JPH05259734A - 平面アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、金属平板上に放射素子を多数アレー
化して配置構成した平面アンテナ装置において、アンテ
ナカバーに十分な強度を持たせた場合でも、製造工程の
複雑化やコスト増を招くことなく、電波の透過損失によ
る利得低下を最小限に抑えることを目的とする。 【構成】多数のヘリカル放射素子１０１，…が同心円状
にアレー配置される上部金属反射板１０５と、該上部金
属反射板１０５の反射方向上部を被うアンテナカバー１
０７との距離Ｌを、０．５〜０．６λあるいはλに設定
し、アンテナカバー１０７の内部空間で反射する電波の
位相と該カバー１０７を通過する電波の位相とが略同相
となる関係に構成することにより、上記アンテナカバー
１０７の樹脂厚を極端に薄くしたり、複合樹脂材料を用
いなくとも、通過電波の損失を極めて少なくできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、衛星放送の受信アンテ
ナ等として使用され、金属平板上に放射素子を多数アレ
ー化して配置構成した平面アンテナ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、衛星放送を受信する世帯が増加
し、その受信アンテナも、従来のパラボラアンテナから
外観的に突起部が少なく且つパラボラに較べ受信効率の
良い平面アンテナが普及しつつある。しかしながら、上
記平面アンテナは、その平面を被うカバーの面積が広
く、該カバーの強度を保つためには、カバーそのものの
厚みを増す必要がある。この場合、アンテナカバーを厚
くすると、該アンテナカバーによる電波の透過損失が増
加し、実質的にアンテナ利得の低下を招く欠点がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで、上記アンテナ
カバーの構造を、薄い樹脂層と発泡合成樹脂層との複合
材構造とし、カバー強度の増加と共に、受信電波の透過
損失を少なくする工夫が成されている。

【０００４】しかしながら、平面アンテナのアンテナカ
バーとして樹脂層の複合材構造を用いることは、その製
造工程が複雑になるばかりでなく、種々の材料を使用す
るため高価になる問題がある。

【０００５】本発明は上記課題に鑑みなされたもので、
アンテナカバーに十分な強度を持たせた場合でも、製造
工程の複雑化やコスト増を招くことなく、電波の透過損
失による利得低下を最小限に抑えることが可能になる平
面アンテナ装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明に係わ
る平面アンテナ装置は、金属平板からなる反射体上に多
数の放射素子をアレー配置したもので、上記放射素子が
配置固定される反射体表面とこの反射体の反射方向上部
を被うアンテナカバーとの距離Ｌを、受信または送信周
波数の波長λに対し、Ｌ＝０．５〜０．６λ、またはＬ
＝ｎλ（ｎ＝１，２，３，…）に略等しく設定し、上記
放射素子からの放射電力を上記反射体による反射波と略
同相で合成するよう構成したものである。

【０００７】

【作用】つまり、上記アンテナカバーの内部空間で上記
反射体表面との間で反射する電波の位相と、上記カバー
を通過する電波の位相とが略同相の関係に設定されるこ
とにより、通過電波の損失を最小限に抑えられる。

【０００８】

【実施例】以下図面により本発明の一実施例について説
明する。

【０００９】図１は平面アンテナ装置の構成を示す部分
断面図であり、この平面アンテナ装置は、１２ＧHz帯の
衛星放送波（波長：λ＝２５mm）の受信用として構成さ
れる。

【００１０】この平面アンテナ装置には、円偏波の衛星
放送に対応させた多数のヘリカル放射素子１０１，…
が、その相互間隔を０．７〜０．９λの範囲でアンテナ
指向性が最良となる間隔に選択されて同心円状にアレー
配置されるもので、本実施例におけるヘリカル放射素子
１０１，…の配置間隔は、０．８λ（＝２０mm）に設定
される。ここで、アンテナ動作は、送信用と受信用とで
可逆の関係にあるので、以下説明簡単化のため、送信用
として説明する。

【００１１】すなわち、この平面アンテナ装置は、円板
状の上部金属反射板１０５と下部金属アース板１０６と
を、０．３７５λ（＝７．５mm）の狭い間隔で対向配置
させ、下部金属アース板１０６の中央に設けた接栓１０
８の中心コンタクト１０９を約１／４λ（６．２５mm）
延ばしてなる給電部１０８Ａより給電して導波路１０４
を構成したもので、この導波路１０４の空間最外周部
は、上部金属反射板１０５の外周縁部が下部金属アース
板１０６の外周折曲げ部１０６ａに接続短絡されて閉塞
される。

【００１２】そして、上記上下金属板１０５，１０６間
の外周縁部を構成する下部金属アース板１０６の外周折
曲げ部１０６ａの表面には、断面逆Ｕ字状の樹脂製アン
テナカバー１０７の開口縁部がねじ１１０により接続固
定される。

【００１３】一方、上記ヘリカル放射素子１０１，…
は、ポリエチレン等の誘電材料からなる巻き径７mmの円
筒状のボビンに対し、その短縮率を加味した外周電気長
を約１λとしてコイル１０２，…を巻回したもので、こ
のヘリカル放射素子１０１，…は、そのボビン端部を上
部金属反射板１０５に形成した多数の結合孔１１１，…
に嵌入させて固定される。

【００１４】ここで、上記ヘリカル放射素子１０１，…
に巻回されるコイル１０２，…は、ボビン基部に形成さ
れた溝に対応して２ターン巻きとされ、その一端をボビ
ン中央より導波路１０４に挿入して結合端１０３，…が
構成される。そして、上記上部金属反射板１０５の表面
とアンテナカバー１０７との相対距離Ｌを、０．５〜
０．６λまたはｎλ（ｎは整数）に設定する。

【００１５】すなわち、上記構成による平面アンテナ装
置において、下部金属アース板１０６の中央に設けた給
電部１０８Ａから導波路１０４に対し矢印Ｐで示すよう
に電波が伝送されると、この伝送電波は各結合端１０
３，…において結合され、各対応するヘリカル放射素子
１０１，…が励振される。

【００１６】すると、上記多数のヘリカル放射素子１０
１，…それぞれの位相中心Ｏより、例えば矢印Ａ及びＢ
で示す方向に円偏波が放射されるもので、この場合、Ａ
方向に放射された電波は、アンテナカバー１０７のＷ点
を介して外部に放射される。また、Ｂ方向に放射された
電波は、アンテナカバー１０７のＸ点にて一部反射さ
れ、上部金属反射板１０５のＹ点にて再反射された後、
矢印Ｃで示す方向に再放射される。

【００１７】ここで、Ａ，Ｂ，Ｃそれぞれの方向に放射
される電波の位相関係が同相に合成できる場合には、そ
の放射電力の損失は少なく、また、上記位相関係が互い
に打消しとして作用する場合には、その放射電力は大き
く減衰する。

【００１８】図２は上記平面アンテナ装置の上部金属反
射板１０５とアンテナカバー１０７との距離Ｌの変化に
伴う周波数１１．７ＧHz，１１．８５ＧHz，１２ＧHzそ
れぞれにおける放射電波の相対レベル特性を示すもの
で、この場合、アンテナカバー１０７の樹脂厚は１mmで
あり、相対値０dBはアンテナカバー１０７の無い状態を
示す。

【００１９】そして、上記放射電波の相対レベルが
“正”である場合は、その放射電力が上記アンテナカバ
ー１０７が無い場合（０dB）より大きいことを示すもの
で、このアンテナカバー１０７の装着時において大きな
放射電力が得られる上部金属反射板１０５とアンテナカ
バー１０７との距離Ｌは、放射電波の波長λに略等しい
２５mmか、または０．５〜０．６λ付近にあり、各々の
放射素子１０１，…からの放射電波の位相が同相合成さ
れる結果としてその指向角が鋭くなり、アンテナ利得が
上昇することになる。一方、上記λ付近あるいは０．５
〜０．６λ付近以外の距離Ｌでは、その相対値は“負”
になり、特に０．６５λ付近では減衰が著しいことが分
かる。

【００２０】なお、上記アンテナカバー１０７の樹脂材
料や樹脂厚が異なる場合には、樹脂内部での位相変化や
損失等によりその放射特性は多少異なるものの、大きな
放射電力が得られる上部金属反射板１０５とアンテナカ
バー１０７との距離Ｌは、基本的にλ付近あるいは０．
５〜０．６λ付近に存在する。

【００２１】したがって、上記構成の平面アンテナ装置
によれば、多数のヘリカル放射素子１０１，…が同心円
状にアレー配置される上部金属反射板１０５と、該上部
金属反射板１０５の反射方向上部を被うアンテナカバー
１０７との距離Ｌを、０．５〜０．６λあるいはλに設
定し、アンテナカバー１０７の内部空間で反射する電波
の位相と該カバー１０７を通過する電波の位相とが略同
相となる関係に構成することにより、上記アンテナカバ
ー１０７の樹脂厚を極端に薄くしたり、複合樹脂材料を
用いなくとも、通過電波の損失を極めて少なくすること
ができ、カバー強度及び利得特性にも優れた安価なアン
テナ装置を実現できる。

【００２２】なお、上記実施例におけるアンテナカバー
１０７は、その開口縁部を上下金属板１０５，１０６の
接合外周部に対しねじ１１０により固定する構造とした
が、上記アンテナカバー１０７の開口縁部に凸部を設
け、上下金属板１０５，１０６に対し嵌込み式にした
り、その接続固定部に接着剤，ゴム等を介在させて水分
の浸入を防止する構造としてもよい。

【００２３】さらに、上記アンテナカバー１０７は、そ
の強度向上だけでなく、上部金属反射板１０５とアンテ
ナカバー１０７との間の空間に、全面的あるいは部分的
に発泡度の高い低誘電樹脂材料を介在させ、該アンテナ
カバー１０７の前面方向からの外力による変形防止を図
ってもよい。

【００２４】図３はアンテナカバーの内部空間に発泡誘
電体を積層させた平面アンテナ装置の構成を示す部分断
面図であり、このアンテナ装置の放射素子３０４，…
は、基板３０３に印刷技術を利用して形成した円形また
は方形等のパッチ素子からなり、各放射素子３０４，…
の周囲は反射アース板３０５により囲まれる。そして、
上記放射素子３０４，…は、給電線３０７によりその下
面側から電磁結合される。

【００２５】一方、アンテナカバー３０１と基板３０３
との間、及び該基板３０３と給電線３０７乃至アース板
３０９との間は、そのそれぞれに発泡誘電体３０２，３
０６，３０８を介して積層され、アンテナ全体の変形防
止が図られると共に、アンテナ内部の空気層の体積を少
なくして、結露の発生が防止される。

【００２６】ここで、上記発泡誘電体３０２，３０６，
３０８の積層構造を有する平面アンテナ装置において
も、そのアンテナ放射面となる放射素子３０４，…とア
ンテナカバー３０１との距離Ｌ′はλに等しく設定さ
れ、該アンテナカバー３０１による放射損失は最小限に
抑えられる。

【００２７】なお、上記図１及び図３における各実施例
では、その放射素子としてヘリカル放射素子１０１やパ
ッチ放射素子３０４を用いて構成したが、例えばスパイ
ラル放射素子等の円偏波放射素子や上部反射板にスロッ
トを形成したスロット素子等の直線偏波放射素子を用い
た場合でも、そのアンテナカバーとの距離を０．５〜
０．６λあるいはλ付近に設定することで、該アンテナ
カバーによる放射損失は最小限に抑えられる。

【００２８】また、上記図２における放射電波の相対レ
ベル特性では、上部反射板１０５とアンテナカバー１０
７との距離Ｌについて約λまでの特性データを示した
が、カバー１０７面での位相が上記同様にして同相で合
成される距離Ｌの関係は、ｎλ（ｎ＝１，２，３，…）
となり、この関係が成立する距離Ｌに選択すれば、アン
テナカバー１０７が存在することによる放射損失は最小
限に抑えられる。

【００２９】さらに、上記実施例では、アンテナカバー
と反射板との距離を一定とした場合について説明した
が、このアンテナカバーと反射板との距離に応じてその
放射電力が変化することを利用して、平面アンテナの帯
域特性を補正することができる。

【００３０】すなわち、例えばアンテナの周辺部におい
ては、比較的高い周波数で損失を減らし、アンテナの中
心部においては、反対に、比較的低い周波数で損失を減
らすよう、中央部に較べ周辺部が次第に低いアンテナカ
バーを構成するか、あるいは、その逆に、中央部に較べ
周辺部が次第に高いアンテナカバーを構成してもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、金属平板
からなる反射体上に多数の放射素子をアレー配置したも
ので、上記放射素子が配置固定される反射体表面とこの
反射体の反射方向上部を被うアンテナカバーとの距離Ｌ
を、受信または送信周波数の波長λに対し、Ｌ＝０．５
〜０．６λ、またはＬ＝ｎλ（ｎ＝１，２，３，…）に
略等しく設定し、上記放射素子からの放射電力を上記反
射体による反射波と略同相で合成する構成としたので、
アンテナカバーに十分な強度を持たせた場合でも、製造
工程の複雑化やコスト増を招くことなく、電波の透過損
失による利得低下を最小限に抑えることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる平面アンテナ装置の
構成を示す部分断面図。

【図２】上記平面アンテナ装置の上部金属反射板とアン
テナカバーとの距離Ｌの変化に伴う周波数１１．７ＧH
z，１１．８５ＧHz，１２ＧHzそれぞれにおける放射電
波の相対レベル特性を示す図。

【図３】アンテナカバーの内部空間に発泡誘電体を積層
させた平面アンテナ装置の構成を示す部分断面図。

【符号の説明】

１０１…ヘリカル放射素子、１０２…コイル、１０３…
結合端、１０４…導波路、１０５…上部金属反射盤、１
０６…下部金属アース板、１０６ａ…外周折曲げ部、１
０７…アンテナカバー、１０８Ａ…給電部、１０８…接
栓、１０９…中心コンタクト、１１０…ねじ、１１１…
結合孔、３０１…アンテナカバー、３０２，３０６，３
０８…発泡誘電体、３０３…基板、３０４…パッチ放射
素子、３０５…反射アース板、３０７…給電線、３０９
…アース板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 章 埼玉県大宮市蓮沼1406番地 八木アンテナ 株式会社大宮工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属平板からなる反射体上に多数の放射
   素子をアレー配置した平面アンテナ装置において、 上記放射素子が配置固定される反射体表面とこの反射体
   の反射方向上部を被うアンテナカバーとの距離Ｌを、受
   信または送信周波数の波長λに対し、Ｌ＝０．５〜０．
   ６λ、またはＬ＝ｎλ（ｎ＝１，２，３，…）に略等し
   く設定し、上記放射素子からの放射電力を上記反射体に
   よる反射波と略同相で合成することを特徴とする平面ア
   ンテナ装置。
2. 【請求項２】 金属平板からなる反射体上に多数の放射
   素子をアレー配置した平面アンテナ装置において、 上記放射素子が配置固定される反射体表面とこの反射体
   の反射方向上部を被うアンテナカバーとの距離Ｌを、受
   信または送信周波数の波長λに対し、Ｌ＝０．５〜０．
   ６λ、またはＬ＝ｎλ（ｎ＝１，２，３，…）に略等し
   く設定し、上記放射素子からの放射電力を上記反射体に
   よる反射波と略同相で合成すると共に、上記反射体表面
   とアンテナカバーとの間の空間の全部または一部に低誘
   電率の高発泡樹脂材料を介在したことを特徴とする平面
   アンテナ装置。