JPH0654844B2 - 平面アンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、平面アンテナに関し、特に右旋円偏波と左旋
円偏波とを共に送受できるスロットラインアンテナに関
する。

［従来の技術］ 従来のスロットラインアンテナとしては、例えば第９図
に示すようなものが知られている。これは、円形金属板
製の上壁部２と、これと間隔を隔てて配置した円形金属
板製の下壁部４と、これら上壁部２と下壁部４との周縁
部をつなぐ周壁部６とによって包囲された導波空間８を
有し、この導波空間８を上部導波空間8aと下部導波空間
8bとに分離すると共に、周壁部６との間に所定の間隙を
形成するように中間壁部10が導波空間８内に設けられて
いる。下壁部４の中央部には電力給電部12が設けられ、
これから放射された電力は、同心円状に下部導波空間8b
を伝播し、周壁部６と中間壁部10との間の間隙を介して
やはり同心円状に上部導波空間8a内を伝播し、上壁部２
に同心円状または螺旋状に設けられた放射スリット14か
ら放射される。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のようなスロットラインアンテナでは、電力給電部
12からの電力が同心円状に伝播し、等位相面も円状とな
るので、上壁部２及び下壁部４の形状を円形としなけれ
ばならず、平面アンテナの設計の自由度が少ないという
問題点があった。また、このようなスロットラインアン
テナでは、左旋円偏波または右旋円偏波のいずれか一方
にしか使用することができないという問題点があった。
１台の平面アンテナにおいて、左旋円偏波及び右旋円偏
波に共用できるものとしては、例えば特開昭63-60609号
公報に開示されているようなものがある。これは２組の
給電線により２組の給電点からの電力が各放射素子を励
振するものであるが、給電線の引き回しが複雑になるの
で、コーナ部、インピーダンス変換部等の不連続部分の
数が増し、これらからの放射損の増加、給電線間の距
離、給電線と放射素子間の距離が近くなり、これらの相
互結合により損失が増加するという問題点があった。

本発明は上記の各問題点を解決した平面アンテナを提供
すること目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、本発明では、導体製の概
略正方形の上壁部と、これと間隔を隔てて配置された導
体製の概略正方形の下壁部と、これら上壁部及び下壁部
の周縁部を結合している導体製の周壁部とによって、包
囲されて、導波空間が形成されている。この導波空間を
上部導波空間と下部導波空間とに区画すると共に、上記
周壁部との間に所定の間隙を形成する状態に、上記導波
空間内に中間壁部を設けてある。さらに、下部導波空間
において上記下壁部の一方の対角線上に第１の分離壁部
をほぼ位置させ、これによって上記下部導波空間を２つ
の部屋に仕切り、これら２つの部屋内にそれぞれ電力給
電部を設けている。これら２つの部屋内において上記各
電力給電部の近傍から上記下壁部の他方の対角線上に位
置する状態に外方に向かって第２及び第３の分離壁部を
伸延させ、上記各部屋内において第２及び第３の分離壁
部の両側に、それぞれ位相変換手段を設けている。これ
らは上記各電力給電部からの等位相面が同心円状である
電力を、上記周壁部側で等位相面が平面である電力に変
換する誘導体レンズであり、さらにこれら位相変換手段
は、第２及び第３の分離壁部の両側にそれぞれ位置する
ものの上記周壁部側での位相差を90度とする状態に厚さ
が選択されている。上記上壁部に複数のスロットが、上
記上壁部の一方の辺とこれと直交する辺とにそれぞれ平
行に設けられている。これらの長さはλｇ／２（λｇは
管内波長）で、互いの間隔がλｇとされている。

［作用］ 本発明によれば、第２の分離壁部が設けられている部屋
にある電力給電部からの電力は、下部導波空間を同心円
状に伝播し、第２の分離壁部の両側にある位相変換手段
に進行し、この位相変換手段の周壁部側で等位相面が平
面である平面波に変換されると共に、両位相変換手段か
ら出力される平面波の位相差が90度とされる。そして、
これら位相差が90度の２つの平面波は中間壁部と周壁部
との間隙を介して上部導波空間に進行し、合成される。
ここで、両平面波の位相差が90度ある上に、機械的配置
も90度異なっているので、両平面波の合成波は円偏波と
なる。

また、第３の分離壁部に設けられている部屋にある電力
給電部からの電力も同心円状に下部導波空間を同心円状
に伝播し、第３の分離壁部の両側にある位相変換手段に
進行し、ここで平面波に変換されると共に、両位相変換
手段から出力される平面波の位相差が90度とされる。そ
して、中間壁部と周壁部との間隙を介して上部導波空間
に伝播され、合成される。ここで、両平面波の位相差が
90度ある上に、機械的配置も９０度異なっているので、
両平面波の合成も円偏波となるが、これら両平面波の進
行方向が、第２の分離壁部のある部屋からの両平面波と
はそれぞれ進行方向が反対であるので、円偏波の回転方
向が上述した円偏波とは逆方向となる。即ち、本発明に
よれば右旋円偏波及び左旋円偏波共用の平面アンテナが
得られる。

［実施例］ この実施例は、第１図に示すように、上壁部20、下壁部
22及び周壁部24を有している。上壁部20は、第２図及び
第３図に示すように、概略正方形状に形成された金属板
であり、下壁部22も同様な金属板であり、両者は所定の
間隔を隔てて上下方向に配置されている。周壁部24も金
属板であり、上壁部20と下壁部22の周縁部を結合してい
る。これら上壁部20、下壁部22及び周壁部24によって囲
われて導波空間26が形成されている。

この導波空間26内に、金属板製である中間壁部28が上壁
部20及び下壁部22に平行に配置され、導波空間26を上部
導波空間26ａと下部導波空間26ｂとに仕切ると共に、こ
の中間壁部28の周縁部と周壁部24との間に、上部導波空
間26ａと下部導波空間26ｂを連通させるための間隙を形
成している。この間隙を形成するため、中間壁部28は、
その一辺の長さが上壁部20及び下壁部22の一辺の長さよ
りも若干短く形成されている。

第４図及び第５図に示すように、下部導波空間26ｂに
は、下壁部22の一方の対角線上に位置し、下部導波空間
26ｂを２つの部屋に仕切っている第１の分離壁部30が設
けられている。この第１の分離壁部30としては、例えば
第６図に示すように、帯状の導体30ａの両側にそれぞれ
電波吸収体30ｂ、30ｂを貼着したものを使用することが
できる。

この第１の分離壁部30の両側の近傍であって、下壁部22
の他方の対角線上に位置するように電力給電部32、34と
して、例えば同軸が設けられている。

さらに電力給電部32、34の近傍からの他方の対角線上を
外方に向って伸延するように第２及び第３の分離壁部3
5、36が設けられている。これら第２及び第３の分離壁
部35、36によって電力給電部32、34の近傍で互いに連通
した室が各部屋内に形成されている。

各室内には位相変換手段38、40、42、44 が設けられてい
る。これらは、第５図に示すように電力給電部32、34か
らの等位相面が同心円状である電力を等位相面が周壁部
側で平面であるように変換するために、空間２６の中央
部側に向かって凸の形状の誘導体レンズからなり、さら
に、これら等位相面が平面である周壁部側における電力
に位相差を持たせるために、各誘導体レンズの厚さが異
ならせてある。即ち、位相変換手段40の厚さは、同38よ
りもλ_ｇ／４（λ_ｇは管内波長）だけ厚くされ、位相変
換手段42の厚さは同38よりもλ_ｇ／４だけ厚くされてお
り、位相変換手段44の厚さは、同38と同じ厚さになって
いる。従って、位相変換手段40、42からの平面波は同38
からの平面波よりも位相が90度遅れ、同44からの平面波
は同38の平面波と同相となる。即ち、電力給電部32が設
けられている部屋にある位置変換手段38、40からの平面
波の位相差は90度であり、電力給電部34が設けられいる
部屋にある位相変換手段42、44からの平面波の位相差も
90度である。上記のように同心円状の等位相面が平面状
化された電力となっているので、上下導波空間を結合す
る周壁部24を円弧状でなく、各辺を垂直平面板に組合
せ、形成するものである。

また、上壁部20には、第２図及び第３図に示すように、
十字状の放射用スロツト46が設けられている。これら十
字状のスロット46は第３図に示すように、各辺の長さが
λ_ｇ／２に形成され、各スロット46間の間隔がλ_ｇとさ
れて、上壁部20上に縦横に形成されている。

このように構成された平面アンテナでは、例えば電力給
電部32から電力が放射されると、これは第５図に示すよ
うに同心円状に下部導波空間26ｂを伝播し、位相変換手
段38、40内に侵入し、等位相面が平面である平面波38
ａ、40ａにそれぞれ変換される。さらに、平面波40ａ
は、位相変換手段40が同38よりもλ_ｇ／４だけ厚さが厚
いことにより位相が90度平面波38ａよりも遅れる。これ
ら両平面波38a、40ａは中間壁部28と周壁部24との間隙を
介して第３図に示すように上部導波空間26ａに伝播し、
スロット46を励振する。詳細に言えば、第７図(a) の
(イ) に示すように平面波38ａが横方向のスロット46を励
振し、平面波40ａが縦方向のスロット46を励振する。こ
のとき、平面波38ａと40ａとは第７図の(a) の(ロ) に示
すように、位相が90度異なっており、かつ機械的配置も
90度異なっているので、第７図の(a) の(ハ) に示すよう
に合成されて、右旋円偏波を発生する。

同様に、電力給電部34からの電力は位相変換手段42、44
によって平面波44a、44ａに変換されるが、位相変換手段
42が同44よりもλ_ｇ／４だけ厚さが厚いことによって平
面波42ａの位相が同44ａよりも90度遅れる。これら両平
面波42ａ、44ａは、中間壁部28と周壁部24との間の間隙
を介して第３図に示すように上部導波空間26ａに進行
し、スロット46を励振する。この励振は、第７図(b) の
イ) に示すように、平面波42ａが横方向のスロット46を
励振し、平面波44ａが縦方向のスロット46を励振する。
このとき、第７図(b) の(ロ) に示すように、平面波42a、
44ａの位相差は90度あり、機械的配置は90度異なってお
り、しかも、その進行方向は平面波38a、40ａとそれぞれ
反対方向であるので、第７図(b) の(ハ) に示すように合
成されて、左旋円偏波を発生する。また上記の実施例で
は上壁部20に設けた放射スリットにおいて、一辺の長さ
がλ_ｇ／２の十字状のスリット46をλ_ｇの間隔で縦横に
配置したが、第８図(a) に示すように、垂直なλ_ｇ／２
のスリット46Ｖをλ_ｇの間隔に配置し、水平なλ_ｇ／２
のスリット46Ｈを各スリット46Ｖ間に、各スリット46Ｖ
とλ_ｇ／４の間隔を隔てて、各スリット46の中央に位置
するように設けてもよい。なお、上壁部20の各角部に位
置するスリット46Ｖは、上壁部の上下縁、両側縁よりそ
れぞれｌの位置にある。同様に同図(b) に示すように一
辺の長さがλ_ｇの正方形の各辺上に、各頂点からλ_ｇ／
４だけ隔てて位置するように、各スリット46Ｖ、46Ｈを
設けてもよい。この場合も、上壁部20の上下縁、両側縁
よりそれぞれｌの位置にある。さらに同図(c) に示すよ
うに各スリット46Ｖ、46ＨをＬ字状に構成し、スリット
46Ｈが水平に、スリット46Ｖが垂直にそれぞれ位置する
ように縦横に配置し、スリット46Ｖ、46Ｈの交差位置か
ら隣接するスリット46Ｖ、46Ｈの交差位置までの距離を
λ_ｇとしてもよい。この場合も上壁部20の各角部にある
Ｌ字状のスリットは、上壁部20の上下縁、両側縁よりそ
れぞれｌの位置にある。これら第８図(a)、(b)、(c) を、
十字状のスリットにかえて適用しても円偏波を発生させ
るとができる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、下部導波空間を２つの
部屋に仕切り、これら部屋内に機械的に90度の位置に位
相変換手段を設け、これら位相変換手段から出力される
平面波に90度の位相差を持たせているので、右旋円偏波
と左旋円偏波とを１つの平面アンテナから発生させるこ
とができる。このようにして右旋円偏波と左旋円偏波と
を発生するようにしているので、給電線を複雑に引き回
したりする必要がなく、損失が増加することがない。し
かも、この平面アンテナでは、位相変換手段によって等
位相面が同心円状であるのを等位相面が平面である電力
に変換して出力しているので、導波空間を円形にする必
要がなく、平面アンテナの設計の自由度が増す。さら
に、この平面アンテナでは位相変換手段によって平面波
に変換する際に、同時に円偏波を発生するための位相差
を持たせているので、別途に位相差を持たせるための遅
延手段等を設ける必要がなく、構成を簡略化することが
できる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明による平面アンテナの１実施例の縦断面
図、第２図は同実施例の部分省略斜視図、第３図は同実
施例の平面図、第４図は同実施例の下部導波空間の斜視
図、第５図は同実施例の下部導波空間の平面図、第６図
は同実施例に使用する分離壁部の部分省略斜視図、第７
図は同実施例における円偏波の発生原理の説明図、第８
図(a)、(b)、(c) は同実施例のスリットの変形例、第９図
は従来の平面アンテナの部分破断斜視図である。 20……上壁部、22……下壁部、24……周壁部、26……導
波空間、26a……上部導波空間、26b……下部導波空間、
28……中間壁部、30……第１の分離壁部、32、34……電
力給電部、35……第２の分離壁部、36……第３の分離壁
部、38、40、42、44……位相変換手段、46……放射用スロ
ット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導体製の概略正方形の上壁部とこれと間隔
   を隔てて配置された導体製の概略正方形の下壁部とこれ
   ら上壁部及び下壁部の周縁部を結合している導体製の周
   壁部とによって包囲されて形成された導波空間と、この
   導波空間を上部導波空間と下部導波空間とに区画すると
   共に上記周壁部との間に所定の間隙を形成する状態に上
   記導波空間内に設けられた中間壁部と、上記下部導波空
   間において上記下壁部の一方の対角線上にほぼ位置し上
   記下部導波空間を２つの部屋に仕切る第１の分離壁部
   と、これら２つの部屋内にそれぞれ設けられた電力給電
   部と、上記２つの部屋内において上記各電力給電部の近
   傍から上記下壁部の他方の対角線上に位置する状態に外
   方に向かって伸延した第２及び第３の分離壁部と、上記
   各部屋内において第２及び第３の分離壁部の両側にそれ
   ぞれ設けられ上記各電力給電部からの等位相面が同心円
   状である電力を上記周壁部側で等位相面が平面である電
   力に変換する誘導体レンズであって第２及び第３の分離
   壁部の両側にそれぞれ位置するものの上記周壁部側での
   位相差を90度とする状態に厚さが選択された位相変換手
   段と、上記上壁部に設けられ長さがλｇ／２（λｇは管
   内波長）で互いの間隔がλｇである状態に上記上壁部の
   一方の辺とこれと直交する辺とにそれぞれ平行に設けら
   れた複数の放射用スロットとを、具備する平面アンテ
   ナ。