JPH05145331A - 偏波共用平面アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 偏波共用平面アンテナにおいて、多素子アレ
ー化を可能とすると共に、給電線路部からの不要放射を
抑制する。 【構成】 垂直／水平偏波共用平面アンテナにおいて、
直交する対称軸３３ｖ，３３ｈを有する放射導体３３と
対向する接地導体３１の背面に、１対の誘電体層３７，
３８を介して第２の接地導体４１を配設し、第２の接地
導体の背面に他の１対の誘電体層４２，４３を介して第
３の接地導体４４を配設し、各対の誘電体層の中間に線
路導体３５，４５をそれぞれ配設して、１対のトリプレ
ート型給電線を別層に形成し、この１対の給電線と放射
導体３３の１対の給電点とをそれぞれ接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、多素子アレー化に好
適な、偏波共用平面アンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、衛星を中継して、地上の基地局と
移動局あるいは固定局との間に、無線通信系を構成する
ことが知られている。この無線通信系では、周波数分割
多重が広く使われているが、補助的に、空間的に互いに
直交する垂直偏波と水平偏波を用いた偏波分割多重が用
いられる場合がある。

【０００３】このような無線通信系の通信機において
は、垂直偏波と水平偏波を分離独立して送受信すること
ができる偏波共用アンテナを用いることになるが、移動
局のアンテナとしては、通常、構成が簡単で形状が小さ
く、低プロファイルの平面アンテナが使用されている。

【０００４】まず、図５〜図７を参照しながら、従来の
偏波共用平面アンテナについて説明する。図５，６に示
すように、従来の偏波共用平面アンテナ素子１０では、
いずれも方形の接地導体１１上に、ふっ素樹脂のような
低損失の誘電体層１２を介して、方形の放射導体１３が
同心に積層配設される。

【０００５】放射導体１３の互いに直交する２本の対称
軸１３ｖ，１３ｈ上で、隣接する２辺の中央に、それぞ
れ給電点１４ｈ，１４ｖが設けられ、両給電点１４ｈ，
１４ｖは、λ／４変成線路１５ｑと給電線路１５ｐから
なる給電線１５を介して、同軸コネクタなどの給電ポー
ト１６ｈ，１６ｖに接続される。そして、この給電ポー
トのいずれか一方、例えば１６ｖが垂直偏波に対応する
と共に、他方のポート、例えば１６ｈが水平偏波に対応
している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、アンテナの
高利得化のためには、複数のアンテナ素子をアレー化す
ることが知られており、前出図５に示すような偏波共用
平面アンテナ素子１０についても、図７に示すように、
例えば、２×２個の放射導体１３ａ〜１３ｄを用いて、
偏波共用平面アンテナアレー１０Ｑを形成することがで
きる。各放射導体１３ａ〜１３ｄには、垂直偏波用の給
電線１５Ｖと水平偏波用の給電線１５Ｈを通じて、対応
する給電点Ｆｖ，Ｆｈから、高周波信号がそれぞれ供給
される。なお、図７では、λ／４変成線路の図示は省略
して、給電線を単線表示としている。

【０００７】ところが、前出図５に示すような従来の偏
波共用平面アンテナ素子１０では、給電線１５や給電ポ
ート１６ｈ，１６ｖが、放射導体１３と同一平面上に配
されているので、図７に示すようにアレー化する場合、
垂直偏波用の給電線１５ｖと水平偏波用の給電線１５ｈ
を互いに交差させないためには、２×２個の配列が限界
であり、あまり高い利得の要求には対応できないという
問題があった。

【０００８】かかる問題を解消するものとして、例えば
次の文献により、図８，９に示すような、多素子アレー
化が可能な偏波共用平面アンテナが既に提案されてい
る。 小谷・松井・羽石：「偏波共用平面アンテナに関する一
考察」１９９０年電子情報通信学会春季全国大会：Ｂ−
１３３ 小谷・松井・羽石：「偏波共用平面アレーの放射特性」
１９９０年電子情報通信学会秋季全国大会：Ｂ−９３

【０００９】図８に示すように、この偏波共用平面アン
テナ素子２０では、接地導体２１の中心部で放射導体２
３と対向する領域内に、垂直偏波用の給電線２５ｖと平
行に、スロット２１ｓが穿設される。また、接地導体２
１に関して放射導体２３と反対側に、２つの誘電体層２
７，２８が積層されると共に、両誘電体層２７，２８の
中間に、水平偏波用の給電線２５ｈが、その先端がスロ
ット２１ｓと交差対向するように配設される。更に、誘
電体層２８の外側には第２の接地導体２９が積層され
る。なお、この図８において、前出図５，６に対応する
部分には、“１”の位が同一の符号を付して一部説明を
省略する。

【００１０】両給電線２５ｖ，２５ｈには、対応する給
電ポート２６ｖ，２６ｈから、高周波信号がそれぞれ供
給されて、放射導体２３が、直接給電により、矢印Ａｖ
で示す方向に励振されると共に、スロット２１ｓを通じ
た電磁結合により、矢印Ａｈで示す方向に励振される。

【００１１】図８のアンテナ素子２０を用いて、例え
ば、図９に示すように、２×２配列の偏波共用平面アン
テナアレー２０Ｑを形成することができる。そして、図
８のアンテナ素子２０では、垂直偏波用及び水平偏波用
の各給電線２５ｖ，２５ｈが、接地導体２１によって分
離されて、別のレイヤーに構成されるため、アレー化の
場合においても、図９に示すように、２つの給電線が交
差することがなく、より多素子のアレー化が可能となっ
て、より高い利得の要求にも対応することができる。

【００１２】また、図８のアンテナ素子２０では、水平
偏波用の給電線２５ｈが、上下の接地導体２１，２９の
間に挟まれて、いわゆるトリプレート型に構成されるた
め、この給電線２５ｈからの不要放射が抑制される。

【００１３】ところが、図８のアンテナ素子２０では、
垂直偏波用の給電線２５ｖが、放射素子２３と同一面、
即ち、アンテナの開口面上に形成されるため、アレー化
により、配列個数が多くなるにつれて、給電線２５ｖか
らの放射損失が多くなって、放射効率が低下するという
問題があった。

【００１４】また、誘電体２１の厚みについても、放射
導体２３に対する適切な値と、給電線路２５ｖに対する
適切な値が異なるため、その選定が困難であるという問
題があった。

【００１５】かかる点に鑑み、この発明の目的は、多素
子アレー化を可能とすると共に、給電線路部からの不要
放射を抑制することができる偏波共用平面アンテナを提
供するところにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】第１のこの発明は、第１
の誘電体層３２を介して第１の接地導体３１と対向する
放射導体３３の直交する対称軸３３ｖ，３３ｈ上に１対
の給電点３４ｖ，３４ｈがそれぞれ配設された偏波共用
平面アンテナにおいて、第１の接地導体の背面側に第２
及び第３の誘電体層３７，３８を介して第２の接地導体
４１を配設すると共に、この第２の接地導体の背面側に
第４及び第５の誘電体層４２，４３を介して第３の接地
導体４４を配設し、第２及び第３の誘電体層の中間に第
１の線路導体３５を配設すると共に、第４及び第５の誘
電体層の中間に第２の線路導体４５を配設し、１対の給
電点の一方と第１の線路導体とを第１の接地導体に穿設
した開孔３１ｕならびに第２及び第３の誘電体層を貫通
して接続すると共に、１対の給電点の他方と第２の線路
導体とを第１及び第２の接地導体にそれぞれ穿設した開
孔３１th，４１ｕならびに第１〜第４の誘電体層を貫通
して接続するようにした偏波共用平面アンテナである。

【００１７】第２のこの発明は、直交する１対の対称軸
５３ｖ，５３ｈを有する放射導体５３が第１の誘電体層
５２を介して第１の接地導体５１と対向配設された偏波
共用平面アンテナにおいて、第１の接地導体の背面側に
第２及び第３の誘電体層５７，５８を介して第２の接地
導体６１を配設すると共に、この第２の接地導体の背面
側に第４及び第５の誘電体層６２，６３を介して第３の
接地導体６４を配設し、第２及び第３の誘電体層の中間
に第１の線路導体５５を配設すると共に、第４及び第５
の誘電体層の中間に第２の線路導体６５を配設し、第１
の接地導体に放射導体の対称軸の双方にそれぞれ対向し
て第１及び第２のスロット５１ｓ，５１thを穿設すると
共に、この第２のスロットに対向して第２の接地導体に
第３のスロット６１ｓを穿設し、第１のスロットを介し
て第１の線路導体と放射導体とを電磁的に結合すると共
に、第２及び第３のスロットを介して第２の線路導体と
放射導体とを電磁的に結合するようにした偏波共用平面
アンテナである。

【００１８】

【作用】かかる構成によれば、放射導体の背面側で、１
対の給電線路部がそれぞれ別層のトリプレート型となっ
て、多素子アレー化が可能となると共に、給電線路部か
らの不要放射が抑制される。

【００１９】

【実施例】以下、図１〜図３を参照しながら、この発明
による偏波共用平面アンテナの一実施例について説明す
る。

【００２０】この発明の一実施例の構成を図１に示す。
この図１において、前出図５及び図８に対応する部分に
は“１”の位が同一の符号を付して一部説明を省略す
る。

【００２１】図１において、３０は偏波共用平面アンテ
ナ素子を全体として示し、方形の放射導体３３には、互
いに直交する２本の対称軸３３ｖ，３３ｈ上に、中心か
ら適宜に等しくオフセットされて、給電点３４ｖ，３４
ｈがそれぞれ配設される。

【００２２】この実施例では、接地導体２１に関して放
射導体２３と反対側に、第２，第３の誘電体層３７，３
８と第２の接地導体４１とが積層配設されると共に、両
誘電体層３７，３８の中間に、水平偏波用の給電線３５
が積層されてトリプレート型に構成され、給電線３５の
先端が給電点３４ｈと対向するように配設される。

【００２３】また、第２の接地導体４１に関して放射導
体３３と反対側に、第４，第５の誘電体層４２，４３と
第３の接地導体４４とが積層配設されると共に、両誘電
体層４２，４３の中間に、垂直偏波用の給電線４５が積
層されてトリプレート型に構成され、給電線３５の先端
が給電点３４ｖと対向するように配設される。

【００２４】そして、放射導体３３の一方の給電点３４
ｈと、対応する給電線３５の先端との間で、第１の接地
導体３１と第２の誘電体層３７とに共通に、適宜の直径
の開孔３１ｕが穿設されて、図１に破線で示すように、
この開孔３１ｕを貫通する給電ピンなどにより、給電点
３４ｈと給電線３５の先端とが接続される。

【００２５】他方の給電点３４ｖと、対応する給電線３
５の先端との間では、第１の接地導体３１と第２の誘電
体層３７とに共通に、適宜の直径のスルーホール３１th
が穿設されると共に、第３の誘電体層３８にもスルーホ
ール３８thが穿設される。更に、第２の接地導体４１と
第４の誘電体層４２とに共通に、開孔４１ｕが穿設され
て、同図に破線で示すように、スルーホール３１th，３
８th；開孔４１ｕを貫通する給電ピンなどにより、給電
点３４ｖと給電線４５の先端とが接続される。なお、積
層状態では、スルーホール３１th，３８thと、適宜に配
設された他のスルーホール（図示は省略）などによっ
て、各接地導体３１，４１，４４が電気的に接続され
る。

【００２６】両給電線３５，４５には、対応する給電ポ
ート３６，４６から、高周波信号がそれぞれ供給され
て、放射導体３３が、背面直接給電により、矢印Ａｖ，
Ａｈで示す方向にそれぞれ励振される。これにより、こ
の実施例のアンテナ素子３０は、垂直偏波及び水平偏波
に対応することができる。

【００２７】また、この実施例では、アンテナ素子３０
の両給電線３５，４５は、上述のように、それぞれ別層
においてトリプレート型に構成されているので、図２に
示すように、アレー化した場合でも、給電線３５Ｈ，４
５Ｖが互いに交差することはない。従って、次のアレー
ユニットに結合可能であり、図３に示すように、配列個
数を更に増やすことができて、高い利得の要求にも対応
できる。

【００２８】しかも、各給電線３５Ｈ，４５Ｖは、トリ
プレート型に構成されているので、その放射損失は無視
することができて、アレーの多素子化に伴う放射効率の
低下を抑制することができる。また、各誘電体３２，３
７，３８の厚みは、放射導体３３と給電線３５，４５に
対して、それぞれ適切に設定することが可能となる。

【００２９】次に、図４を参照しながら、この発明によ
る偏波共用平面アンテナの他の実施例について説明す
る。

【００３０】この発明の他の実施例の構成を図４に示
す。この図４において、前出図１に対応する部分には同
一の符号を付して重複説明を省略する。

【００３１】図４の実施例では、給電ピンによる直接給
電に代えて、スロットによる非接触給電を採用してい
る。即ち、この実施例では、放射導体５３の１対の対称
軸５３ｖ，５３ｈにそれぞれ対向して、接地導体５１
に、適宜のスロット５１ｓ及びスルーホール５１thが穿
設されると共に、第２の接地導体６１には、スルーホー
ル５１thに対向してスロット６１ｓが穿設される。ま
た、第３の誘電体層５８には、スルーホール５１thに対
向して、スルーホール５８thが穿設される。

【００３２】第２，第３の誘電体層５７，５８の中間
に、水平偏波用の給電線５５が、その先端がスロット５
１ｓと交差対向するように配設されると共に、第４，第
５の誘電体層６２，６３の中間には、垂直偏波用の給電
線６５が、その先端がスロット６１ｓと交差対向するよ
うに配設される。

【００３３】そして、スロット５１ｓを介して、線路導
体５５と放射導体５３とが電磁的に結合されると共に、
スルーホール５１th及びスロット６１thを介して、線路
導体６５と放射導体５３とが電磁的に結合される。その
余の構成は前出図１と同様である。

【００３４】図４の実施例でも、図１の実施例と同様に
作用し、同様の効果を奏するに加えて、スロットを介し
た電磁結合の採用により、図１の実施例における給電ピ
ンを排除することができて、組立が容易となる。

【００３５】なお、図１，図４の各実施例では、説明の
便宜上、片面銅張積層板を多用する構成としたが、例え
ば、第１，第３，第５の誘電体層として両面銅張積層板
を用いると共に、単なる樹脂層を第２，第４の誘電体層
として用いる構成とするなど、適宜に変形することがで
きる。また、構成によっては、 誘電体層として空気を
用いることも可能となり、これによって、材料コストを
低減することもできる。

【００３６】

【発明の効果】以上詳述のように、この発明によれば、
垂直／水平偏波共用平面アンテナにおいて、直交する対
称軸を有する放射導体と対向する接地導体の背面に、１
対の誘電体層を介して第２の接地導体を配設し、第２の
接地導体の背面に他の１対の誘電体層を介して第３の接
地導体を配設し、各対の誘電体層の中間に線路導体をそ
れぞれ配設して、１対のトリプレート型給電線を別層に
形成し、この１対の給電線と放射導体の１対の給電点と
をそれぞれ接続するようにしたので、多素子アレー化が
可能になると共に、給電線からの不要放射を抑制するこ
とができる偏波共用平面アンテナが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明による偏波共用平面アンテナの一実
施例の構成を示す分解斜視図

【図２】 この発明の一実施例のアレー化を説明するた
めの略線平面図

【図３】 この発明の一実施例のアレー化を説明するた
めの略線平面図

【図４】 この発明の他の実施例の構成を示す分解斜視
図

【図５】 従来の偏波共用平面アンテナの構成例を示す
平面図

【図６】 従来例の構成を示す断面図

【図７】 従来例のアレー化を説明するための略線平面
図

【図８】 他の従来例の構成を示す分解斜視図

【図９】 他の従来例のアレー化を説明するための略線
平面図

【符号の説明】

３０，５０ 偏波共用平面
アンテナ素子 ３０Ｑ，５０Ｍ 偏波共用平面
アンテナアレー ３１，４１，４４，５１，６１，６４ 接地導体 ３２，３７，３８，４２，４３ 誘電体層 ３３，５３ 放射導体 ３４ｖ，３４ｈ 給電点 ３５，４５，５５，６５ 給電線 ３６，４６，５６，６６ 給電ポート ５１ｓ，５１th，６１ｓ スロット ５２，５７，５８，６２，６３ 誘電体層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の誘電体層を介して第１の接地導体
   と対向する放射導体の直交する対称軸上に１対の給電点
   がそれぞれ配設された偏波共用平面アンテナにおいて、 上記第１の接地導体の背面側に第２及び第３の誘電体層
   を介して第２の接地導体を配設すると共に、 この第２の接地導体の背面側に第４及び第５の誘電体層
   を介して第３の接地導体を配設し、 上記第２及び第３の誘電体層の中間に第１の線路導体を
   配設すると共に、 上記第４及び第５の誘電体層の中間に第２の線路導体を
   配設し、 上記１対の給電点の一方と上記第１の線路導体とを上記
   第１の接地導体に穿設した開孔ならびに上記第２及び第
   ３の誘電体層を貫通して接続すると共に、 上記１対の給電点の他方と上記第２の線路導体とを上記
   第１及び第２の接地導体にそれぞれ穿設した開孔ならび
   に上記第１〜第４の誘電体層を貫通して接続するように
   したことを特徴とする偏波共用平面アンテナ。
2. 【請求項２】 直交する１対の対称軸を有する放射導体
   が第１の誘電体層を介して第１の接地導体と対向配設さ
   れた偏波共用平面アンテナにおいて、 上記第１の接地導体の背面側に第２及び第３の誘電体層
   を介して第２の接地導体を配設すると共に、 この第２の接地導体の背面側に第４及び第５の誘電体層
   を介して第３の接地導体を配設し、 上記第２及び第３の誘電体層の中間に第１の線路導体を
   配設すると共に、 上記第４及び第５の誘電体層の中間に第２の線路導体を
   配設し、 上記第１の接地導体に上記放射導体の上記対称軸の双方
   にそれぞれ対向して第１及び第２のスロットを穿設する
   と共に、 この第２のスロットに対向して上記第２の接地導体に第
   ３のスロットを穿設し、 上記第１のスロットを介して上記第１の線路導体と上記
   放射導体とを電磁的に結合すると共に、 上記第２及び第３のスロットを介して上記第２の線路導
   体と上記放射導体とを電磁的に結合するようにしたこと
   を特徴とする偏波共用平面アンテナ。