JP2003008341A - 平面アレーアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 送信電波が高周波となったときでも、所定の
アンテナ素子及び導波路の結合度を容易に得ることがで
きる平面アレーアンテナを得る。 【解決手段】 平面アレーアンテナ１は、所定の間隔で
複数の開孔２ａが設けられた第１金属板２、第１金属板
２に対向して配置された第２金属板３及び第１金属板２
及び第２金属板３の周縁部で接続された側板８で画成さ
れた導波路４と、第２金属板３から導波路４内に給電プ
ローブ５ａが挿入された給電体５と、各開孔２ａに結合
プローブ９が挿入されて立設されたアンテナ素子７とを
備えている。第２金属板３には、結合プローブ９の先端
部９ａに対向する対向面１１ａを有した導波路厚さ形成
手段１１が設けられている。各先端部９ａと対向面１１
との距離を、給電プローブ５ａから離れるに従って、小
さくすることにより、各結合プローブ９と導波路４との
結合度を調整し、各アンテナ素子７の給電プローブ５ａ
からの送信電波による励振振幅を同一にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、複数のアンテナ
素子を用いた平面アレーアンテナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、高い周波数の電波は空間での伝
搬損失が大きいため、この電波の送受信をするアンテナ
は高利得のものが要求される。高利得のアンテナとし
て、最近、平面アレーアンテナが用いられている。図５
は、従来の平面アレーアンテナの構成を模式的に示した
断面図である。図５において、平面アレーアンテナ１０
１は、複数の開孔１０２ａが設けられた第１金属板１０
２及びこの第１金属板１０２に対向して配置された第２
金属板１０３がそれぞれの周縁部で側板１０８により接
続されて画成された導波路１０４と、第２金属板１０３
の中央部でこの導波路１０４に挿入され、送信電波を導
波路１０４内に放出する給電プローブ１０５ａを有する
給電体１０５と、各開孔１０２ａに誘電体１０６を介し
て挿入立設され、導波路１０４内を伝搬してきた送信電
波を受けて励振し外部に放射するアンテナ素子１０７と
を備えている。

【０００３】第１金属板１０２は、円形の平板である。
それぞれの開孔１０２ａは、これら開孔に挿入立設され
た各アンテナ素子１０７の励振による送信電波が第１金
属板１０２と平行な面に対してすべて同位相になるよう
に配置されている。第２金属板１０３は、第１金属板１
０２に対して平行に配置されており、中央部分に開孔１
０３ａが設けられ、給電プローブ１０５ａがこの開孔１
０３ａに挿入されている。

【０００４】導波路１０４は、第１金属板１０２、第２
金属板１０３及び側板１０８によって取り囲まれて画成
されており、給電プローブ１０５ａで放射された送信電
波を各アンテナ素子１０７に伝搬する。

【０００５】アンテナ素子１０７は、導波路１０４に挿
入されて給電プローブ１０５ａからの送信電波を受け取
る棒状の結合プローブ１０９と、この結合プローブ１０
９に設けられた放射部１１０とを有している。結合プロ
ーブ１０９は、一端部は導波路１０４内に挿入されてい
るが、他端部は第１金属板１０２のアンテナ外部側に残
っている。また、結合プローブ１０９は、各開孔１０２
ａに誘電体１０６によって固定されており、この結合プ
ローブ１０９の軸線が第１金属板１０２に対して垂直に
保たれている。放射部１１０は、アンテナ外部に存在す
る円形平板であり、結合プローブ１０９の軸線に垂直に
設けられている。さらに、各アンテナ素子１０７は、そ
れぞれの結合プローブ１０９の長さが側板１０８に近づ
くに従って長くなっており、導波路１０４内に挿入され
ている結合プローブ１０９の部分も側板１０８に近づく
に従って長くなっている。

【０００６】給電体１０５は、棒状の給電プローブ１０
５ａを有し、第２金属板１０３の開孔１０３ａからこの
給電プローブ１０５ａが導波路１０４内に挿入固定され
ており、電源に接続されて送信電力を給電されるように
なっている。

【０００７】このような構成の平面アレーアンテナ１０
１は、以下のようにして動作する。即ち、電源（図示し
ない）から給電体１０５に送信電力が給電されると、こ
の送信電力は給電プローブ１０５ａから送信電波として
導波路１０４を伝搬して各アンテナ素子１０７に分岐供
給される。このとき、給電プローブ１０５から側板１０
８に近づくに従って、送信電波密度が小さくなる。各ア
ンテナ素子１０７は、導波路１０４を伝搬する送信電波
により励振され放射部１１０から外部に放射される。

【０００８】ここで、各アンテナ素子１０７は、アンテ
ナ利得を最大とするためにすべて同一振幅となるように
設定されている。即ち、各アンテナ素子１０７の結合プ
ローブ１０９と第２金属板１０３との間の送信電波密度
に従って、結合プローブ１０９及び第２金属板１０３間
の距離を調整する。具体的には、導波路１０４内の送信
電波密度が小さくなるに従って、結合プローブ１０９の
長さを長くすることにより、その先端１０９ａ及び第２
金属板１０３間の距離を小さくして、結合プローブ１０
９及び第２金属板１０３間のキャパシタンスを大きくす
ることにより導波路１０４と結合プローブ１０９との結
合度を調整している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、送信電
波の波長は、導波路１０４及び結合プローブ１０９の結
合度と、アンテナ素子１０７の結合プローブ１０９の長
さとの関係に影響を及ぼし、波長が小さいと結合プロー
ブ１０９の長さの変化量に対して結合度の変化量が大き
くなることから、送信電波が高周波になると波長が小さ
くなり、結合プローブ１０９の長さを調整することで、
導波路１０４と結合プローブ１０９との結合度の調整が
困難になるという問題点があった。

【００１０】また、平面アレーアンテナ１０１を組み立
てた後に、結合プローブ１０９の長さを調整する場合に
は、各アンテナ素子１０７を一旦第１金属板１０２から
取り外し、その結合プローブ１０９の長さを調整して再
度第１金属板１０２に取り付けなければならず、この調
整に多大な労力及び時間を要するという問題点があっ
た。

【００１１】この発明は、上記のような問題点を解決す
ることを課題とするもので、送信電波が高周波となった
ときでも、所定のアンテナ素子及び導波路の結合度を容
易に得、また結合度の調整が簡単な平面アレーアンテナ
を得ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明に係る平面アレ
ーアンテナは、所定の間隔で複数の開孔が設けられた第
１金属板、前記第１金属板に対向して配置された第２金
属板及び前記第１金属板及び前記第２金属板のそれぞれ
の周縁部に接続された側板により画成された導波路と、
前記第２金属板から前記導波路内に給電プローブが挿入
され、電源から供給された送信電力を前記給電プローブ
から送信電波として前記導波路内に放出する給電体と、
前記導波路を伝搬した前記送信電波を前記複数の開孔に
それぞれ挿入立設された結合プローブで受けて励振し外
部に放射するアンテナ素子とを備え、前記第２金属板に
は、前記結合プローブの先端部に対向した対向面を有す
る導波路厚さ形成手段が設けられており、前記導波路厚
さ形成手段は、前記対向面が前記給電プローブから離れ
るに従って前記結合プローブの端部に近づくように構成
されて、各前記アンテナ素子の前記励振振幅が同一とな
るようになっている。

【００１３】また、前記導波路厚さ形成手段は、前記対
向面が階段状の金属板である。

【００１４】また、前記導波路厚さ形成手段は、前記対
向面が傾斜した金属板である。

【００１５】また、前記導波路厚さ形成手段は、第２金
属板と一体になっている。

【００１６】また、前記導波路厚さ形成手段は、各前記
結合プローブに対向して設けられた複数の棒状部材であ
る。

【００１７】また、前記棒状部材は、調整ねじとなって
おり、各前記調整ねじは、前記結合プローブに近づく方
向及び前記結合プローブから離れる方向に移動可能にな
っている。

【００１８】また、前記第２金属板には、前記結合プロ
ーブに近づく方向及び前記結合プローブから離れる方向
に移動可能な調整ねじが設けられており、前記調整ねじ
は、前記結合プローブの先端部に対向するねじ対向面を
有している。

【００１９】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、この発明
の実施の形態１に係る平面アレーアンテナの構成を示す
断面図である。図１において、平面アレーアンテナ１
は、複数の開孔２ａを有した円形の第１金属板２及びこ
の第１金属板２に対向して配置された円形の第２金属板
３のそれぞれの周縁部で側板８により接続されて画成さ
れた導波路４と、第２金属板の中央部で導波路４に挿入
された給電プローブ５ａを有する給電体５と、第１金属
板２の開孔２ａに挿入立設されたアンテナ素子７とを備
えている。

【００２０】給電体５は、棒状の給電プローブ５を有
し、図示しない電源に接続されており、導波路４内に送
信電波を放出するように、給電プローブ５ａが第２金属
板３の中央開孔３ａから挿入され立設されている。

【００２１】第１金属板２の各開孔２ａは、この開孔２
ａに立設されたアンテナ素子７からアンテナ外部に放射
される送信電波の位相が同位相になるような所定の間隔
で配置されている。

【００２２】アンテナ素子７は、各開孔２ａに誘電体６
を介して挿入立設された棒状の結合プローブ９と、この
結合プローブ９に設けられた円板状の放射部１０を有し
ている。結合プローブ９は、一端部が導波路４内に挿入
されており、他端部に放射部１０が設けられている。放
射部１０は、アンテナ外部に存在しており、その円板の
面が結合プローブ９の軸線に垂直になるように設けられ
ている。また、すべてのアンテナ素子７の結合プローブ
９は、導波路４内に同一長さだけ第１金属板２に対して
垂直に挿入されている。

【００２３】第２金属板３には、厚さが導波路４側に階
段状に大きくなっている導波路厚さ形成手段１１が設け
られている。この導波路厚さ形成手段１１は、金属板
で、第２金属板３の内面に存在する。また、導波路厚さ
形成手段１１は、第２金属板３に平行で各結合プローブ
９の先端部９ａと導波路４を介して対向する複数の対向
面１１ａを有しており、この対向面１１ａが側板８に近
づいていくに従って結合プローブ９の先端部９ａに近づ
いていることにより、階段状を形成している。さらに、
この対向面１１ａは、鏡面加工により仕上げられ、各ア
ンテナ素子７が放射する送信電波の振幅が同一になるよ
うに、導波路厚さ形成手段１１の厚さが設定されてい
る。

【００２４】次に、動作について説明する。まず、電源
（図示しない）から給電された送信電力が給電プローブ
５から送信電波として導波路４内に放出される。この送
信電波は導波路４内を給電プローブ５から放射状に伝搬
していき、各アンテナ素子７の結合プローブ９に分岐供
給される。送信電波が供給された各アンテナ素子７は、
それぞれ励振し、この送信電波は放射部１０を介してア
ンテナ外部に同位相で放射される。

【００２５】ここで、アンテナ利得が最大となるのは、
各アンテナ素子７が同一振幅で励振するときである。ア
ンテナ素子７の励振振幅は、そのアンテナ素子７に供給
された送信電波の送信電力によって決まる。給電プロー
ブ５から側板８に近づくに従って送信電波密度は小さく
なる。

【００２６】この平面アレーアンテナ１は、給電プロー
ブ５から側板８に近づくに従って、導波路厚さ形成手段
１１の対向面１１ａが結合プローブ９の先端部９ａに近
づくように階段状に形成されている。従って、各結合プ
ローブ９の先端部９ａと各対向面１１ａとの間のキャパ
シタンスは側板８に近づくほど大きくなっている。結合
プローブ９と対向面１１ａとの間のキャパシタンスが大
きいほど結合プローブ９と導波路４との結合度が大きく
なることから、結合プローブ９と対向面１１ａとの距離
が近い側板８側の結合プローブ９と導波路４との結合度
は、結合プローブ９と対向面１１ａとの距離が離れてい
る給電プローブ５側の結合プローブ９と導波路４との結
合度より大きくなる。従って、送信電波密度の小さいと
ころで対向面１１ａを結合プローブ９に近づけ、その結
合度により送信電波密度を補うように調整されているこ
とにより、各アンテナ素子７に同一の送信電力が与えら
れ、各アンテナ素子７は同一振幅で励振される。

【００２７】このような構成になっているので、結合プ
ローブ９の長さで結合度を決定するのではなく、第２金
属板３に設けられている導波路厚さ形成手段１１の厚さ
によって決定することができ、送信電波が高周波となる
ようなときにも、各結合プローブ９と導波路４との結合
度の微小な違いに対して容易に対応することができる。

【００２８】なお、対向面１１ａは鏡面加工であること
が望ましいが、各結合プローブ９と導波路４との結合度
の微小な違いに対して容易に対応することができるの
で、鏡面加工でなくてもよい。

【００２９】また、導波路厚さ形成手段１１は、金属板
であれば同様な効果を奏するので、第２金属板３と同一
部材で一体化されていても構わない。

【００３０】また、給電プローブ５は、すべてのアンテ
ナ素子７の励振振幅が同一となるように導波路厚さ形成
手段１１の対向面１１ａの位置を設定すればよいので、
第２金属板３の中央に設けなくてもよい。

【００３１】実施の形態２．図２は、この発明の実施の
形態２に係る平面アレーアンテナの構成を示す断面図で
ある。図２において、平面アレーアンテナ２１は、導波
路厚さ形成手段２２を備えている。導波路厚さ形成手段
２２は、第２金属板３と一体化しており、第２金属板３
の中央にある中央開孔３ａから側板８に近づくに従っ
て、その厚さが大きくなっている。また、導波路厚さ形
成手段２２は、各アンテナ素子７に導波路４を介して対
向する対向面２２ａを有している。この対向面２２ａが
中央開孔３ａに向かって傾斜しており、対向面２２ａは
中央開孔に向かうに従って結合プローブ９の先端部９ａ
から離れるように構成されている。従って、全体として
対向面２２ａは、形状がすり鉢状になるように構成され
ている。他の構成は実施の形態１と同様である。

【００３２】このような構成の平面アレーアンテナ２１
は、実施の形態１と同様の効果を奏するとともに、導波
路厚さ形成手段２２の対向面２２ａが傾斜していて段差
がないので、給電プローブ５から各アンテナ素子７に伝
搬される送信電波の損失が実施の形態１の送信電力より
小さくなり、効率的に給電プローブ５から各アンテナ素
子７に送信電力を供給することができる。

【００３３】実施の形態３．図３は、この発明の実施の
形態３に係る平面アレーアンテナの構成を示す断面図で
ある。図３において、平面アレーアンテナ３１は、導波
路厚さ形成手段３２を備えている。第２金属板３は、各
結合プローブ９の先端部９ａに導波路４を介して対向し
た部分にねじ穴３ｂが設けられている。導波路厚さ形成
手段３２は、ねじ穴３ｂに螺合された棒状部材である調
整ねじ３３を有している。各調整ねじ３３は、第２金属
板３に垂直方向に導波路４内に挿入されており、その導
波路４内の調整ねじ３３の先端部が対向面３３ａとなっ
ている。従って、各結合プローブ９の先端部９ａと対向
面３３ａとはそれぞれ導波路４内で対向して配置されて
いる。また、各調整ねじ３３は、第２金属板３の中央開
孔３ａから側板８に近づくに従って、導波路４内に挿入
される長さが長くなっている。即ち、各結合プローブ９
の先端部９ａと各対向面３３ａとの距離が、中央開孔３
ａから側板８に近づくに従って、小さくなっている。各
調整ねじ３３は、ねじ穴３ｂに螺合されているので、調
整ねじ３３の軸線周りに回転させることにより、その軸
線方向、即ち第２金属板３に垂直な方向に移動可能とな
っている。他の構成は実施の形態１と同様である。

【００３４】このような構成の平面アレーアンテナ３１
は、各調整ねじ３３のねじ対向面３３ａと各結合プロー
ブ９の先端部９ａとの距離で、各結合プローブ９と導波
路４との結合度が決まるので、アンテナ組立により生じ
た誤差に対しても、アンテナ組立後に各調整ねじ３３を
これら調整ねじ３３の軸線方向に移動させることによ
り、各結合プローブ９の先端部９ａとねじ対向面３３ａ
との距離を調整し、容易に各結合プローブ９と導波路４
との結合度を決定することができる。

【００３５】なお、調整ねじ３３は、実施の形態１と同
様の効果を奏するので、第２金属板３に固定されていて
も構わない。

【００３６】実施の形態４．図４は、この発明の実施の
形態４に係る平面アレーアンテナの構成を示す断面図で
ある。図４において、平面アレーアンテナ４１は、先端
部が各結合プローブ９の先端部９ａに対向するねじ対向
面４３ａとなっている調整ねじ４３を備えている。ま
た、第２金属板３及びこの第２金属板３と一体になって
いる導波路厚さ形成部１１には、各結合プローブ９に対
向する部分に各結合プローブ９の中心軸線方向にねじ穴
４４が設けられている。このねじ穴４４に調整ねじ４３
が螺合され、導波路４内で結合プローブ９の先端部９ａ
にねじ対向面４３ａが対向するように調整ねじ４３が設
けられている。従って、各結合プローブ９の先端部９ａ
に対向する導波路厚さ形成手段１１の各対向面１１ａ内
に各調整ねじ４３のねじ対向面４３ａが突出している構
成になっている。他の構成は実施の形態１と同様であ
る。

【００３７】このような構成としたことにより、実施の
形態１と同様の効果を奏する。また、各結合プローブ９
と導波路４との結合度は、各結合プローブ９の先端部９
ａと対向面１１ａとの距離、及び各結合プローブ９の先
端部９ａとねじ対向面４３ａとの距離の両方の距離に影
響し、ねじ対向面４３ａの移動量が多くても、対向面１
１ａの影響で結合度の変化量はねじ対向面４３ａの移動
量に比べて小さい。従って、調整ねじ４３による調整の
際に、各結合プローブ９と導波路４との結合度の微調整
が可能になり、より精度の高い調整をすることができ
る。

【００３８】なお、調整ねじ４３は、実施の形態２の平
面アレーアンテナ２１に適用されても、同様な効果を奏
する。

【００３９】

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、この発明
によれば、この発明に係る平面アレーアンテナは、所定
の間隔で複数の開孔が設けられた第１金属板、前記第１
金属板に対向して配置された第２金属板及び前記第１金
属板及び前記第２金属板のそれぞれの周縁部に接続され
た側板により画成された導波路と、前記第２金属板から
前記導波路内に給電プローブが挿入され、電源から供給
された送信電力を前記給電プローブから送信電波として
前記導波路内に放出する給電体と、前記導波路を伝搬し
た前記送信電波を前記複数の開孔にそれぞれ挿入立設さ
れた結合プローブで受けて励振し外部に放射するアンテ
ナ素子とを備え、前記第２金属板には、前記結合プロー
ブの先端部に対向した対向面を有する導波路厚さ形成手
段が設けられており、前記導波路厚さ形成手段は、前記
対向面が前記給電プローブから離れるに従って前記結合
プローブの端部に近づくように構成されて、各前記アン
テナ素子の前記励振振幅が同一となるようになっている
ので、前記送信電波が高周波となるようなときにも、各
前記結合プローブと前記導波路との結合度の微小な違い
に対して容易に対応することができる。

【００４０】また、前記導波路厚さ形成手段は、前記対
向面が階段状の金属板であるので、前記送信電波が高周
波となるようなときにも、各前記結合プローブと前記導
波路との結合度の微小な違いに対して容易に対応するこ
とができる。

【００４１】また、前記導波路厚さ形成手段は、前記対
向面が傾斜した金属板であるので、前記送信電波の損失
を低減することができる。

【００４２】また、前記導波路厚さ形成手段は、第２金
属板と一体になっているので、部品数が減少し、コスト
及び組立工数を減らすことができる。

【００４３】また、前記導波路厚さ形成手段は、各前記
結合プローブに対向して設けられた複数の棒状部材であ
るので、組立作業が容易になる。

【００４４】また、前記棒状部材は、調整ねじとなって
おり、各前記調整ねじは、前記結合プローブに近づく方
向及び前記結合プローブから離れる方向に移動可能にな
っているので、前記各結合プローブと前記導波路との結
合度を容易に調整することができる。

【００４５】また、前記第２金属板には、前記結合プロ
ーブに近づく方向及び前記結合プローブから離れる方向
に移動可能な調整ねじが設けられており、前記調整ねじ
は、前記結合プローブの先端部に対向するねじ対向面を
有しているので、前記対向面及び前記ねじ対向面の相乗
効果により、前記各結合プローブと前記導波路との結合
度を容易に精度良く微調整をすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１に係る平面アレーア
ンテナの構成を示す断面図である。

【図２】 この発明の実施の形態２に係る平面アレーア
ンテナの構成を示す断面図である。

【図３】 この発明の実施の形態３に係る平面アレーア
ンテナの構成を示す断面図である。

【図４】 この発明の実施の形態４に係る平面アレーア
ンテナの構成を示す断面図である。

【図５】 従来の平面アレーアンテナの構成を示す断面
図である。

【符号の説明】 １，２１，３１，４１ 平面アレーアンテナ、２ 第１
金属板、２ａ 開孔、３ 第２金属板、４ 導波路、５
給電体、５ａ 給電プローブ、７ アンテナ素子、８
側板、９ 給電プローブ、９ａ 先端部、１１，２
２，３２，４２導波路厚さ形成手段、１１ａ，２２ａ，
３２ａ，４２ａ 対向面、３３ 調整ねじ、４３ 調整
ねじ、４３ａ ねじ対向面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 龍彦 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 宮▲崎▼ 守▲泰▼ 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5J021 AA05 AA10 AB02 GA08 HA05 HA10 5J045 AA01 DA09 HA06 JA03 NA01

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の間隔で複数の開孔が設けられた第
   １金属板、前記第１金属板に対向して配置された第２金
   属板及び前記第１金属板及び前記第２金属板のそれぞれ
   の周縁部に接続された側板により画成された導波路と、 前記第２金属板から前記導波路内に給電プローブが挿入
   され、電源から供給された送信電力を前記給電プローブ
   から送信電波として前記導波路内に放出する給電体と、 前記導波路を伝搬した前記送信電波を前記複数の開孔に
   それぞれ挿入立設された結合プローブで受けて励振し外
   部に放射するアンテナ素子とを備え、 前記第２金属板には、前記結合プローブの先端部に対向
   した対向面を有する導波路厚さ形成手段が設けられてお
   り、 前記導波路厚さ形成手段は、前記対向面が前記給電プロ
   ーブから離れるに従って前記結合プローブの端部に近づ
   くように構成されて、各前記アンテナ素子の前記励振振
   幅が同一となるようになっていることを特徴とする平面
   アレーアンテナ。
2. 【請求項２】 前記導波路厚さ形成手段は、前記対向面
   が階段状の金属板であることを特徴とする請求項１に記
   載の平面アレーアンテナ。
3. 【請求項３】 前記導波路厚さ形成手段は、前記対向面
   が傾斜した金属板であることを特徴とする請求項１に記
   載の平面アレーアンテナ。
4. 【請求項４】 前記金属板は、第２金属板と一体になっ
   ていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の
   平面アレーアンテナ。
5. 【請求項５】 前記金属板は、各前記結合プローブに対
   向して設けられた複数の棒状部材であることを特徴とす
   る請求項１に記載の平面アレーアンテナ。
6. 【請求項６】 前記棒状部材は、調整ねじであり、 各前記調整ねじは、前記結合プローブに近づく方向及び
   前記結合プローブから離れる方向に移動可能になってい
   ることを特徴とする請求項５に記載の平面アレーアンテ
   ナ。
7. 【請求項７】 前記第２金属板には、前記結合プローブ
   に近づく方向及び前記結合プローブから離れる方向に移
   動可能な調整ねじが設けられており、 前記調整ねじは、前記結合プローブの先端部に対向する
   ねじ対向面を有していることを特徴とする請求項２乃至
   請求項４の何れかに記載の平面アレーアンテナ。