JP2001313520A - 平面アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の誘電体を導波路として用いた平面アン
テナよりも、アンテナ利得が高く、かつ高効率の平面ア
ンテナを得る。 【解決手段】 低誘電損失特性を持つ誘電体板を表面波
モードで伝搬する電磁界を利用し、誘電体板表面に設け
た所要数の細長形導体を放射素子として、円偏波を放射
するアンテナにあっては、互いに直交する二本の細長形
導体の対を一つの放射素子とし、直線偏波を放射する平
面アンテナにあっては、一本の細長形導体からなる放射
素子を、偏波方向と平行、または偏波方向に対し、あま
り大きくない角度で傾けて誘電体板上に配設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば衛星放送や
データ通信、移動体通信に利用されるマイクロ波帯の平
面アンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のマイクロ波帯で使われる平面アン
テナは、平行する金属板でラジアル導波路を構成し、上
部金属板に所要数のハの字状のスロット対を設けること
による（たとえば特開昭５７−８７６０３号参照）。

【０００３】誘電体板を導波路として利用する平面アン
テナでは、細長形導体を放射素子として用い、全ての細
長形導体の長軸方向中心軸線の延長線が、誘電体板上の
基準点を通るように配設する事による（例えば特願平１
１−３７７３９８号参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特開昭５７−８７６０
３号の構造の平面アンテナでは、多数のスロットを切っ
た金属板を、平坦な円筒形状に、精密に接合し組み立て
る必要があり、製造に多額の費用と時間がかかる。ま
た、中空構造を持つので、機械的な強度が劣る。

【０００５】一般にアンテナで発生するエネルギー損失
は、導体の電気抵抗による導体損が大部分を占める。ス
ロットを放射素子として用いるアンテナでは、金属部分
に流れる電波の放射に寄与しない電流が多く、誘電体を
用いるアンテナより導体損が大きくなり、アンテナとし
ての効率が劣る。

【０００６】特願平１１−３７７３９８号に示される平
面アンテナでは、円偏波を放射する放射素子のパターン
の場合、瞬時の放射を考えるとき、アンテナ面全体から
円偏波の電波が放射されているのではなく、アンテナ面
上では放射強度分布に偏りがあり、このため十分な利得
が得られない欠点がある。

【０００７】また特願平１１−３７７３９８号に示され
る平面アンテナの、直線偏波を放射する放射素子のパタ
ーンでは、互いに打ち消しあう電波が大きく、効率が低
下する欠点がある。

【０００８】本発明は、堅牢で簡単な構造による、効
率、利得ともに従来の平面アンテナよりも優れ、誘電体
板を導波路として使った、平面アンテナを提示すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の平面アンテナにおいては、低誘電損失特性
を持つ誘電体板を電磁界を導く導波路として用い、誘電
体板にマスキングして導体パターンをメッキ、または印
刷、あるいは貼り付け、もしくは塗布する事により、細
長形導体を電波の放射素子として誘電体板表面に配設す
ることで、円偏波または直線偏波の電波を送信または受
信する平面アンテナを提示する。

【００１０】即ち、（１）、低誘電損失特性を持つ誘電
体板の一方の面に所要数の放射素子が配設され、誘電体
板の他方の面に接地導体が配設され、かつ接地導体の中
央部から給電する構造の平面アンテナであって、どの一
つの放射素子も一本または二本の細長形導体からなり、
放射素子が配設される点ｘとその面上の基準点ａとの 磁界の周波数と誘電体板の電磁気的な材料定数とで決ま
る定数ｋを用いて、ハンケル関数Ｈの偏角として、

【数９】 θ＝Ａｒｇ｛Ｈ（ｋｒ）｝ の関係にあって、どの細長形導体の長軸方向中心軸線の
延長線も、点ａを通過することなく、また一つの放射素
子が二本の細長形導体から構成される場合には、それら
二本の細長形導体の長軸方向中心軸線は互いに平行では
なく、また全ての放射素子が、直接給電ではなく、誘電
体板内部の電磁界と電磁誘導によって結合し、電波を放
射することを特徴とする平面アンテナにある。

【００１１】そして、（２）、一つの放射素子を構成す
る二本の細長形導体のそれぞれの長軸方向中心軸線の延
長線が直交し、二本の細長形導体それぞれの長軸方向中
心軸線と短軸方向中心軸線との交点の点ｓ、点ｔと、基
準点ａとを結ぶそれぞれの線 波長λを用いて、ｒ_ｓとｒ_ｔの間に、

【数１０】 ｒ_ｓ−ｒ_ｔ＝λ／４ 間の角が等しいことを特徴とする上記１記載の平面アン
テナにある。

【００１２】そして、（３）、低誘電損失特性を持つ誘
電体板の一方の面に所要数の放射素子が配設され、誘電
体板の他方の面に接地導体が配設され、かつ接地導体の
中央部から給電する構造の平面アンテナであって、一つ
の放射素子は一本の細長形導体からなり、かつ全ての放
射素子は、放射素子が配設されている誘電体板面上の基
準点ｑを通過する仮想基準線に対し線対称に位置し、ま
た、基準点ｑを中心とし、半径Ｒｉ，Ｒｊ（ｉ，ｊ＝
１，２，３，…ｎ、ｎは正の整数）が、電磁界の周波数
と誘電体板の電磁気的な材料定数とで決まる定数ｋを用
いて、

【数１１】 ζ−ξ＝π の関係にある二つの定数ζ、ξとの間に、ハンケル関数
Ｈの偏角（弧度法）として、

【数１２】 Ａｒｇ｛Ｈ（ｋＲｉ）｝＝ζ （０≦ζ≦
２π）

【数１３】 Ａｒｇ｛Ｈ（ｋＲｊ）｝＝ξ （０≦ξ≦
２π） の関係で表される仮想同心円群上に、全ての放射素子が
配設され、同時に、それぞれの仮想同心円上の放射素子
は、仮想基準線と直交し基準点ｑを通過する仮想直交線
を境界にいずれか一方の側にのみ配設され、しかも、全
ての放射素子の長軸方向中心軸線が、仮想基準線に対し
平行であり、また全ての放射素子が、直接給電ではな
く、誘電体板内部の電磁界と電磁誘導によって結合し、
電波を放射することを特徴とする平面アンテナにある。

【００１３】そして、（４）、低誘電損失特性を持つ誘
電体板の一方の面に所要数の放射素子が配設され、誘電
体板の他方の面に接地導体が配設され、かつ接地導体の
中央部から給電する構造の平面アンテナであって、一つ
の放射素子は一本の細長形導体からなり、かつ全ての放
射素子は、放射素子が配設されている誘電体板面上の基
準点ｐを通過する仮想基準線に対し線対称に位置し、ま
た、基準点ｐを中心とし、半径Ｒｉ，Ｒｊ（ｉ，ｊ＝
１，２，３，…ｎ、ｎは正の整数）が、電磁界の周波数
と誘電体板の電磁気的な材料定数とで決まる定数ｋを用
いて、

【数１４】 γ−δ＝π の関係にある二つの定数γ、δとの間に、ハンケル関数
Ｈの偏角として、

【数１５】 Ａｒｇ｛Ｈ（ｋＲｉ）｝＝γ （０≦γ≦
２π）

【数１６】 Ａｒｇ｛Ｈ（ｋＲｊ）｝＝δ （０≦δ≦
２π） の関係で表される仮想同心円群上に、全ての放射素子が
配設され、同時に、それぞれの仮想同心円上の放射素子
は、仮想基準線と直交し基準点ｐを通過する仮想直交線
を境界にいずれか一方の側にのみ配設され、放射素子が
配設される点から仮想基準線までの距離Ｄが、定数ｆよ
りも小さいとき、細長形導体の長軸方向中心軸線は、仮
想基準線に対して平行であり、距離Ｄがｆよりも大きい
とき、仮想基準線と細長形導体の長軸方向中心軸線とは
平行ではなく、また全ての放射素子が、直接給電ではな
く、誘電体板内部の電磁界と電磁誘導によって結合し、
電波を放射することを特徴とする平面アンテナにある。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を実施例
にもとづき図面を参照して説明する。説明の都合上、本
発明の平面アンテナを送信アンテナとして説明するが、
電磁界の相反定理により、受信用には単に逆に作用する
にすぎないことは明らかである。また、特に断らない限
り、位相、角度は弧度法で表し、その単位はラジアンで
ある。

【００１５】図２で示されるように、細長形導体の短辺
を等分割し長辺に平行な直線Ｌ_１をその細長形導体の長
軸方向中心軸線と定義し、細長形導体の長辺を等分割し
短辺に平行な直線Ｌ_２を短軸方向中心軸線と定義する。

【００１６】ハンケル関数Ｈの偏角Ａｒｇ｛Ｈ｝は、ハ
ンケル関数Ｈの実数部をＲｅ｛Ｈ｝、虚数部をＩｍ
｛Ｈ｝とするとき、逆正接関数を使って、

【数１７】 Ａｒｇ｛Ｈ｝＝ｔａｎ^−１［Ｉｍ｛Ｈ｝／
Ｒｅ｛Ｈ｝］ で定義される。

【００１７】図１は本発明の平面アンテナの基本構成を
示しており、同軸コネクタ４から誘電体板の内部に導か
れた電磁界は、同軸コネクタの中心導体を対称軸とし
て、同心円状に誘電体板１内部を表面波モードで伝搬す
る。

【００１８】数学的には、誘電体板内部の電磁界の伝搬
の姿態は、ハンケル関数を使って表される。よって、電
磁界が誘電体板内部を進むと、電磁界の位相はハンケル
関数の偏角で表される分だけ変化するので、誘電体板面
上で、同軸コネクタの中心軸を中心に、ハンケル関数の
偏角分だけ回転し、電磁界が誘電体板中で進んだ距離だ
け中心から離れた位置に放射素子が配設されるならば、
この規則に従って配設される放射素子群からは、円偏波
の電波が放射されることになる。

【００１９】誘電体板内部の電磁界の波長λは、電磁界
の周波数と誘電体の電磁気的な材料定数とで決まる。電
磁界の周波数をν、物質の誘電率、透磁率をそれぞれ
ε、μとすると、

【数１８】 ｋ＝２πν√（εμ）＝２π／λ で、表される定数ｋは波数と呼ばれ、電磁界の伝搬を特
徴づける定数である。

【００２０】数学的には、円偏波を放射する放射素子を
配設する規則は図３で表され、基準点ａを中心として、
放射素子が配設される点ｘと点ａとの距離ｒは、点ａを
通る

【数１９】 θ＝Ａｒｇ｛Ｈ（ｋｒ）｝ の関係にある。一つの放射素子が二本の細長形導体から
なるときも同様に、図４で示されるように、仮想基準線
と、基準点から細長形導体の配設される点とを結ぶ線分
の間の角と、その線分の長さが、それぞれハンケル関数
Ｈの偏角に関係づけられる。

【００２１】ハンケル関数の性質によって、電磁界の波
長は誘電体板内部で僅かに変化するが、その変化量は無
視できるほどに小さいので、ハンケル関数の計算をせず
とも、アルキメデスの螺旋を使っても、円偏波のパター
ンを構成することが可能である。

【００２２】即ち、基準点を中心に一周する毎に、基準
点からの距離が、誘電体板内部での電磁界の波長分だけ
増加する割合で、アルキメデスの螺旋を構成し、この仮
想的に描いたアルキメデスの螺旋上に放射素子を配設す
ればよい。

【００２３】一つの放射素子が互いに平行でない二本の
細長形導体から構成されるとき、それぞれの細長形導体
から放射される電波は、放射素子から離れた遠方では重
ね合わさって、電波の偏波方向が時間的に回転する、楕
円偏波の電波になる。

【００２４】図４で一つの放射素子が、二本の長さが等
しい細長形導体から構成され、互いの長軸方向中心軸線
の延長線が直交し、それぞれの細長形導体の長軸方向中
心軸線と短軸方向中心軸線の交点ｓ、ｔから、基準点ａ
までの距離の差が、誘電体板内部の電磁界の波長λの１
／４であり、かつ、それぞれの細長形導体の長軸方向中 時には、この二本の細長形導体から放射される電波は重
なり合って、完全な円偏波になる。

【００２５】即ち、図５で示されるように、基準点から
の距離が、それぞれの二本の細長形導体の位置では波長
の１／４の距離差があるため、基準点の位置から給電さ
れ伝搬する電磁界は、二本の細長形導体の位置でπ／２
の位相差があることになり、二本の細長形導体から放射
される電波もπ／２の位相差を持つことになる。かつ、
両細長形導体は誘電体板面上で、それぞれの長軸方向の
角度がπ／２だけ違うために、放射される電波の偏波方
向も、空間的にπ／２の位相差を持つ。また、図４の角
αで表されるように、基準点方向に対するそれぞれの細
長形導体の長軸方向中心軸線の傾きが等しく、細長形導
体の長さも等しいので、誘電体板内部の電磁界との結合
量が等しいことになり、それぞれの細長形導体から放射
される電波の強さは等しい。よって、図５で示されるよ
うに、二本の細長形導体から放射される電波を、ベクト
ル的に加えると、合成された電波の偏波方向は、時間的
に回転する円偏波の電波が放射される。

【００２６】特願平１１−３７７３９８号に示される平
面アンテナでは、円偏波放射パターンの場合、基準線に
対して水平成分、垂直成分それぞれについて瞬時の放射
強度分布を見たときは、アンテナ面全体では一様でなく
偏りがあるため、利得が高くならない。

【００２７】即ち、図６で示されるように、細長形導体
の長軸方向中心軸線の延長線と仮想基準線との間の角が
大きくなるにしたがって、それぞれの細長形導体が放射
する電波の仮想基準線に平行な水平成分は小さくなり、
また反対に、仮想基準線に垂直な成分は大きくなる。よ
って、円偏波を、水平、垂直両成分について見たとき、
アンテナ面全体では、水平成分の放射強度分布は８の字
状に分布する。反対に、垂直成分は、水平成分の放射強
度分布と直交する８の字状の分布になる。

【００２８】したがって図７で示されるように、円偏波
の電波の水平成分の指向性は、仮想基準線を含む水平面
の指向性は鋭くなるが、垂直面の指向性は鋭くならな
い。反対に、垂直成分の指向性は、この逆のことが起こ
る。一般に、アンテナ面全体から均一な放射強度で放射
されるとき、指向性が鋭くなり、利得も高くなる。即
ち、水平、垂直両偏波成分がそれぞれ８の字状に分布す
る、特願平１１−３７７３９８号に示される平面アンテ
ナでは、十分な利得が得られない。

【００２９】図８の実施例は、本発明の平面アンテナに
かかる円偏波を放射する基本的な放射素子のパターンで
あり、各々の放射素子１１それぞれが円偏波を放射する
ので、電波の水平成分、垂直成分ともに、アンテナ面上
での放射強度分布が均一になり、指向性が鋭くなって、
アンテナ利得が向上する。円偏波の回転方向、即ち、右
旋偏波と左旋偏波によって、アルキメデスの螺旋の巻く
方向、および一つの放射素子を構成する二本の細長形導
体１１の傾きの方向を変える必要があることは明らかで
ある。

【００３０】図９に示される実施例は、図８の細長形導
体のパターンを基にして構成した、一つの放射素子が一
本の細長形導体１４によって構成されるパターンの例で
ある。アンテナ全体としては、円偏波の電波が放射され
ることになんら変わりはなく、放射素子の長さ、間隔を
調節することで図８の実施例と同じく良好な特性を得る
ことができる。一つの放射素子が、一本または二本の細
長形導体から構成されるような、図８、図９の両放射素
子が混在するパターンとすることも可能である。

【００３１】図８および図９の実施例では、全ての放射
素子を構成する細長形導体１１，１４の長さ、および隣
り合う放射素子の間隔が等しくなっているが、個々の放
射素子で細長形導体１１，１４の長さが異なった構成を
採ることや、隣り合う放射素子の間隔が異なる構成を採
ることは、誘電体板１０，１３内部の電磁界との結合量
を調節して、アンテナ面内の放射強度分布を均一にする
上で有効である。

【００３２】本発明の平面アンテナでは、誘電体中に導
かれた電磁界は、誘電体板を導波路として伝搬する。こ
れは周波数の高い電磁界は、空気中よりも、誘電体中の
方が伝わりやすい性質があるためであり、光が光ファイ
バーの中を伝搬する様子に似ている。

【００３３】本発明の平面アンテナでは、どの細長形導
体も直接給電されているわけでないが、図１０で示され
るように、誘電体板内部の電磁界（図１０では、電界を
Ｅで表し、磁界をＨで表す）と電磁誘導によって結合
し、細長形導体に電流（図１０では、ｉ_１，ｉ_２）が流
れ電波が放射される。

【００３４】本発明の円偏波放射素子を配設する規則
は、特開昭５７−８７６０３号と同じ規則に基づいてい
るが、特開昭５７−８７６０３号では放射素子が金属板
上に形成されたハの字状のスロット対であり、本発明の
平面アンテナでは誘電体板上の二本の細長形導体である
点が異なる。

【００３５】また、特開昭５７−８７６０３号の平面ア
ンテナは、二枚の金属板で挟まれた空間を電磁界が伝搬
し、スロットが電波を放射するのに対し、本発明の平面
アンテナでは、誘電体内部を電磁界が伝搬し、誘電体内
部の電磁界と電磁誘導で結合した細長形導体に流れる電
流が、電波を放射する。

【００３６】即ち、電磁気学的には、特開昭５７−８７
６０３号の平面アンテナは、二枚の金属板で挟まれた空
間を、ＴＥＭモードで伝搬する電磁界と結合した、スロ
ットの磁流による放射であるのに対し、本発明の平面ア
ンテナでは、表面波モードで誘電体板内部を伝搬する電
磁界と結合した、細長形導体に流れる電流による放射で
あり、アンテナの動作機構が異なる。

【００３７】特願平１１−３７７３９８号に示される平
面アンテナで円偏波を放射するパターンでは、一つの放
射素子が一本の細長形導体からなり、全ての細長形導体
の長軸方向中心軸線の延長線が、基準点を通過するよう
に配設されている。これに対して、本発明の平面アンテ
ナの円偏波を放射するパターンでは、一つの放射素子
は、一本または、互いに平行でない二本の細長形導体の
対で構成され、どの細長形導体の長軸方向中心軸線の延
長線も基準点を通過しない。これにより特願平１１−３
７７３９８号に示される平面アンテナよりも、アンテナ
面全体から均一な放射強度分布を得ることが可能にな
り、高い利得を得ることができる。

【００３８】本発明の平面アンテナの直線偏波を放射す
る原理は、特願平１１−３７７３９８号の直線偏波を放
射する平面アンテナと同じであり、その放射素子を配設
する仮想同心円群を構成する規則も同じく、ハンケル関
数の偏角に関係づけられる。上記の円偏波の放射パター
ンがアルキメデスの螺旋によって構成されたのと同じ理
由で、ハンケル関数の計算をせずとも、誘電体板内部の
電磁界の波長の半分を交差とする等差数列によって半径
を表し、仮想同心円群を構成し放射素子を配設すればよ
い。

【００３９】図１１で示す特願平１１−３７７３９８号
の直線偏波の平面アンテナでは、全ての細長形導体の長
軸方向中心軸線の延長線が、基準点を通過するように配
設されているので、個々の放射素子から放射される電波
は強くなり、同一円周上のＡ、Ｂ、Ｂ’で示される放射
素子からは、それぞれ同じ強さの電波が放射される。

【００４０】しかし、Ｂで示されるような、基準点を通
る仮想基準線と細長形導体の長軸方向中心軸線の延長線
との間の角が大きい放射素子から放射される電波は、仮
想基準線と垂直な電波の成分の方が、仮想基準線と平行
な偏波方向成分よりも非常に大きくなる。

【００４１】この大きな垂直成分は、仮想基準線に対し
て線対称の位置にある、図１１ではＢ’で示される放射
素子から放射される電波によって、打ち消されてしま
う。

【００４２】結局、特願平１１−３７７３９８号では、
仮想基準線と細長形導体の中心軸線の延長線との間の角
が大きい放射素子は、仮想基準線の方向に偏波した電波
の放射にはあまり寄与せず、アンテナ面上で放射強度分
布に大きな不均一さがあり、アンテナの効率、利得が高
くならない。

【００４３】本発明では、この欠点を解決するために、
全ての細長形導体の長軸方向中心軸線を、仮想基準線と
平行に、もしくは一部の放射素子に対しては、仮想基準
線と細長形導体の長軸方向中心軸線の延長線との間の角
が、あまり大きくならないように傾けて配設する。

【００４４】傾ける理由は、細長形導体の短軸方向中心
軸線と長軸方向中心軸線との交点と基準点とを結ぶ線分
と、その細長形導体の長軸方向中心軸線との間の角がπ
／２に近くなると、誘電体内部の電磁界との結合量が減
って、電波の放射が減少するのを補うためである。

【００４５】誘電体内部の電磁界との結合量を調節する
ためには、このほか細長形導体の長さ、また同一円周上
の隣り合う細長形導体との間隔を調整する方法も有効で
ある。

【００４６】図１２は、本発明にかかる平面アンテナの
直線偏波を放射するパターンの、基本的な放射素子の配
設概念図である。全ての放射素子を仮想基準線と平行に
配設しており、誘電体板内部の電磁界との結合量を制御
するため、細長形導体の長さを調節している。

【００４７】また図１３は、図１２の概念図の放射素子
を、仮想基準線との距離によって、細長形導体を傾ける
角度、同時に細長形導体の長さを、仮想同心円毎にそれ
ぞれ調節して、誘電体板内部の電磁界と細長形導体との
結合量を制御している。

【００４８】図１３の細長形導体を傾ける規則は図１４
で示され、細長形導体と仮想基準線との距離Ｄが定数ｆ
よりも大きいときに傾けて、放射素子を配設する。放射
素子が配設される各々の仮想同心円について、異なった
定数ｆの値を設定することが有効である。

【００４９】図１２，図１３に示すように、仮想同心円
群の半径が小さい順に、それぞれの仮想同心円上で、仮
想直交線に対し左右交互に放射素子を配設することが、
アンテナ面上の放射強度分布を均一化して、利得を向上
させるために有効である。

【００５０】図１５は、本発明にかかる直線偏波を放射
するパターンを例に、本発明の平面アンテナの平面図
と、Ｉ−Ｉ’線での断面図を示した実施例である。アン
テナ構造の設計によっては、アンテナ端部での電磁界の
反射を抑制するための電波吸収体２４は、配設しない構
成をとることも可能である。

【００５１】図１６の実施例は、同じく直線偏波を放射
するパターンを例に、本発明の平面アンテナの平面図
と、ＩＩ−ＩＩ’線での断面図を示している。下側の誘
電体板３０内部に導かれた電磁界が、上側の誘電体板４
０に回り込んで誘電体板４０の外側から、その表面の放
射素子群３１から電波を放射するようにしている。この
ような二層構造にすることによって、さらに均一な放射
強度分布が得られることになり、アンテナ利得が向上す
る。アンテナ構造の設計によっては、中央の電波吸収体
３２を配設しない構成をとることもできる。

【００５２】図１７、図１８の実施例は、同軸コネクタ
が誘電体板５１に接続する給電点で、電磁界の反射を小
さくし、インピーダンス整合をとるための例である。

【００５３】図１７では同軸コネクタの外導体５４をテ
ーパ状に広げる接合金具５７を用い、さらに同軸コネク
タの中心導体５５に接続された、テーパを持つ導体５８
によって、円形導体５６に接続している。ここで円形導
体５６は、電波の放射のために配設されているのではな
く、誘電体板５１内部に導かれた電磁界を、誘電体板の
横方向に表面波モードで伝搬させるためのガイドの役目
をはたしている。

【００５４】図１８では同軸コネクタの中心導体５５に
接続した、ねじを切ったスタブ６０を上下する事によ
り、インピーダンス整合を図る。スタブ６０が円形導体
の役目もはたしている。

【００５５】図１９は、同軸コネクタの中心導体と円形
導体５６を接続するための導体５８の変形例である。

【００５６】図２０は、本発明にかかる放射素子を構成
する、細長形導体の変形例である。

【００５７】大電力を必要とする場合や、電気的に指向
性を変える必要のある場合には、本発明にかかる平面ア
ンテナを所要数用いて、アレーアンテナとすればよい。

【００５８】アンテナ表面には、放射素子パターン保護
のため、適宜、レドーム等の保護構造を設けても良い。

【００５９】

【発明の効果】本発明の平面アンテナは、以上説明した
ように構成されているので、以下に記載されるような効
果を奏する。

【００６０】円偏波の電波を放射するパターンでは、ア
ンテナ面全体から均一な放射強度分布が得られるので、
指向性が鋭くなり、アンテナ利得が高くなる。

【００６１】直線偏波の電波を放射するパターンでは、
偏波方向の成分を強く放射し、打ち消し合う成分を小さ
くでき、放射強度分布が均一になって、アンテナの効
率、利得ともに高くなる。

【００６２】全て誘電体に一体化され、また平面のみに
よって構成されているので、中空構造を持つ平面アンテ
ナや、パラボラアンテナのように曲面構造を持ち、かつ
焦点の位置に一次放射器を支持しなければならないアン
テナに比べ、格段に堅牢であり、機械的に強くなる。

【００６３】平面アンテナであるから屋外に設置した場
合、従来の衛星放送用パラボラアンテナのように三次元
的な構成をしているアンテナに比べ、風雪の影響を受け
難く耐久性が増す。

【００６４】移動体に使用する場合は、従来型のパラボ
ラアンテナに比べて、携帯に必要な容積が小さくなり、
移動体通信に適している。

【００６５】円偏波用平面アンテナ、直線偏波用平面ア
ンテナともに、同様の構造をしており、放射素子のパタ
ーンを変えるだけで、偏波を変えた平面アンテナが製造
できることになり、製造コストを押さえることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる平面アンテナの基本構成を示
す、内部構造を明示した俯瞰図である。

【図２】細長形導体の中心軸線の定義を説明する図面で
ある。

【図３】円偏波パターンを配設する規則を説明する図面
である。

【図４】一つの放射素子が、二本の細長形導体からなる
パターンの配設規則を説明する図面である。

【図５】図４の二本の細長形導体が、円偏波を放射する
原理を説明する図面である。

【図６】特願平１１−３７７３９８号の円偏波パターン
が放射する電波に、放射強度分布にアンテナ面状で偏り
があることを説明する図面である。

【図７】特願平１１−３７７３９８号の円偏波パターン
では、円偏波の水平成分の指向性、および利得に、水平
面と垂直面で違いがあることを説明する図面である。

【図８】本発明にかかる円偏波を放射するパターンの、
放射素子が二本の細長形導体からなる場合の実施例であ
る。

【図９】本発明にかかる円偏波を放射するパターンの、
放射素子が一本の細長形導体からなる場合の実施例であ
る。

【図１０】細長形導体が、誘電体内部の電磁界と結合す
る様子を模式的に説明する図面である。

【図１１】特願平１１−３７７３９８号の直線偏波パタ
ーンでは、アンテナ効率が悪くなることを説明する図面
である。

【図１２】本発明にかかる平面アンテナの直線偏波を放
射するパターンの基本的概念図である。

【図１３】図１２の放射素子の一部について、配設角度
を変化させることを説明する図面である。

【図１４】図１３の放射素子の配設角度を変化させる規
則を説明する図面である。

【図１５】直線偏波パターンを例に、本発明にかかる平
面アンテナの基本的な構造を示す平面図と、平面図のＩ
−Ｉ’線での断面図である。

【図１６】直線偏波パターンを例に、本発明にかかる平
面アンテナを二層構造にした平面図と、平面図のＩＩ−
ＩＩ’線での断面図である。

【図１７】本発明にかかる平面アンテナの給電点でのイ
ンピーダンス整合を図るための、実施例である。

【図１８】本発明にかかる平面アンテナの給電点でのイ
ンピーダンス整合を図るための、実施例である。

【図１９】本発明にかかる平面アンテナの給電点でのイ
ンピーダンス整合を図るための、円形導体と同軸コネク
タの中心導体とを接続する導体の変形例である。

【図２０】本発明にかかる平面アンテナの細長形導体の
変形例である。

【符号の説明】

１、１０、１３、２０、３０、４０、５１ 誘電体板 ２、２３、３６、５２ 接地導体 ３、１１、１４、２１、３１、５３ 放射素子 ４、２５、３８ 同軸コネクタ ５、２６、３７、５８ 同軸コネクタの中心導体と円形
導体を接続する導体 ６、１２、１５、２２、５６ 円形導体 ２４、３２ 電波吸収体 ３４ 上側側面導体 ３５ 下側側面導体 ３３ 環状導体 ３９ 中間円形導体 ５４ 同軸コネクタの外導体 ５５ 同軸コネクタの中心導体 ５７ 接合金具 ５９ 同軸コネクタの内導体と外導体の間を充填する誘
電体 ６０ スタブ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】低誘電損失特性を持つ誘電体板の一方の面
   に所要数の放射素子が配設され、誘電体板の他方の面に
   接地導体が配設され、かつ接地導体の中央部から給電す
   る構造の平面アンテナであって、どの一つの放射素子も
   一本または二本の細長形導体からなり、放射素子が配設
   される点ｘとその面上の基準点ａとの距離ｒが、点ａ 誘電体板の電磁気的な材料定数とで決まる定数ｋを用い
   て、ハンケル関数Ｈの偏角として、 【数１】 θ＝Ａｒｇ｛Ｈ（ｋｒ）｝ の関係にあって、どの細長形導体の長軸方向中心軸線の
   延長線も、点ａを通過することなく、また一つの放射素
   子が二本の細長形導体から構成される場合には、それら
   二本の細長形導体の長軸方向中心軸線は互いに平行では
   なく、また全ての放射素子が、直接給電ではなく、誘電
   体板内部の電磁界と電磁誘導によって結合し、電波を放
   射することを特徴とする平面アンテナ。
2. 【請求項２】一つの放射素子を構成する二本の細長形導
   体のそれぞれの長軸方向中心軸線の延長線が直交し、二
   本の細長形導体それぞれの長軸方向中心軸線と短軸方向
   中心 とｒ_ｔの間に、 【数２】 ｒ_ｓ−ｒ_ｔ＝λ／４ 間の角が等しいことを特徴とする請求項１記載の平面ア
   ンテナ。
3. 【請求項３】低誘電損失特性を持つ誘電体板の一方の面
   に所要数の放射素子が配設され、誘電体板の他方の面に
   接地導体が配設され、かつ接地導体の中央部から給電す
   る構造の平面アンテナであって、一つの放射素子は一本
   の細長形導体からなり、かつ全ての放射素子は、放射素
   子が配設されている誘電体板面上の基準点ｑを通過する
   仮想基準線に対し線対称に位置し、また、基準点ｑを中
   心とし、半径Ｒｉ，Ｒｊ（ｉ，ｊ＝１，２，３，…ｎ、
   ｎは正の整数）が、電磁界の周波数と誘電体板の電磁気
   的な材料定数とで決まる定数ｋを用いて、 【数３】 ζ−ξ＝π の関係にある二つの定数ζ、ξとの間に、ハンケル関数
   Ｈの偏角（弧度法）として、 【数４】 Ａｒｇ｛Ｈ（ｋＲｉ）｝＝ζ （０≦ζ≦２
   π） 【数５】 Ａｒｇ｛Ｈ（ｋＲｊ）｝＝ξ （０≦ξ≦２
   π） の関係で表される仮想同心円群上に、全ての放射素子が
   配設され、同時に、それぞれの仮想同心円上の放射素子
   は、仮想基準線と直交し基準点ｑを通過する仮想直交線
   を境界にいずれか一方の側にのみ配設され、しかも、全
   ての放射素子の長軸方向中心軸線が、仮想基準線に対し
   平行であり、また全ての放射素子が、直接給電ではな
   く、誘電体板内部の電磁界と電磁誘導によって結合し、
   電波を放射することを特徴とする平面アンテナ。
4. 【請求項４】低誘電損失特性を持つ誘電体板の一方の面
   に所要数の放射素子が配設され、誘電体板の他方の面に
   接地導体が配設され、かつ接地導体の中央部から給電す
   る構造の平面アンテナであって、一つの放射素子は一本
   の細長形導体からなり、かつ全ての放射素子は、放射素
   子が配設されている誘電体板面上の基準点ｐを通過する
   仮想基準線に対し線対称に位置し、また、基準点ｐを中
   心とし、半径Ｒｉ，Ｒｊ（ｉ，ｊ＝１，２，３，…ｎ、
   ｎは正の整数）が、電磁波の周波数と誘電体板の電磁気
   的な材料定数とで決まる定数ｋを用いて、 【数６】 γ−δ＝π の関係にある二つの定数γ、δとの間に、ハンケル関数
   Ｈの偏角として、 【数７】 Ａｒｇ｛Ｈ（ｋＲｉ）｝＝γ （０≦γ≦２
   π） 【数８】 Ａｒｇ｛Ｈ（ｋＲｊ）｝＝δ （０≦δ≦２
   π） の関係で表される仮想同心円群上に、全ての放射素子が
   配設され、同時に、それぞれの仮想同心円上の放射素子
   は、仮想基準線と直交し基準点ｐを通過する仮想直交線
   を境界にいずれか一方の側にのみ配設され、放射素子が
   配設される点から仮想基準線までの距離Ｄが、定数ｆよ
   りも小さいとき、細長形導体の長軸方向中心軸線は、仮
   想基準線に対して平行であり、距離Ｄがｆよりも大きい
   ときは、仮想基準線と細長形導体の長軸方向中心軸線と
   は平行ではなく、また全ての放射素子が、直接給電では
   なく、誘電体板内部の電磁界と電磁誘導によって結合
   し、電波を放射することを特徴とする平面アンテナ。