JPH04805A - アンテナ装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、給電線路としてス）　ＩＪッデ線路を用い、
複数の放射素子を励振するアンテナ装置に関する。

［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ている。

従来、平面アンテナの給を線路としては、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グレート
ストリッ７”４１Ｍ−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
マイクロストリップ線路ま念はそれを変形した、いわゆ
る・々ツチアンテナ形式のものが用いられ、・ぐツチア
ンテナと給ａｍ路とは直接結合される。ま念トリグレー
トストリップ線路給電の場合は、上部接地導体に２分の
１ｔＩＬ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ｔＳ路とは電磁
結合されることが多い。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なる並列給電方式が用いられ
る。なお各放射素子の配置の間隔は、不要サイドロープ
を抑圧し、アンテナの放射効率を劣化させないために、
０５波長乃至０．９波長桿度に高密度に配置しなければ
ならない。

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、放射素子を所望の位相で均一な振幅で励振す
るには、放射素子周辺の個別給電線路の配置上配線の引
き回しが複雑かつ過密となって給電線路間の相互干渉が
生じ均一励振が損なわれ、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。

さらに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素子とアンテナ素
子との間の整合回路が最適とならず全体として狭帯域と
なるという問題があった・第５図は、従来のストリップ
線路給電方式を用いた平面アンテナの平面図を示す。本
アンテナは、各放射素子の放射電力を面に垂直のＥ開方
向に合成する之めの配置となっている。

４　’＠の円形／４ッチ放射素子、？　、　７　、１７
　、１５は接地導体ｌと絶壁体２により間隔をあけて配
置されてマイクロストリップ線路からなる個別給電線路
６，１０，１４．ＩＩＩにより同じ向きに同相給電され
る。＋１ｉｉｌ別給ｔＳ路６．１０，１４．１８は、Ｔ
分岐１９．２２を経て線路幅を変えた４分の１波長イ／
−一ダンス変成器となる線路部２０゜２１を含むＴ分岐
ｘｓｖ’ｃより一つの給電線路２４に合成される。

各々の円形／譬ツチは、給電点から４５度の角度の部分
に切り欠きセグメン）４＊５ｅＪｅ９＊１２．１３．ノ
ロ、１７を持几せることにより、円盤導体上に直交する
二つの共振モード［９０度の位相差を付与し、かつ等振
幅で励畳して円偏波を発生する。

［発明が解決しようとする課題］ 上記給１線路配置の問題点は、Ｔ分岐２３の給電線路２
４のＴ分岐付近は、線路２ｏ、、？Ｊと直交しないため
非対称な磁界結合のため完全な２分岐とならず、電力分
配は左右不均等となる。実験的に左方の分岐枝となる線
路部２０に対する結合が強くなることが知られている。

また、給電線路２４が個別給電線路１４並びに放射素子
１５に接近し、それぞれ不要電磁結合を生じ、結果とし
て各放射素子の励振を不均一にし、アンテナ効率を低下
させる問題があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、その
目的は構成を簡素化でき、かつ給電線路の損失を低減し
てアンテナ効率を向上し得るアンテナ装置を提供するこ
とにある。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明は、２個
の放射素子を給電点ごとに互いに１８０度回転させ対向
配置させ、給電線路から前記２個の放射素子の個別給電
線路に信号を分配する２分岐回路として、ストリップ線
路相互の磁界結合作用を利用した位相反転２分岐回路を
用いることにより、放射素子付近の給電線路を簡素化し
、且つ給電の対称性を良くすることにより給電線路の不
要結合を低減し、放射素子励振の均一化によるアンテナ
効率の改善が出来るようにしたものである。

口第１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実施例による平面アンテナの平面
図であって、本発明を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金示す。

トリプレート型ストリップ線路（以下簡単のｔめストリ
ップ線路と記す）は、第１図の接地導体３０の上側に配
置されている絶縁体３ノと、この上に積層される上部接
地導体６１の下側に配置されている絶縁体６０との間に
配置される導体層のところに形成される。

各放射素子形式は先に説明した従来例と少し異なるが、
同様に／ｆラッチ放射素子であり、主ビームを垂直の正
面方向に合成するための配置となっている。

４個の／＃ラッチ放射素子３２，３７，４２．４１は接
地導体３０と絶縁体３１により間隔をあけて配置され、
円盤導体３５，４０，４５．５０の円周上の各々の給電
点から４５度の角度で短冊型の細長い導体とやや幅が広
くて短い導体とを直交させたクロスノぐツチ３Ｂ、３４
．３Ｂ、３９，４３゜４４．４８．４９を延長させた構
造とし、直交する二つの共振モードに９０度の位相差を
付与し、かつ等振幅で励振して円偏波を発生する形式の
ものである。

パッチ型放射素子３２．３７及び７２．４７はストリッ
プ線路からなる個別給電線路３６．４１及び４６．５１
を備え、それぞれ給電点を含み互いに１８０度回転して
配置されている。個別給電線路３６．４１及び４６．５
１に信号を分配するには、位相反転２分岐回路５２．５
７を用いており、これらは一端が開放端で開放端から４
分の１波長離れた電流最大位置付近の前後を折り曲げた
ストリップ線路５３．５６をストリップ線路５２゜５７
に接近させて構成される。

インピーダンス整合のため線路幅を変えた給電豐路５４
．５５は、Ｔ分岐４８を経て一つの給電線路５９に接続
されている。

次に本発明の構咬において回路の動作および放射素子の
４ｈ＠について説明する。ストリップ線路５３．５６１
ｄ、ストリップ線路５２，５７に対し線路電圧最少、線
路電流最大部分で密接して配置されているので、高周波
の磁界によって結合が行われる。従って、ストリップ線
路５３，５６には一つの方向の電流が誘起され、それぞ
れ個別給電線路の放射素子の向きに対しては、位相が逆
転した信号が送られることになる。

このようＫして、給電線路５９１ｆＣ加えられた信号は
、４等分されると同時に１位相反転２分岐回路ｓｘ、ｓ
ｖのため、個別給電線路６と１０および１４と１６の放
射素子との接続点でそれぞれ１８０度の位相差の信号で
、互い［１８０度回転配置されたｔツチ放射素子３２．
１６及び４２゜４７を＠！Ｌ、結句全ての放射素子を同
相で励振することになる。

放射素子からの放射波は、上部接地導体６１上に配置さ
れた、円周の４等分する位置に内部に向かう突起を有す
る開口６２，６３，６４．６５を経て外部へ放射される
。円周上の突起は開口の共振周波数を低下させ、比較的
小さな直径の開口で電波を通過させるので、上部接地導
体の開口以外の部分の面積を増加することができストリ
ップ給電線路部からの不要放射を抑えることができる。

本放射素子の配置においては電磁波の放射は、・ぐツチ
型放射素子からの直接放射と開口を励振による、開口か
らの放射とを合成したものとなる。

開口の突起部は下部の放射素子のクロスス）　ＩＪッグ
部と平行した配置のため、電磁結合によって開口をスロ
ット放射素子として励振を強める作用をする。開口のス
ロット放射素子としての働きは開口の共振周波数が動作
周波数に一致させたとき最大となり、全体の放射を支配
する。これに対し開口を大きくして共振周波数を動作周
波数から十分下げておけば４ツチ型放射素子からの放射
が支配的となる。後者の方法が設計は簡単であるが給電
線路の遮蔽効果は若干減少するので、目的により、いず
れかの方法を選べばよい。

本発明の効果として、位相反転型２分岐回路５２．５７
ｔ−左右の配置が丁度碗倫の関係の形状にし念ため、中
央部から対称性の良い給電ができ、左右の放射素子対に
均一な励振をすることが可能となった。

上記実施例では、主ビームが面に垂直な平面アンテナに
適用したが、主ビームに所１０角度を待几せる場合にも
、不発明の給電方法を基礎として設計すれば、給電線路
に位相差負荷回路を挿入し友り、放射素子及び給電点の
配列に回転角度差を付けるなど従来良く知られた方法を
併用することにより、従来より配線が簡素化出来る性質
を活用して、所望のビームチルトが容易に実現できる利
点がある。

ま念、上記実施例では、放射素子として、円形ノ９ツチ
型放射素子を用い、給電方法として個別給電線路による
１頁接結合法を用いたが、良く仰られているように、上
部接地導体上に設は九スロット型枚射素子と前記放射素
子のスロットを横切るトリプレートストリップ線路によ
って、いわゆる電磁結合をさせた給電方式にも本発明を
適用して効果を上げることができる。

［第２実施例］ 第２図は本発明の第２実施例の平面アンテナにおける位
相反転型２分岐回路の回路パターンであって、折り曲げ
られた開放端７２．７５をもつ２分の１波長ストリップ
線路５２の両開放端から少し離れた位置に個別給電線路
７４．７５が接続されている。まル、一端開放のス）　
＋７ツグ線路７６が開放端から４分の１波長の前後で図
のように両側に直角に折り曲げられ、給電線路７９に至
る４分の１波長の線路の線路幅を変えてインピーダンス
整合器として動作させることができる。２分岐回路とし
ての動作は、第１図の場合とほぼ同様であるが、個別給
電線路７４．７５を開放端７２゜７５から離すことによ
って、放射素子側のより小さいインピーダンスに対する
整合性を良くし、分岐点ｔ−よりコンパクトにできる効
果を有する。

［第３１！施例］ 第３図は１本発明の第３１！施例の平面アンテナにおけ
る位相反転型２分岐回路の回路７ダターンであって、ス
トリップ＠ｕｇｓ、ｇｙがＵ字型に曲げられ九底部の線
路部８６で接続され、全体として２分の１ｅ、長の第１
のス）　ＩＪッデ線路を構成する。前記底部の線路部８
６に密接して配置嘔れた第２のス）　ＩＪッデ線路とし
て、幅の広い２分の１波長のストリップ線路８０が用い
られ、両端に個別給電線路８３．Ｉｉ４が接続される。

給電線路９０から延長され幅を変えて４分の１波長イン
ピーダンス変成器としての作用を持つストリップ線路８
９の先端８８が上方に曲げられＵ字型の内部からストリ
ップ線路８５に接続される。

前記接続点ＦｉＵ字型の端部機高インピーダンスであり
、設計により接続点を適宜選択することが出来る。本構
成における動作ＦｉＫ２図の場合と同様であるが、結合
部の上下対称性が改善され、さらに良好な特性が期待で
きる。

［第４実施例］ 第４図は本発明のさらに別の実施例の平面アンテナの構
成図である。

最初に給電回路について説明する。接地導体３０の上の
絶縁体３１と上部接地導体６１の下の絶縁体６ｏの間に
ストリップ線路給電線１ｏｏが設けられ、Ｔ分岐１０１
を経て、位相反転２分岐回路１０２．１０３を経て一端
開放のス）　ＩＪツブ線路１０４．１０５，１０６，１
０７に４分配される。これらのウチ左上のブロックにつ
いて説明すると、一端開放のストリップ線路１０４の開
放端から４分の１波長のところには、左右から折り返し
型のストリップ線路１０８　１０９が接近して配置され
ており、磁界結合により結合され、信号はさらに４等分
され、一端開放の反対の向きに配置されたストリップ線
路１１０と１１１並びに１１２と１１３をそれぞれ給電
点から逆相に励振し、一つの方向からみたとき全体が縦
方向のおなし向きの電流で励振される。他のブロックに
ついても同様ですべて縦向きに同相で励振されて上方に
電磁波を放射する。

次に上部接地導体に設けられた、ス）　ＩＪッデ線路１
１０．ＩＩＩＫ対応した左上角＋７）１８０［回転して
配置された開口対について説明する。円形の開口１１４
，１１６の内葡には内側に向かうフィン導体１１５，１
１７を設ける。

ストリップ線路１１０，１１１から放射された電磁波は
垂直偏波であり、これに対し４５度の角度で噴切るフィ
ン導体１１１１，１１１によって元の放射波の偏波は、
フィン導体の方向とこれＫ［交する二つの偏波成分に分
解され、フィン導体の長さを適当にして誘導性のりアク
タンスを呈するよう和すると、フィン導体の方向の偏波
成分のみ９０度位相を遅らせることが出来結局円偏波を
発生することができる。すなわち、開口の最低次モード
共嘔＃１波数を動作周波数より低く設定して。

誘導性リアクタンスを呈するようにさせ１日偏狭を発生
させることができる。他の開口対についても同様であり
、全ての開口からの円偏波が正面方向に合成できる。

本実施例では、単一のフィン導体を用いたが、両側の内
周から２個のフィン導体を設けても差し支えなく同様の
原理で円偏波を発生することが出来る。

さらに上記から変形し、直交した方向にもフィン導体を
設けた４個にした場合は、一方の対向対が容量性の場合
、直交する他方を誘導性を呈するように、フィン導体の
長さを加減してリアクタンス量を直交同士で丁度±４５
度の位相遅れが生じるようにして４目的の円偏波を得る
ことが出来る。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、ストリップ線路方
式の平面アンテナの給電線路に新規な磁界結合を用いた
位相反転２分岐回路を用かた結果、放射素子に対する給
電線路の対称性及び簡素化が一段と改善され、給電線路
に幅の広い低損失なストリップ線路を用いることができ
、放射素子励振の均一化と給電線路の損失低減圧よるア
ンテナ効率を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＩＥＩ実施例を示す平面アンテナの構
成図、第２図及び第３図はそれぞれ本発明の＄２、第３
実施例の平面アンテナの位相反転２分岐回路の回路ｉ−
々ター／を示す図、第４図は不発明の第４実施例を示す
平面アンテナの構成図、第５図は従来の平面アンテナの
構成図である。 １・・・接地導体、２・・・絶縁体５．ｔ　、　７　、
　Ｊ　Ｊ　。 １５−・・円形／ヤッチ放射素子、４，５，８，９゜Ｊ
　２　、　Ｊ　３．　Ｊ　６　、１　Ｆ−・・切り欠き
セグメント、６．１０．１４．１８−・・個別給電線、
７，８゜ｚ３・・・Ｔ分岐、３０・・・接地導体、３１
．６０・・・絶縁体、６１・・・上部接地導体、３２，
３１．４２゜４７・・・／＃ラッチ放射素子、３５．４
０，４５゜５０・・・円盤導体、３３．：Ｎ４．．１ｇ
、３９．４３゜４４．４１１．４９・・・クロス／＃ツ
チ、Ｊ　６　ｅ　４１　ｔ４６．５１・・・１ｍｍ別型
電線路ｓｚ、ｓ’：ｒ−・・位相反転２分岐回路、ｓｓ
、ｓｔ；、ｓｓ、ｓｖ・・・ストリップ線路、５９・・
・給電線路、６２，６３，６４゜６５−・開口、７４．
７５・・・１別給ｔＳ路、１９・・・給電線路、８５，
１１７・・・ストリップ線路、８３゜８４・・・個別給
電線路、９０・・・給電線路、１００・・・ストリップ
線路給電線、１０１・−Ｔ分岐、１０２゜ｚ　ｏ　ｓ−
・・位相反転２分岐回路、１０４，１０５゜１０６．１
０’ｌ・・・一端開放のストリップ線路、１１０、Ｊｌ
ｌ、１１２，１１３・・・ストリップ線路、１１４，１
１６・・・円形の開口、１１５．１１７・・・フィン導
体。

Claims (3)

【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、上記複数個の放射素子を並
   列給電方式で励振する給電線路を備えたアンテナ装置に
   於いて、 上記給電線路の構成要素として、一端が開放された第１
   のストリップ線路の開放端から４分の１波長離れた電流
   最大位置が第２のストリップ線路に接近して配置されて
   おり、第２のストリップ線路に磁界結合で電流を誘起さ
   せることにより、第２ストリップ線路の両方向に振幅が
   等しく位相が１８０度異なる信号が伝達される位相反転
   ２分岐回路を用いたことを特徴とするアンテナ装置。
2. （２）請求項（１）記載のアンテナ装置において、位相
   反転２分岐回路は、一端が開放の第１ストリップ線路と
   、線路長が２分の１波長の両端を開放端にした第２スト
   リップ線路の中央部の電流最大位置に前記第１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を
   接近して位置させ、２分岐信号が取り出される線路の接
   続点を上記第２ストリップ線路の開放端または開放端よ
   り中央寄りに設けたことを特徴とするアンテナ装置。
3. （３）開放端を有するストリップ線路の上部接地導体に
   設けた開口によって、前記ストリップ線路からの放射波
   を通過させ、前記開口の内周にフィン導体を４５度の角
   度で延長し開口の最低次モード共振周波数を動作周波数
   より低く設定し、誘導性リアクタンスを呈するようにし
   て円偏波を発生させることを特徴とするアンテナ装置。