線路４ａは４０１’ａと４０２′は９０度の位相差を
つけるために、４０２’ａの方が電気長にしてπ／２だ
け長い、この様な構成にすると、アレイ化するとき第８
図に示す給電線路の設計手法がそのまま利用できるとと
もに、実質的な線路長が短く、分岐数が２個少なくなる
ため、給電損失を低減できる。しかも、一般の直列給電
方式アンテナのように給電線路専用のスペースを必要と
しない。

第４図は給電点を偏波ごとに、異なったパッー′チに接
続した例である。給電線路４ａは４１１ａと４１２ａに
分岐し、実線の偏波を励振する線路４１１ａはバッチ３
０２ａに接続され、点線の偏波を励振する線路４１２ａ
は３０２ｄに接続される。

４１１ａと４１２ａの線路長は円偏波を合成するために
１１２３の方がπ／２だけ長い、特性は図３の場合と変
わらない、第５図は本発明の第４の実施例で、−点給電
型円偏波パッチの配置例である。方形バッチの対角コー
ナーを切り欠くと、円偏波を放射できる事は良く知られ
ている０円偏波パッチ３　ａ　ｌ〜３ｄ’は第１図と同
じ配置となっている。

第６図は本発明の第５の実施例である０本発明は円偏波
アンテナで、４個のバッチを結ぶ同し系統の給電線路で
励振される偏波の方向を交互に入れ替えたものである。

すなわち、給電線路４２１ａ〜４２１ｄの系統で励振さ
れる偏波の方向はパフ＋　３０３　ａ〜３０３ｄの中に
点線で示す方向であり、給電線路４２２ａ〜４２２ｄの
系統で励振される偏波の方向は実線で示す方向である。

すなわち、偏波の方向が交互に入れ替わっていることが
分かる。

この構成で、同じ偏波方向で同位相励振するには各線路
は（）で示した電気長に設計する必要がある。すなわち
、給１を線路４２１ｂ、４２２Ｃ。

４２２ｄは（ｎ＋１／４）λ、４２１ｃ、４２１ｄ、４
２２ｂは（ｎ−１／４）　λである。ここに、ｎは０を
含む正整数、λは管内波長である。

第７図は本発明の第６の実施例である０本実施例は円偏
波アンテナで、バッチの数を３個とした。

バンチ３０４ａ〜３０４Ｃを結ぶ給１ｉ線路は各偏波ご
とに、第１図で示した長さに設計すれば良い。

以上の実施例ではバッチの数は４個と３個について示し
たが、それ以上の数でも良い。

〔発明の効果〕

少なくとも、地導体平面の上方に一定厚さの誘電体層ま
たはスペーサを介して、導体で形成されたバッチおよび
これと同じ面に形成された上記バンチへの給電回路層を
構成要素とする平面アンテナにおいて、上記バッチのＮ
個を環状に配列し５、上記Ｎ個のバッチを同じ偏波で同
位相励振するような長さの給ｔｖＡ路で直列接続したこ
とにより、並列給電アンテナの利得低下の要因である分
岐数と給電線路長を低減することができ、効率向上が実
現できる。

また、バッチの直列接続は５〜６パフチ以下であれば、
電気長１０波長程度以下であり、これによる周波数帯域
幅の低下は無視できる。

多数の進行波型の直＆！伏サブアレイに並列給電する場
合は、分岐線路部分にデッドスペースが生じるが、環状
であれば最適バッチ間隔で配置されたバッチ間のスペー
スで並列給電のための配線ができるので、デッドスペー
スが生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の原理を示す上面図、第１図（ｂ
）は第１図（ａ）の側面図、第２図は本発明の一実施例
を示す上面図、第３図及び第４図は本発明の一実施例に
用いた入力部分の上面図、第５図（ａ）は本発明の他の
実施例を示す上面図、第５図（ｂ’）は第５図（ａ）の
側面図、第６図及び第７図は本発明の他の実施例を示す
上面図、第８図、第９図、第１Ｏ図（ａ）、第１１図は
従来例を示す上面図、第１０図（ｂ）は第１０図（ａ）
の側面図である。 符号の説明 １；誘電体　　　　　　２；地導体 ３；バッチ　　　　　　４；給１を線路４ｃ　　　　　
　　３ｂ 第１図 第２図 ハ 第３図 Ａ 第６図 第７図 Ｉ＠８図 第９図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．少なくとも、地導体平面の上方に一定厚さの誘電体
   層またはスペーサを介して、導体で形成されたパッチお
   よびこれと同じ面に形成された上記パッチへの給電回路
   の層を構成要素とする平面アンテナにおいて、上記パッ
   チのＮ個を環状に配列し、上記Ｎ個のパッチを同じ偏波
   で同位相励振するような長さの給電線路で直列接続した
   ことを特徴とする平面アンテナ。
2. ２．上記直列接続されたＮ個のパッチおよび給電線路を
   サブアレイとし、上記各サブアレイに、電気長の等しい
   給電線路により並列給電したことを特徴とする請求項１
   に記載の平面アンテナ。
3. ３．上記パッチの上面に、一定間隔を隔ててスロット板
   を配置したことを特徴とする請求項１又は２のうちいず
   れかに記載の平面アンテナ。
4. ４．Ｎが３または４である請求項１〜３のうちいずれか
   に記載の平面アンテナ。