JPH0483404A - 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、ラジアル・ライン・スロット・アンテナと呼
ばれる軸対称モード励振の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、法用、安藤及び後
藤「周期構造モデルによるラジアル導波路とスロットの
結合の解析」電気学会、電磁界理論研究会資料ＥＭＴ−
８９−４９）や、特許出願公開昭和５７−８７６０３号
、６０−１９９２０１号、６０−１９９２０２号、６０
−１９９２０３号、６０−２００６０２号、平成１−４
６３０５号などに記載されている。

また１層構造のラジアル・ライン・スロット・アンテナ
の終端部にスパイラル状の終端（又は整合）スロットを
設ける構造が、名取、安藤及び後藤［ラジアルラインス
ロットアンテナの整合スパイラルの設計研究」電子情報
通信学会信学技報ＡＰ９０−３１に記載され、同様の内
容が、平成１年特許願第２１４３１８号により特許出願
されている。

スパイラル状終端スロットを具備する１層構造の平面ア
ンテナの従来例を第２図に示す。第２図（ａ）は従来例
のアンテナ正面がら見た正面図、同（ｂ）は同（ａ）の
ｌｌ−ｌ１線がら見た断面図を示す。円形の上板（又は
放射板）１０と、同じく円形の下板（又はベース板）１
２とを放射電波の波長程度以下に近接配置することによ
り、軸対称モード伝搬の導波路が形成される。放射板１
０及びベース板１２は通常、導電体からなる。ベース板
１２の中央には給電用の同軸ケーブル１４が接続されて
いる。放射板１０とベース板１２により形成されるラジ
アル導波路の中心部分には、同軸ケーブル１４から給電
される電波をラジアル導波路方向に向ける整合反射体１
６を設けである。

放射板１０には、同軸ケーブル１４から給電される電波
の強い中心部分を除き、ハ字状の２つの放射スロットか
らなる放射スロット対１８が、管内波長周期のスパイラ
ル線に沿って多数配置されている。第２図には太実線で
示したが、放射スロット対１８の各放射スロットは実際
には、ラジアル導波路内に連通ずる長方形状の電磁気的
な開口である。このような多数のハ字状の放射スロット
対１８により円偏波を放射できることは周知である。放
射板１０において放射スロット対１８の外側には、同じ
スパイラル線に沿って延びる終端スロット２０が形成さ
れている。同軸ケーブル１４から給電され整合反射体１
８でラジアル導波路に導かれた電波は、ラジアル導波路
を外周方向に伝搬し、その伝搬過程で、放射スロット対
１８により外部に部分的に放射される。放射スロット対
１８によっても放射されなかった電波が、最終的に終端
スロット２０により外部に放射される。

放射スロット対１８によっても放射されなかった電波を
効率的に終端スロット２０の方に向けると共に、ラジア
ル導波路の内部に戻らないように、終端スロット２０に
沿って、整合反射面２２が形成されている。なお、ラジ
アル導波路内には、遅波手段として所定の誘電体２４を
埋め込む場合もある。

［鬼嘴が解決しようとする課ｉｉ］ ＄２図に示すような従来例では、放射スロット対１８に
より放射されなかった電波をスパイラル状の終端スロッ
ト２０により、効率よく、即ち、放射スロット対１８に
よる放射電波と同じ位相で外部に放射でき、従って終端
スロット２０を設けない場合に比べ、効率を高めること
ができた。

しかし、放射スロット対１８を構成する長方形開口によ
る放射電波の指向性と、スパイラル・スロット２０によ
る放射電波の指向性は、本質的に特性が異なり、スパイ
ラル・スロット２０では、放射スロット対１８による放
射電波のサイド・ローブをうまく打ち消すことができな
い。換言すれば、大きなアンテナ利得を得ることが難し
い。

また、終端スロット２０がスパイラル状であることから
、整合反射面２２もスパイラル状に、しかもラジアル導
波路に対して斜めに形成する必要があり、従って、製造
コストの上昇要因にもなっている。

そこで本発明は、放射スロット（対）によるサイド・ロ
ーブをうまく抑制できる終端構造の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］ 本発明では、一面に多数の放射スロットを設けた軸対称
モード導波手段の終端を短絡又は開放し、短絡又は開放
された終端の近傍に当該放射スロツトと同じ基本形状の
多数の終端スロットを設けた。

また、円偏波用としては、軸対称モード導波手段の一面
に所定のスパイラル線に沿って円偏波用の放射スロット
対を配置してあり、当該軸対称モード導波手段の終端を
当該所定のスパイラル線に沿って短絡又は開放し、短絡
又は開放された終端の近傍に当該放射スロット対のスロ
ットと同じ基本形状の多数の終端スロットを設けた。

［作用］ 上記終端スロットが所定のスパイラル線に沿って配置さ
れているので、放射スロット又は放射スロット対によっ
て放射されずに終端部分に到達した電力は、効率よく所
定の位相で外部に放射され、内部への戻りは少ない。終
端スロットは、放射スロット又は放射スロット対を構成
するスロットと同じ基本形状を具備するので、高いアン
テナ利得を実現でき、グレーティング・ローブなどもう
まく打ち消し又は抑制できる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例の構造図であって、同（ａ）
はアンテナ正面から見た正面図、同（ｂ）は同（ａ）の
１−１線から見た断面図を示す。３０は円形の放射板、
３２は同じく円形のベース板であり、従来例と同様に、
放射板３０とベース板３２とを所定の一定近接距離に配
置することにより、ラジアル導波路が形成される。放射
板３０及びベース板３２は導電体材料からなるか、又は
少なくともその表面を導電体としである。ベース板３２
の中央には給電用同軸ケーブル３４が結合され、ラジア
ル導波路の給電部には、同軸ケーブル３４からの給電電
波をラジアル導波路の半径方向に向ける整合反射体３６
が配置されている。

第１図（ａ）から分かるように、放射板３０には、従来
例と同様に、管内波長を周期に半径か変化するスパイラ
ル線に沿って、ハ字状の放射スロット対３８か形成配置
されており、ラジアル導波路を半径方向外側に伝搬する
電波の一部が、円偏波を形成するようにこれらの放射ス
ロット対３８により外部に放射される。放射スロット対
１８と同様に、放射スロット対３８を構成する各放射ス
ロットも、第１図には太実線で図示されているが、実際
には、ラジアル導波路内に連通ずる長方形状の電磁気的
な開口である。放射板３ｏの中央部分には、放射スロッ
ト対３８は形成されず、無放射領域とされている。この
理由は、平成１年特許願第２１４３１８号に詳細に説明
されている。以上は、第２図で説明した従来例と同じで
ある。

本実施例では、従来例のスパイラル状の終端スロット２
００代わりに、以下のような終端構造を提案する。即ち
、放射スロット対３８の配置基準となるスパイラル線の
延長線に沿って短絡板４０を配置してラジアル導波路の
終端を短絡し、当該短絡板４０の内側の所定位置で、放
射板３０に、放射スロット対３８の個々のスロットと同
じ基本形状の終端スロット４２を多数、形成配置する。

終端スロット４２も図面には太実線で図示したが、実際
はラジアル導波路に連通ずる長方形状の電磁気的な開口
である。各終端スロット４２は洋−４、電波伝搬方向に
対して同じ傾斜角度（例えば、約４５°）で配置されて
おり、これらの終端スロット４２をスパイラル線に沿っ
て配置することによりスパイラル・スロット２０と同様
の理由で終端スロット４２からは円偏波が放射される。

アレイ・アンテナの一般的性質として、同じ形の素子ア
ンテナ（スロット・アンテナ）を採用した方がアレイ・
アンテナの利得を大きくできる。

従って本実施例のように、終端部の終端スロットとして
終端スロット４２を採用することにより、大きなアンテ
ナ利得を期待できる。

なお、ラジアル導波路内には、従来例と同様に、遅波構
造として誘電体材料４４が充填されている。

終端スロット４２の作用を二次元モデルにより説明する
。第３図（ａ）は二次元モデルの導波路の側面図、同（
ｂ）は平面図である。終端の短絡板４０と終端スロット
４２との距離をｈ、終端スロット４２の間隔をｄ、終端
スロット４２の長さをＬ１終端スロット４２の導波路軸
との角度をθとすると、基本的にｈとｄを調整すること
により、終端に向う電磁波及び終端で反射されて戻る電
磁波のほとんどを終端スロット４２により円偏波（二次
元モデルでは終端の短絡板の方向の直線偏波）となるよ
うに外部に放射できるようになる。

具体的には、周期構造モデルを仮定しモーメント法を適
用して、終端スロット４２の結合を解析した。第４図に
示す伝送線路モデルによる等偏口路に置き換えて、反射
係数を計算した。短絡端までの距離（電気角）ｋＲとス
ロット長りをパラメータとしたときのリターンロス特性
（但し、θ＝４５°）を第５図に示す。ｋは管内の伝搬
定数である。第５図で、θ＝４５°、管内の誘電体４４
の比誘電率εは１．４８、導波路厚さは７　、５＋ｎ＋
ｎ、周期構造導波路の幅は０．３２とした。この結果、
ｋＲ＝１５０°、Ｌ＝約１１ｍｍのとき、−２０ｄＢ以
下のリターンロスが実現できることが分かった。一般に
、終端に入射する電力は全電力の２０％程度であるので
、リターンロスは一１０ｄＢ以下であれば実用上、十分
である。

終端を導体板により短絡した場合を説明したが、伝送理
論に従い、終端を開放した場合にも適用できることはい
うまでもない。但し、終端スロットの配置を調整する必
要がある。

円偏波の場合を例に説明したが、ラジアル・ライン・ス
ロット・アンテナにおいて、直線偏波を実現する放射ス
ロットの配置が知られており、本発明は、そのような直
線偏波に対しても同様に適用できる。勿論、その場合に
は、直線偏波の放射スロットの配置基準線に沿って終端
を短絡又は開放し、その終端面より内側に、直線偏波の
放射スロットと同じ基本形状のスロットを終端スロット
として配置することになる。

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。特許請求の範囲でもそのように理解さ
れるべきである。

［発明の効果］ 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、高利得の軸対称モード励振の平面アンテナを提供で
きる。また、構造がシンプルになっているので、製造も
容易になり、安価に提供できるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構造図であって、同（ａ）
はアンテナ正面から見た正面図、同（ｂ）はＩ−１線の
断面図である。第２図は従来例の構造図であって、同（
ａ）はアンテナ正面から見た正面図、同（ｂ）はＩ　Ｉ
−１１線の断面図である。 第３図は本実施例の二次元モデル、第４図は解析用等価
回路、第５図は解析結果の一例である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）一面に多数の放射スロットを設けた軸対称モード
   導波手段からなり、当該軸対称モード導波手段の終端の
   近傍に当該放射スロットと同じ基本形状の多数の終端ス
   ロットを設けたことを特徴とする平面アンテナ。
2. （２）前記軸対称モード導波手段の終端が短絡されてい
   る特許請求の範囲第（１）項に記載の平面アンテナ。
3. （３）前記軸対称モード導波手段の終端が開放されてい
   る特許請求の範囲第（１）項に記載の平面アンテナ。
4. （４）円偏波用の平面アンテナであって、軸対称モード
   導波手段の一面に所定のスパイラル線に沿って円偏波用
   の放射スロット対を配置してあり、当該軸対称モード導
   波手段の終端を当該所定のスパイラル線に沿って短絡し
   、短絡された終端の近傍に当該放射スロット対のスロッ
   トと同じ基本形状の多数の終端スロットを設けたことを
   特徴とする平面アンテナ。
5. （５）円偏波用の平面アンテナであって、軸対称モード
   導波手段の一面に所定のスパイラル線に沿って円偏波用
   の放射スロット対を配置してあり、当該軸対称モード導
   波手段の終端を当該所定のスパイラル線に沿って開放し
   、開放された終端の近傍に当該放射スロット対のスロッ
   トと同じ基本形状の多数の終端スロットを設けたことを
   特徴とする平面アンテナ。