JPH1084221A - 偏波共用平面アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】偏波共用平面アンテナにおいて、効率低下を生
じることなく指向性に優れたアンテナを提供すること。 【解決手段】地導体、誘電体、第１のアンテナ回路、誘
電体、第１のスロット板、誘電体、第２のアンテナ回
路、誘電体、第２のスロット板の順に重ねられ、第１の
アンテナ回路を第１の利用周波数の送信と第２の利用周
波数の受信に用い、第２のアンテナ回路を第１の利用周
波数の受信と第１の利用周波数の送信に用いるアンテナ
であって、第１のアンテナ回路のアンテナ素子の間隔
と、第２のアンテナ回路のアンテナ素子の間隔を特定化
すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波帯の衛
星通信等に用いられる偏波共用トリプレート型平面アン
テナに関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波帯の衛星通信では、送信と受
信を直交する偏波で区分しているため、これらの用途に
対応できるように１つのアンテナで直交する偏波が放射
可能で送受信に適当可能な平面アンテナが開発されてい
る。このような平面アンテナとして、本願発明者等は、
放射素子３と放射素子７を電磁結合させ、かつ給電線路
４による放射素子３の励振方向と給電線路８による放射
素子７の励振方向が直交した偏波共用平面アンテナを提
案し、１９９２年電子情報通信学会春季大会予稿Ｂ─６
２「偏波共用トリプレート給電型平面アンテナの放射特
性」に開示している。

【０００３】また、送受信にも対応可能な２つの異なる
周波数で機能する偏波共用平面アンテナに関しても、論
文”Dual-frequency and Dual-polarization Low Sidel
obeMicrostrip Array Antenna for Satellite Communic
ations”（Proceeding ofISAP’92,P.P.1113-1116,）に
開示している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような衛星通信に
用いられるアンテナでは、一般に他の衛星通信システム
への妨害を防ぐために、送信対象とする通信衛星以外の
隣接通信衛星に対して妨害電波の放射許容電力が規定さ
れるので、アンテナの指向性のうちのサイドローブレベ
ルを、規定レベル以下に抑圧する必要がある。また、受
信に際しても、隣接通信衛星からの電波が干渉信号とな
って受信性能が低下するため、アンテナの指向性のうち
のサイドローブレベルを、低く抑えなければならない。

【０００５】ここで、アンテナ指向性のサイドローブレ
ベルを下げるためには、素子アレーアンテナの場合、各
素子への給電電力分布や位相分布が一様でない特殊な分
布とする必要があるため、アンテナの効率が低下し、所
望の利得が得られないという課題があった。

【０００６】本発明は、偏波共用平面アンテナにおい
て、効率低下を生じることなく指向性に優れたアンテナ
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の偏波共用トリプ
レート型平面アンテナは、図７に示すような、地導体１
１と、誘電体１０と、複数の放射素子７と給電線路８を
形成した給電基板９と、誘電体６と、各スロット１２が
前記放射素子７の真上に位置するように設置した複数の
スロット１２を有する地導体１と、誘電体２と、複数の
放射素子３と給電線路４を形成した給電基板５と、誘電
体１３と、各スロット１４が前記放射素子３の真上に位
置するように設置した複数のスロット１４を有する地導
体１５とを、この順に積み重ね、前記放射素子３と前記
放射素子７を電磁結合させ、かつ前記給電線路４による
放射素子３の励振方向と前記給電線路８による放射素子
７の励振方向を直交させるように構成した偏波共用平面
アンテナにおいて、図１に示すように、前記給電線路８
による放射素子７の励振方向の素子配列間隔Ｐ１を、第
１の利用周波数の自由空間波長の概略０．８１３倍に設
定すると共に、配列素子数を１６の倍数とし、さらに、
前記給電線路８の出力端子を前記第１の利用周波数の約
１．１４倍に相当する第２の周波数の入力端子として用
いると共に、前記給電線路４の出力端子を、前記第１の
利用周波数の出力端子として用いることを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】また、本発明の偏波共用トリプレ
ート型平面アンテナは、図２に示すように、前記給電線
路８による放射素子７の励振方向と直交する方向の素子
配列間隔Ｐ２を、第１の利用周波数の自由空間波長の概
略０．８７９倍に設定し、配列素子数を１５の倍数と
し、さらに、前記給電線路８の出力端子を前記第１の利
用周波数の約１．１４倍に相当する第２の周波数の入力
端子として用いると共に、前記給電線路４の出力端子
を、前記第１の利用周波数の出力端子として用いること
もできる。

【０００９】さらに本発明の偏波共用トリプレート型平
面アンテナは、図３に示すように、前記給電線路８によ
る放射素子７の励振方向の素子配列間隔Ｐ１を、第１の
利用周波数の自由空間波長の概略０．７２５倍に設定し
て配列素子数を２０素子とし、これと直交する方向の素
子配列間隔Ｐ２を、第１の利用周波数の自由空間波長の
概略０．８７９倍に設定して配列素子数を２０素子と
し、かつ、前記給電基板５の配列間隔Ｐ１方向の両端か
ら２列目内で各々２０素子相当の無給電素子部、また
は、素子欠落部を形成し、さらに、前記給電線路８の出
力端子を前記第１の利用周波数の約１．１４倍に相当す
る第２の周波数の入力端子として用いると共に、前記給
電線路４の出力端子を、前記第１の利用周波数の出力端
子として用いることもできる。

【００１０】また、図３において、前記素子配列間隔Ｐ
１を、図４に示すように、第１の利用周波数の自由空間
波長の概略０．７０８倍に設定し、かつ、前記配列間隔
Ｐ１方向の両端から２列目内の無給電素子部、または、
素子欠落部を各々２４素子相当分形成することもでき
る。

【００１１】本発明の偏波共用平面アンテナは、図１に
示すように、素子配列間隔Ｐ１を、第１の利用周波数の
自由空間波長の概略０．８１３倍に設定すると共に、配
列素子数を１６の倍数としているので、給電線路４の出
力端子を、第１の利用周波数の出力端子として用いる
と、給電線路４による放射素子３の励振方向と直交する
面内の指向性は、図５に示すように、隣接通信衛星から
の干渉電波の最大到来方向、すなわち主放射方向から±
４．４゜、±８．８゜、±１３．２゜の方向にヌル点が
形成され、第１の利用周波数で受信する場合、隣接通信
衛星からの干渉電波の影響を軽減することができる。

【００１２】また、本発明の偏波共用平面アンテナは、
図２に示すように、素子配列間隔Ｐ２を、第１の利用周
波数の自由空間波長の概略０．８７９倍に設定すると共
に、配列素子数を１５の倍数としているので、給電線路
４の出力端子を、第１の利用周波数の出力端子として用
いると、給電線路４による放射素子３の励振方向の指向
性においても、図５に示すように、隣接通信衛星からの
干渉電波の最大到来方向、すなわち主放射方向から±
４．４゜、±８．８゜、±１３．２゜の方向にヌル点が
形成できるので、図２の構成は、図１の構成の偏波方向
に対して直交する偏波方向の場合に対応できる。

【００１３】さらに、図３に示す場合は、単純に給電線
路８による放射素子７の励振方向の素子配列間隔Ｐ１
を、第１の利用周波数の自由空間波長の概略０．７２５
倍に設定し、配列素子数を２０素子とし、これと直交す
る方向の素子配列間隔Ｐ２を、第１の利用周波数の自由
空間波長の概略０．８７９倍に設定し、配列素子数を２
０素子としただけでは、給電線路４による放射素子３の
励振方向と直交する面内の指向性は、主放射方向から±
４．４゜、±８．８゜、±１３．２゜の方向にヌル点を
形成することはできないが、前記給電基板５の配列間隔
Ｐ１方向の両端から２列目内で各々２０素子相当の無給
電素子部、または、素子欠落部を形成することで、図５
に示すようなヌル点を形成することができる。

【００１４】また、図４に示す場合も、単純に、給電線
路８による放射素子７の励振方向の素子配列間隔Ｐ１
を、第１の利用周波数の自由空間波長の概略０．７０８
倍に設定し、配列素子数を２０素子とし、これと直交す
る方向の素子配列間隔Ｐ２を、第１の利用周波数の自由
空間波長の概略０．８７９倍に設定し、配列素子数を２
０素子としただけでは、給電線路４による放射素子３の
励振方向と直交する面内の指向性は、主放射方向から±
４．４゜、±８．８゜、±１３．２゜の方向にヌル点を
形成することはできないが、前記給電基板５の配列間隔
Ｐ１方向の両端から２列目内で各々２４素子相当分の無
給電素子部、または、素子欠落部を形成することで、図
５に示すようなヌル点を形成することができる。

【００１５】一方、図１の構成において、給電線路８の
出力端子を前記第１の利用周波数の約１．１４倍に相当
する第２の周波数の入力端子として用いると、第１の利
用周波数の自由空間波長の概略０．８１３倍に設定した
素子配列間隔Ｐ１は、第２の周波数の自由空間波長の概
略０．９２６倍に相当するため、第２の周波数に対して
高効率特性を維持することができ、さらに放射素子３が
放射素子７に対して無給電素子として作用するので、放
射素子単体の指向性が主放射方向へ絞られて、アレーを
構成した際に各素子への給電電力の振幅や位相の分布を
制御することなく一様な分布とした場合でも、図６に示
すように乱れの少ない良好な指向性が得られるので、第
２の周波数で送信する場合、効率を低下させることなく
送信対象とする通信衛星以外の隣接通信衛星への妨害電
波を抑制することができる。

【００１６】また、図２の構成においても同様に給電線
路８による放射素子７の励振方向の素子配列間隔ＰＩ
を、第２の周波数の自由空間波長に対して高効率特性を
維持できるように設定すればよく、図３の構成でも、第
１の利用周波数の自由空間波長の概略０．７２５倍に設
定した素子配列間隔Ｐ１は、第２の周波数の自由空間波
長の概略０．８２７倍に相当するため第２の周波数に対
して高効率特性を維持することができ、図４の構成で
も、第１の利用周波数の自由空間波長の概略０．７０８
倍に設定した素子配列間隔Ｐ１は、第２の周波数の自由
空間波長の概略０．８０４倍に相当するため、第２の周
波数に対して高効率特性を維持することができる。さら
に図１の構成同様、放射素子３が放射素子７に対して無
給電素子として作用するので放射素子単体の指向性が主
放射方向へ絞られて、アレーを構成した際に各素子への
給電電力の振幅や位相の分布を制御することなく一様な
分布とした場合でも、図６に示すような乱れの少ない良
好な指向性が得られるので、第２の周波数で送信する場
合、効率を低下させることなく送信対象とする通信衛星
以外の隣接通信衛星への妨害電波を抑制することができ
る。

【００１７】

【実施例】

実施例１ 図７に示す構成において、地導体１及び１５として厚さ
０．５ｍｍ、地導体１１として厚さ１ｍｍで、大きさは
各々４５０ｍｍのアルミ板を用い、誘電体２、６、１０
及び１３として厚さ１ｍｍで比誘電率約１．１のポリエ
チレンフォームを用い、また給電基板５及び９として厚
さ２５μｍのＰＥＴフィルムに厚さ３５μｍの銅箔を貼
り合わせた基板を用いた。給電基板５には放射素子３及
び給電線路４を含むアンテナ回路を、給電基板９には放
射素子７及び給電線路８を含むアンテナ回路を銅箔の不
要な箇所をエッチング除去して形成した。また、地導体
１及び１５の放射素子３及び７にあたる位置にはスロッ
ト１２及び１４をプレス加工して形成した。さらに前記
放射素子３の給電線路４による励振方向の寸法を第１の
利用周波数１２．５ＧＨｚの自由空間波長λ（＝２４ｍ
ｍ）に対し約０．３３倍とし、これと直交する方向の寸
法を約０．２５倍とし、また、前記放射素子７の給電線
路８による励振方向の寸法を第１の利用周波数１２．５
ＧＨｚの自由空間波長λ（＝２４ｍｍ）に対し約０．３
８倍とし、これと直交する方向の寸法を約０．３３倍と
した、またスロット１２及び１４は一辺が第１の利用周
波数１２．５ＧＨｚの自由空間波長λ（＝２４ｍｍ）に
対し約０．５４倍の正方形とした。上記の構成により、
図１に示すように、素子配列間隔Ｐ１を第１の利用周波
数１２．５ＧＨｚの自由空間波長λ（＝２４ｍｍ）に対
し約０．８１３倍となる１９．５ｍｍに設定し、かつＰ
１方向の配列素子数を１６素子とした。また、これと直
交する方向の素子配列間隔Ｐ２を、第１の利用周波数１
２．５ＧＨｚの自由空間波長λ（＝２４ｍｍ）に対し約
０．８７９倍となる２１．１ｍｍに設定し、かつ、Ｐ２
方向の配列素子数を２０素子とし、さらに、各素子への
給電電力の振幅は均一として、すべての素子を同位相で
励振した。本アンテナの第１の利用周波数１２．５ＧＨ
ｚにおけるＰ１方向の指向性は、図５に示すように隣接
通信衛星からの干渉電波の最大到来方向、すなわち主放
射方向から±４．４゜、±８．８゜、±１３．２゜の方
向にヌル点が形成できた。また、給電線路８の出力端子
を前記第１の利用周波数の約１．１４倍に相当する第２
の周波数１４．２５ＧＨｚの入力端子として用いた場合
のＰ１方向の指向性は、図６に示すように、広角範囲に
渡って規定レベル以下の乱れの少ない良好な指向性が得
られた。

【００１８】実施例２ 図２に示すように、素子配列間隔Ｐ２を第１の利用周波
数１２．５ＧＨｚの自由空間波長λ（＝２４ｍｍ）に対
し約０．８７９倍となる２１．１ｍｍに設定し、かつ、
Ｐ２方向の配列素子数を１５素子とした。また、これと
直交する方向の素子配列間隔Ｐ１を第１の利用周波数１
２．５ＧＨｚの自由空間波長λ（＝２４ｍｍ）に対し約
０．８１３倍となる１９．５ｍｍに設定し、かつ、Ｐ１
方向の配列素子数を２０素子とした以外は、実施例１と
同様にアンテナを製作した。本アンテナの第１の利用周
波数１２．５ＧＨｚにおけるＰ２方向の指向性は、図５
に示すように隣接通信衛星からの干渉電波の最大到来方
向、すなわち主放射方向から±４．４゜、±８．８゜、
±１３．２゜の方向にヌル点が形成できた。また、給電
線路８の出力端子を前記第１の利用周波数の約１．１４
倍に相当する第２の周波数１４．２５ＧＨｚの入力端子
として用いた場合のＰ２方向の指向性は、図６に示すよ
うに、広角範囲に渡って規定レベル以下の乱れの少ない
良好な指向性が得られた。

【００１９】実施例３ 図３に示すように、素子配列間隔Ｐ１を第１の利用周波
数１２．５ＧＨｚの自由空間波長λ（＝２４ｍｍ）に対
し約０．７２５倍となる１７．４ｍｍに設定し、かつ、
Ｐ１方向の配列素子数を２０素子とした。また、これと
直交する方向の素子配列間隔Ｐ２を第１の利用周波数１
２．５ＧＨｚの自由空間波長λ（＝２４ｍｍ）に対し約
０．８７９倍となる２１．１ｍｍに設定し、かつ、Ｐ２
方向の配列素子数も２０素子とし、さらに、給電基板５
の配列間隔Ｐ１方向の両端から２列目内で各々２０素子
相当の無給電素子部を形成した以外は、実施例１と同様
にアンテナを製作した。本アンテナの第１の利用周波数
１２．５ＧＨｚにおけるＰ２方向の指向性は、図５に示
すように隣接通信衛星からの干渉電波の最大到来方向、
すなわち主放射方向から±４．４゜、±８．８゜、±１
３．２゜の方向にヌル点が形成できた。また、給電線路
８の出力端子を前記第１の利用周波数の約１．１４倍に
相当する第２の周波数１４．２５ＧＨｚの入力端子とし
て用いた場合のＰ２方向の指向性は、図６に示すよう
に、広角範囲に渡って規定レベル以下の乱れの少ない良
好な指向性が得られた。

【００２０】実施例４ 図４に示すように、素子配列間隔Ｐ１を第１の利用周波
数１２．５ＧＨｚの自由空間波長λ（＝２４ｍｍ）に対
し約０．７０８倍となる１６．９ｍｍに設定し、かつ、
Ｐ１方向の配列素子数を２０素子とした。また、これと
直交する方向の素子配列間隔Ｐ２を第１の利用周波数１
２．５ＧＨｚの自由空間波長λ（＝２４ｍｍ）に対し約
０．８７９倍となる２１．１ｍｍに設定し、かつ、Ｐ２
方向の配列素子数も２０素子とし、さらに、給電基板５
の配列間隔Ｐ１方向の両端から２列目内で各々２４素子
相当の無給電素子部を形成した以外は、実施例１と同様
にアンテナを製作した。本アンテナの第１の利用周波数
１２．５ＧＨｚにおけるＰ２方向の指向性は、図５に示
すように隣接通信衛星からの干渉電波の最大到来方向、
すなわち主放射方向から±４．４゜、±８．８゜、±１
３．２゜の方向にヌル点が形成できた。また、給電線路
８の出力端子を前記第１の利用周波数の約１．１４倍に
相当する第２の周波数１４．２５ＧＨｚの入力端子とし
て用いた場合のＰ２方向の指向性は、図６に示すよう
に、広角範囲に渡って規定レベル以下の乱れの少ない良
好な指向性が得られた。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によって給
電線路４の出力端子を第１の利用周波数の出力端子とし
て用いると、隣接通信衛星からの干渉電波の最大到来方
向、すなわち主放射方向から±４．４゜、±８．８゜、
±１３．２゜の方向にヌル点が形成され、第１の利用周
波数で受信する場合、隣接通信衛星からの干渉電波の影
響を軽減することができる。さらに、給電線路８の出力
端子を前記第１の利用周波数の約１．１４倍に相当する
第２の周波数の入力端子として用いると、放射素子３が
放射素子７に対して無給電素子として作用するので、放
射素子単体の指向性が主放射方向へ絞られて、アレーを
構成した際に、各素子への給電電力の振幅や位相の分布
を制御することなく一様な分布とした場合でも、乱れの
少ない良好な指向性が得られるので、第２の周波数で送
信する場合、効率を低下させることなく送信対象とする
通信衛星以外の隣接通信衛星への妨害電波を抑制するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す給電基板５及び９の平
面図である。

【図２】本発明の他の一実施例を示す給電基板５及び９
の平面図である。

【図３】本発明の他の一実施例を示す給電基板５及び９
の平面図である。

【図４】本発明の他の一実施例を示す給電基板５及び９
の平面図である。

【図５】本発明の一実施例の第１の利用周波数における
指向性特性を示す線図である。

【図６】本発明の一実施例の第２の利用周波数における
指向性特性を示す線図である。

【図７】本発明のアンテナの基本構成を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１．地導体 ２．誘電体 ３．放射素子 ４．給電線路 ５．給電基板 ６．誘電体 ７．放射素子 ８．給電線路 ９．給電基板 １０．誘電体 １１ 地導体 １２．スロット １３．誘電体 １４．スロット １５．地導体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】地導体１１と、誘電体１０と、複数の放射
   素子７と給電線路８を形成した給電基板９と、誘電体６
   と、各スロット１２が前記放射素子７の真上に位置する
   ように設置した複数のスロット１２を有する地導体１
   と、誘電体２と、複数の放射素子３と給電線路４を形成
   した給電基板５と、誘電体１３と、各スロット１４が前
   記放射素子３の真上に位置するように設置した複数のス
   ロット１４を有する地導体１５とを、この順に積み重
   ね、前記放射素子３と前記放射素子７を電磁結合させ、
   かつ前記給電線路４による放射素子３の励振方向と前記
   給電線路８による放射素子７の励振方向を直交させるよ
   うに構成した偏波共用平面アンテナにおいて、前記給電
   線路８による放射素子７の励振方向の素子配列間隔Ｐ１
   を、第１の利用周波数の自由空間波長の概略０．８１３
   倍に設定すると共に、配列素子数を１６の倍数とし、さ
   らに、前記給電線路８の出力端子を、前記第１の利用周
   波数の約１．１４倍に相当する第２の利用周波数の入力
   端子として用いると共に、前記給電線路４の出力端子
   を、前記第１の利用周波数の出力端子として用いること
   を特徴とする偏波共用平面アンテナ。
2. 【請求項２】地導体１１と、誘電体１０と、複数の放射
   素子７と給電線路８を形成した給電基板９と、誘電体６
   と、各スロット１２が前記放射素子７の真上に位置する
   ように設置した複数のスロット１２を有する地導体１
   と、誘電体２と、複数の放射素子３と給電線路４を形成
   した給電基板５と、誘電体１３と、各スロット１４が前
   記放射素子３の真上に位置するように設置した複数のス
   ロット１４を有する地導体１５とを、この順に積み重
   ね、前記放射素子３と前記放射素子７を電磁結合させ、
   かつ前記給電線路４による放射素子３の励振方向と前記
   給電線路８による放射素子７の励振方向を直交させるよ
   うに構成した偏波共用平面アンテナにおいて、前記給電
   線路８による放射素子７の励振方向と直交する方向の素
   子配列間隔Ｐ２を、第１の利用周波数の自由空間波長の
   概略０．８７９倍に設定し、配列素子数を１５の倍数と
   し、さらに、前記給電線路８の出力端子を、前記第１の
   利用周波数の約１．１４倍に相当する第２の周波数の入
   力端子として用いると共に、前記給電線路４の出力端子
   を、前記第１の利用周波数の出力端子として用いること
   を特徴とする偏波共用平面アンテナ。
3. 【請求項３】地導体１１と、誘電体１０と、複数の放射
   素子７と給電線路８を形成した給電基板９と、誘電体６
   と、各スロット１２が前記放射素子７の真上に位置する
   ように設置した複数のスロット１２を有する地導体１
   と、誘電体２と、複数の放射素子３と給電線路４を形成
   した給電基板５と、誘電体１３と、各スロット１４が前
   記放射素子３の真上に位置するように設置した複数のス
   ロット１４を有する地導体１５とを、この順に積み重
   ね、前記放射素子３と前記放射素子７を電磁結合させ、
   かつ前記給電線路４による放射素子３の励振方向と前記
   給電線路８による放射素子７の励振方向を直交させるよ
   うに構成した偏波共用平面アンテナにおいて、前記給電
   線路８による放射素子７の励振方向の素子配列間隔Ｐ１
   を、第１の利用周波数の自由空間波長の概略０．７２５
   倍に設定し、配列素子数を２０素子とし、これと直交す
   る方向の素子配列間隔Ｐ２を、第１の利用周波数の自由
   空間波長の概略０．８７９倍に設定し、配列素子数を２
   ０素子とし、かつ、前記給電基板５の配列間隔Ｐ１方向
   の両端から２列目内に各々２０素子相当の無給電素子
   部、または、素子欠落部を形成し、さらに、前記給電線
   路８の出力端子を、前記第１の利用周波数の約１．１４
   倍に相当する第２の周波数の入力端子として用いると共
   に、前記給電線路４の出力端子を、前記第１の利用周波
   数の出力端子として用いることを特徴とする偏波共用平
   面アンテナ。
4. 【請求項４】素子配列間隔Ｐ１を、第１の利用周波数の
   自由空間波長の概略０．７０５倍に設定すると共に、前
   記配列間隔Ｐ１方向の両端から２列目内の無給電素子
   部、または、素子欠落部を、各々２４素子相当分形成し
   ていることを特徴とする請求項３に記載の偏波共用平面
   アンテナ。