JPH0897628A - 平面アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 設計の自由度を大きくすることができ、特
に、コンバータの位置や向きを移動し得る平面アンテナ
を提供する。 【構成】 スロット板２１と導体板２３とこれらの間に
介在する誘電体層２２からなるラジアル導波路２８と、
ラジアル導波路２８内部に装入された中心導体２４と、
中心導体２４に接続された導波管２６と、導波管２６に
接続されたコンバータ２７とを具備してなる平面アンテ
ナ２０において、中心導体２４と導波管２６がこれらに
対して垂直に配置されたプリント配線板２５を介して接
続され、プリント配線板２５には、中心導体２４を接続
するランド部３７ｂと導波管接続部の中心点を結ぶマイ
クロストリップ線路４２が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＳＨＦ、ＥＨＦ帯にお
いて用いられるラジアル導波路等の導波空間を利用した
平面アンテナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、衛星通信等の分野において
は、一般に椀型形状のパラボラアンテナが用いられてき
たが、近年、高性能パラボラアンテナと同等の高い性能
を有する平面アンテナが提供されてきている。

【０００３】この種の平面アンテナとしては、例えば特
願平２‐４０１７０４号公報に開示された図６に示すよ
うなアンテナがある。この平面アンテナ１は、いわゆる
ラジアルラインスロットアンテナと称するものであり、
図中符号２は平面アンテナ１の後面側を構成する導体フ
レーム（導体板）である。この場合、導体フレーム２は
正面視円形であり上部が広く開口した偏平容器形状をな
している。

【０００４】この導体フレーム２の内部には、多数のス
ロット（図示せず）を有した円形のスロット板３が、誘
電体層５を介することで導体フレーム２と離間した状態
で導体フレーム２と対面するように設けられている。ま
た、誘電体層５の軸心近傍には空隙部５ａが形成されて
いる。そして、スロット板３と導体フレーム２とこれら
の間に介在する誘電体層５によって円形偏平状のラジア
ル導波路６（導波空間）が形成されている。

【０００５】また、平面アンテナ１の前面を構成するレ
ドーム７が導体フレーム２の開口側に装着され、このレ
ドーム７と前記スロット板３との間にはスペーサ８が設
けられている。このレドーム７は平面アンテナ１を屋外
に設置した際に雨、雪等の悪影響を避けるため、平面ア
ンテナ１の前面に設けられた覆いであり、導体フレーム
２に嵌合されている。

【０００６】さらに、導体フレーム２の中央下部には開
口部９が形成されている。そして、この開口部９の周囲
には筒状の同軸線路１０がスロット板３と軸線を一致さ
せた状態で設けられ、これにより前記ラジアル導波路６
と同軸線路１０とは連通した構造になっている。また、
同軸線路１０の下部には導波管１１が同軸線路１０と連
通して設けられ、導波管１１の一側にはコンバータ１２
が設けられている。

【０００７】ここで、同軸線路１０の内部には、中空円
筒状の誘電体１３に嵌入された中心導体１４が、スロッ
ト板３と軸線を一致させ、上端部がラジアル導波路６の
内部に位置し、かつ下端部が導波管１１の内部に位置し
た状態で固定されている。すなわち、中心導体１４は、
中空円筒状に形成された誘電体１３により同軸線路１０
内に嵌入固定されており、その両端部が拡径されてトッ
プローディング部１５、１６が形成されている。これら
トップローディング部１５、１６は、中心導体１４にお
ける上下端部の外径が拡げられることにより給電効率を
向上させるためのものである。

【０００８】そして、誘電体１３に嵌入された中心導体
１４は、誘電体１３の底面が導波管１１の内面に当接す
る状態で同軸線路１０の内部に挿入される。それによ
り、中心導体１４は同軸線路１０の内部に固定され、上
端部のトップローディング部１５はラジアル導波路６の
内部に位置するとともにスロット板３から所定の間隔だ
け離間した状態となり、かつ、下端部のトップローディ
ング部１６は誘電体１３中に嵌入された状態で導波管１
１内の所定の位置に配置された状態となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記構成の
平面アンテナ１においては、例えばスロット板３に対す
る中心導体１４の位置等、各部材同士の位置関係や各部
材の寸法が平面アンテナの特性上極めて重要であり、仮
にある部材が設定位置に対して許容寸法以上ずれてしま
ったような場合には平面アンテナの整合が著しく低下す
る等、性能的に種々の問題が生じることになる。したが
って、平面アンテナにおける各部材の位置や寸法は、ア
ンテナの性能側から要求される設計パラメータに基づい
て必然的に決定されることになる。

【００１０】そこで、平面アンテナの大きさや形状、も
しくは取付金具等の付設する他の部材との位置関係等、
場合によって上記構成の平面アンテナ１の中で比較的寸
法の大きい部品であるコンバータ１２が他の部材と干渉
してしまうといった問題が生じることがある。しかしな
がら、前述したように、各部材の位置や寸法が性能側か
らの設計パラメータに基づいて決定されるためこれら位
置や寸法に対する設計の自由度が極めて小さいので、コ
ンバータ１２を他の部材と干渉しないような適当な場所
に容易に移動することができない、といった不具合が生
じていた。

【００１１】本発明は、前記の課題を解決するためにな
されたものであって、設計の自由度を大きくすることが
でき、特に、比較的寸法の大きい部品であるコンバータ
の位置を移動し得る平面アンテナを提供することを目的
とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の平面アンテナは、互いに離間し
て対面するスロット板と導体板とこれらの間に介在する
誘電体層により形成されたラジアル導波路と、該ラジア
ル導波路における前記導体板側から該ラジアル導波路内
部に装入され、その先端が前記スロット板に近接して配
置された同軸線路と、該同軸線路に接続された導波管
と、該導波管に接続されたコンバータとを具備してなる
平面アンテナにおいて、前記同軸線路と前記導波管が、
これら同軸線路と導波管の延びる方向に対して垂直に配
置されたプリント配線板を介して接続され、前記プリン
ト配線板には、前記同軸線路が接続されるランド部と前
記導波管の内部に相当する位置とを結ぶマイクロストリ
ップ線路が形成されたことを特徴とするものである。

【００１３】また、請求項２に記載の平面アンテナは、
互いに離間して対面するスロット板と導体板とこれらの
間に介在する誘電体層により形成されたラジアル導波路
と、該ラジアル導波路における前記導体板側から該ラジ
アル導波路内部に装入され、その先端が前記スロット板
に近接して配置された同軸線路と、該同軸線路に接続さ
れた導波管と、該導波管に接続されたコンバータとを具
備してなる平面アンテナにおいて、前記導波管が、前記
同軸線路に接続された第１の導波管と前記コンバータに
接続された第２の導波管で構成されるとともに、前記第
１、第２の導波管が、これら導波管の延びる方向に対し
て垂直に配置されたプリント配線板を介してそれぞれ接
続され、前記プリント配線板には、前記第１、第２の導
波管の内部に相当する位置同士を結ぶマイクロストリッ
プ線路が形成されたことを特徴とするものである。

【００１４】また、請求項３に記載の平面アンテナは、
前記プリント配線板に、前記導波管の管壁に沿う位置に
該プリント配線板の表裏を貫通するとともに内壁面がめ
っき層で被覆されたシールド用スルーホールが形成され
たことを特徴とするものである。

【００１５】

【作用】請求項１に記載の平面アンテナにおいては、同
軸線路と導波管がプリント配線板を介して接続された構
成となっているので、プリント配線板の寸法を適宜変更
することによってラジアル導波路と同軸線路に対する導
波管とコンバータの位置を自由に設定することができ
る。また、プリント配線板が同軸線路、導波管の延びる
方向に対して垂直に配置されているので、従来の平面ア
ンテナに対してコンバータの向きを９０°変換すること
ができる。そして、この平面アンテナを例えば受信用ア
ンテナとして使用する場合には、電磁波はラジアル導波
路から同軸線路、そしてプリント配線板上のマイクロス
トリップ線路を通じて、導波管、コンバータと伝送され
る。

【００１６】また、請求項２記載の平面アンテナにおい
ては、同軸線路に接続された第１の導波管とコンバータ
に接続された第２の導波管がプリント配線板を介して接
続された構成となっているので、プリント配線板の寸法
を適宜変更することによってラジアル導波路、同軸線
路、および第１の導波管に対する第２の導波管とコンバ
ータの位置を自由に設定することができる。そして、こ
の平面アンテナを例えば受信用アンテナとして使用する
場合には、電磁波はラジアル導波路から同軸線路、第１
の導波管、そしてプリント配線板上のマイクロストリッ
プ線路を通じて、第２の導波管、コンバータと伝送され
る。

【００１７】また、請求項３記載の平面アンテナにおい
ては、プリント配線板の表裏を貫通しめっき層で被覆さ
れたシールド用スルーホールが、導波管の管壁に沿う位
置に形成されているので、プリント配線板の内部を厚さ
方向に電磁波が伝送されるときにシールド用スルーホー
ルがあたかも導波管の一部であるかのように機能して電
磁波が伝送損失が少ない状態で伝送される。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図３を
参照して説明する。図１は本実施例の平面アンテナ２０
を示す図であって、この平面アンテナ２０は例えば衛星
放送受信用アンテナとして用いられるものである。図中
符号２１はスロット板、２２は誘電体層、２３は導体
板、２４は中心導体（同軸線路）、２５はプリント配線
板、２６は導波管、２７はコンバータである。

【００１９】円板状のスロット板２１の表面には、励振
を生じさせるための多数のスロット（図示せず）が渦巻
状に形成されており、この平面アンテナ２０はいわゆる
ラジアルラインスロットアンテナを構成している。そし
て、このスロット板２１が、例えば発泡体からなる誘電
体層２２を介することで導体板２３と所定寸法離間する
とともに導体板２３と対面するように設けられている。
また、誘電体層２２の軸心近傍には空隙部２２ａが形成
されている。そして、スロット板２１と導体板２３とこ
れらの間に介在する誘電体層２２によって円板状のラジ
アル導波路２８が形成されている。

【００２０】さらに、導体板２３の中心部には開口部２
９が形成されている。そして、この開口部２９の周囲に
は筒状の同軸線路３０が円板状のラジアル導波路２８と
軸線を一致させた状態で設けられ、これによりラジアル
導波路２８と同軸線路３０とは連通した構造になってい
る。ここで、同軸線路３０の内部には、中空円筒状の誘
電体３１に嵌入された中心導体２４が、ラジアル導波路
２８と軸線を一致させ、上端部がラジアル導波路２８の
内部に位置した状態で固定されている。また、中心導体
２４の上端部は拡径されてトップローディング部３２と
なっている。トップローディング部３２は、スロット板
２１と対向する中心導体２４上端部の外径が拡げられる
ことにより給電効率を向上させるためのものである。

【００２１】また、中心導体２４と導波管２６はプリン
ト配線板２５を介して接続されている。すなわち、プリ
ント配線板２５は上ケース３３と下ケース３４からなる
シールドケース３５により覆われた状態で、その一端側
が中心導体２４の下端部に接続され、その他端側が導波
管２６およびコンバータ２７に接続されている。なお、
本実施例の場合、導波管２６はコンバータ２７の上方に
位置する上ケース３３と下ケース３４により構成された
ものである。

【００２２】また、プリント配線板２５は、両面に銅箔
が貼付されたガラスエポキシ樹脂基板等からなる両面プ
リント配線板であり、図１における表面側が図２、裏面
側が図３に示す構成となっている。すなわち、図２に示
すように、プリント配線板２５の表面側には、一端側に
中心導体２４を挿入し得る径を有する中心導体接続用ス
ルーホール３６が形成されており、中心導体接続用スル
ーホール３６の周囲にランド部３７ａが形成されてい
る。また、他端側には導波管２６の内壁とほぼ一致して
矩形状に導体が除去された導波管接続部３８ａが形成さ
れており、導波管接続部３８ａの周囲を囲んで導波管２
６の管壁に沿う位置にプリント配線板２５の表裏を貫通
するとともに内壁面がめっき層で被覆された多数のシー
ルド用スルーホール３９、３９、…が形成されている。
さらに、シールド用スルーホール３９、３９、…の外側
にはコンバータ２７を固定するためのねじ孔４０、４
０、…が形成されている。

【００２３】一方、図３に示すように、プリント配線板
２５の裏面側には、表面側と同様に、中心導体接続用ス
ルーホール３６の周囲に形成されたランド部３７ｂと、
矩形状の導波管接続部３８ｂが設けられている。そし
て、さらにこれらランド部３７ｂと導波管接続部３８ｂ
を結ぶように直線状に導体が除去された部分４１が形成
され、この部分４１に、一端がランド部３７ｂに接続さ
れるとともに他端が導波管接続部３８ｂの中心点に位置
するマイクロストリップ線路４２が形成されている。

【００２４】したがって、図１に示すように、ラジアル
導波路２８から鉛直方向に延びる中心導体２４に対して
水平方向に延びる上ケース３３と下ケース３４に挟持さ
れたプリント配線板２５の一端がランド部３７ｂで固定
され、プリント配線板２５の他端には上ケース３３、下
ケース３４とともにコンバータ２７がねじ止めにより固
定されている。そして、電磁波は、ラジアル導波路２８
から中心導体２４、プリント配線板２５のマイクロスト
リップ線路４２、上ケース３３、下ケース３４で構成さ
れた導波管２６、コンバータ２７と伝送されるようにな
っている。

【００２５】本実施例の平面アンテナ２０においては、
中心導体２４と導波管２６がプリント配線板２５を介し
て接続された構成となっているので、プリント配線板２
５上のランド部３７ａ（３７ｂ）と導波管接続部３８ａ
（３８ｂ）との間の寸法を適宜変更したり、もしくはプ
リント配線板２５の取付角度を変更することによって、
ラジアル導波路２８に対するコンバータ２７の位置をプ
リント配線板２５を含む水平面内で自由に設定すること
ができる。さらに、図６に示す従来の平面アンテナ１と
比較すると明らかなように、水平方向に延びるプリント
配線板２５を介して中心導体２４と導波管２６を接続し
たことによって、コンバータ２７の向きも従来の横型か
ら縦型に変換することができる。すなわち、各部材の位
置および向きが固定されていた従来の平面アンテナと比
べて、コンバータの設置位置または向きの自由度が向上
するため、コンバータを他の部材と干渉しないような適
当な箇所、または向きに容易に移動させ得る自由度の大
きい平面アンテナを実現することができる。

【００２６】また、上記構成において、電磁波はラジア
ル導波路２８から中心導体２４、そしてプリント配線板
２５上のマイクロストリップ線路４２を通じて、導波管
２６、コンバータ２７と伝送されていく。この際、導波
管２６が上ケース３３と下ケース３４とで構成されてい
るために導波管２６がプリント配線板２５の上側と下側
の双方にわたる形となっている。したがって、仮にプリ
ント配線板２５に本実施例におけるシールド用スルーホ
ール３９、３９、…が形成されていないとすると、プリ
ント配線板２５の内部ではその厚さ分だけ導波管が存在
しない状態となることで電磁波の伝送損失が生じてしま
う。ところが、本実施例では、シールド用スルーホール
３９、３９、…が導波管２６の管壁に沿う位置に形成さ
れているので、シールド用スルーホール３９、３９、…
があたかも導波管２６の一部であるかのように機能する
ため、伝送損失の少ない平面アンテナを提供することが
できる。

【００２７】また、本実施例においては、上ケース３３
と下ケース３４が、プリント配線板２５およびコンバー
タ２７を支持する支持手段であると同時に、導波管２６
としての機能も兼ね備えているため、平面アンテナ２０
全体の部品点数を少なくして構造の簡略化を図ることが
できる。

【００２８】なお、他の実施例として、中心導体側に第
１の導波管を接続する一方、コンバータ側に第２の導波
管を接続し、これら第１、第２の導波管同士をプリント
配線板を介して接続するようにしてもよい。その場合に
は、図４に示すように、本実施例におけるプリント配線
板２５と同様の導波管接続部４３ａ、４３ｂが左右対称
に２つ設けられるとともに、各導波管接続部４３ａ、４
３ｂの周囲に多数のシールド用スルーホール４４ａ、４
４ｂ、…が形成され、また、各導波管接続部４３ａ、４
３ｂの中心点同士を結ぶようにマイクロストリップ線路
４５が設けられたプリント配線板４６を使用すればよ
い。このプリント配線板４６を用いて平面アンテナを構
成すると、図５に示すように、ラジアル導波路に対する
コンバータの位置を、従来の導波管２６に対向するコン
バータ２７ａの位置から２点鎖線で示す２７ｂ、もしく
は２７ｃの位置に移動させることができ、すなわち、プ
リント配線板を含む鉛直面内で自由に設定することがで
きる。

【００２９】また、本実施例においては、プリント配線
板２５としてガラス布基材エポキシ樹脂板に銅箔を貼付
したものを用いたが、これに限ることなく他のタイプの
プリント配線板を使用してもよい。また、導波管接続部
３８ｂにおけるマイクロストリップ線路４２の端部の位
置は必ずしも導波管接続部３８ｂの中心点である必要は
なく、導波管２６を接続したときに導波管２６の内部に
相当する任意の位置でよい。そして、平面アンテナ２０
を衛星放送受信用アンテナとして説明したが、本発明を
送信用アンテナに適用し得ることも勿論である。さら
に、この平面アンテナ２０を屋外で使用する場合には、
雨や雪等の悪影響を防止しラジアル導波路２８を保護す
るためのレドームをスロット板２１の上方に設置しても
よい。

【００３０】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、請求項１
に記載の平面アンテナは、同軸線路と導波管がプリント
配線板を介して接続された構成となっているので、プリ
ント配線板上の設計寸法を変更したり、もしくはプリン
ト配線板の取付角度を変更することによって平面アンテ
ナのラジアル導波路に対するコンバータの位置をプリン
ト配線板を含む平面内で自由に設定することができる。
さらに、プリント配線板が同軸線路、導波管の延びる方
向に対して垂直に配置されているので、従来の平面アン
テナに対してコンバータの向きを９０°変換することが
できる。すなわち、各部材の位置および向きが固定され
ていた従来の平面アンテナと比べて、コンバータの設置
位置または向きの自由度を向上することができるため、
コンバータを他の部材と干渉しないような適当な箇所、
または向きに容易に移動させ得る自由度の大きい平面ア
ンテナを実現することができる。

【００３１】また、請求項２に記載の平面アンテナにお
いても、請求項１に記載のものと同様、同軸線路に接続
した第１の導波管とコンバータに接続した第２の導波管
がプリント配線板を介して接続された構成となっている
ので、プリント配線板の設計寸法や取付角度を変更する
ことによってラジアル導波路に対するコンバータの位置
をプリント配線板を含む平面内で自由に設定することが
できる。すなわち、各部材の位置が固定されていた従来
の平面アンテナと比べて、コンバータの設置位置の自由
度を向上することができるため、コンバータを他の部材
と干渉しないような適当な箇所、または向きに容易に移
動させ得る自由度の大きい平面アンテナを実現すること
ができる。

【００３２】また、請求項３に記載の平面アンテナにお
いては、プリント配線板の表裏を貫通しめっき層で被覆
されたシールド用スルーホールが、導波管の管壁に沿う
位置に形成されているので、プリント配線板の内部を厚
さ方向に電磁波が伝送されるときにシールド用スルーホ
ールがあたかも導波管の一部であるかのように機能する
ため、伝送損失の少ない平面アンテナを実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である平面アンテナを示す縦
断面図である。

【図２】同、平面アンテナに用いるプリント配線板の平
面図である。

【図３】同、プリント配線板の裏面図である。

【図４】本発明の他の実施例である平面アンテナに用い
るプリント配線板を示す平面図である。

【図５】同、プリント配線板を用いた際の導波管に対す
るコンバータの位置関係を示す図である。

【図６】従来の一例である平面アンテナを示す縦断面図
である。

【符号の説明】

２０ 平面アンテナ ２１ スロット板 ２２ 誘電体層 ２３ 導体板 ２４ 中心導体（同軸線路） ２５、４６ プリント配線板 ２６ 導波管 ２７、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ コンバータ ２８ ラジアル導波路 ３７ ランド部 ３９、４４ シールド用スルーホール ４２、４５ マイクロストリップ線路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに離間して対面するスロット板と導
   体板とこれらの間に介在する誘電体層により形成された
   ラジアル導波路と、該ラジアル導波路における前記導体
   板側から該ラジアル導波路内部に装入され、その先端が
   前記スロット板に近接して配置された同軸線路と、該同
   軸線路に接続された導波管と、該導波管に接続されたコ
   ンバータとを具備してなる平面アンテナにおいて、 前記同軸線路と前記導波管が、これら同軸線路と導波管
   の延びる方向に対して垂直に配置されたプリント配線板
   を介して接続され、 前記プリント配線板には、前記同軸線路が接続されるラ
   ンド部と前記導波管の内部に相当する位置とを結ぶマイ
   クロストリップ線路が形成されたことを特徴とする平面
   アンテナ。
2. 【請求項２】 互いに離間して対面するスロット板と導
   体板とこれらの間に介在する誘電体層により形成された
   ラジアル導波路と、該ラジアル導波路における前記導体
   板側から該ラジアル導波路内部に装入され、その先端が
   前記スロット板に近接して配置された同軸線路と、該同
   軸線路に接続された導波管と、該導波管に接続されたコ
   ンバータとを具備してなる平面アンテナにおいて、 前記導波管が、前記同軸線路に接続された第１の導波管
   と前記コンバータに接続された第２の導波管で構成され
   るとともに、前記第１、第２の導波管が、これら導波管
   の延びる方向に対して垂直に配置されたプリント配線板
   を介してそれぞれ接続され、 前記プリント配線板には、前記第１、第２の導波管の内
   部に相当する位置同士を結ぶマイクロストリップ線路が
   形成されたことを特徴とする平面アンテナ。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の平面アンテナ
   において、 前記プリント配線板に、前記導波管の管壁に沿う位置に
   該プリント配線板の表裏を貫通するとともに内壁面がめ
   っき層で被覆されたシールド用スルーホールが形成され
   たことを特徴とする平面アンテナ。