JP2008283352A - 偏波共用マイクロ波帯平面アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロ波通信装置に接続するための信号伝送線を短くすることが可能な、偏波共用マイクロ波帯平面アンテナを提供することを目的とする。
【解決手段】垂直偏波平面アンテナ１８Ｖを縦方向および横方向にそれぞれ４分割することで区画された各分割領域は、４×４垂直偏波素子４２を構成する。４×４垂直偏波素子４２からは、給電線として上下方向に幹導線４４が引き出される。幹導線４４を挟んで隣接する２つの２×２垂直偏波素子を、幹導線４４を挟む２つの分岐導線を介して幹導線４４に接続し、幹導線４４の端からの電気長を調整した。これによって、４×４水平偏波素子を９０°回転させた垂直偏波素子よりも構成が簡単な４×４垂直偏波素子４２を構成した。
【選択図】図３

Description

本発明は、２枚の平面アンテナが重ねて配置され、送信と受信とで互いに偏波方向が直交する電磁波を送受信する偏波共用マイクロ波帯平面アンテナに関する。

通信衛星による中継送信を利用したマイクロ波通信が広く行われている。例えば、撮影現場から放送局に映像情報を送信してテレビ番組の取材を行うサテライト・ニュース・ギャザリングでは、撮影現場に設けられたマイクロ波通信装置が、通信衛星を介して放送局との間でマイクロ波通信を行う。

一般に、このようなマイクロ波通信装置には偏波共用アンテナが用いられる。偏波共用アンテナは、送信する電磁波の偏波方向に対して直交する偏波方向の電磁波を受信する。送信波の偏波方向と受信波の偏波方向とを直交させることで、送信波と受信波との間の干渉によるマイクロ波通信装置の性能劣化を回避することができる。

偏波共用アンテナは、パラボラアンテナまたは平面アンテナによって構成することができる。航空機等によって撮影現場等に偏波共用アンテナを輸送し運用する場合には、パラボラアンテナよりも輸送および現地での組み立てが容易な平面アンテナが好適である。

偏波共用平面アンテナは、水平偏波平面アンテナと垂直偏波平面アンテナとを重ね合わせて構成される。図１ａおよびｂに、それぞれ水平偏波平面アンテナおよび垂直偏波平面アンテナの構成を示す。

水平偏波平面アンテナは、矩形に形成された誘電体基板１０と、誘電体基板１０上に配置され矩形に形成された複数のパッチ導体１２を備える。図１ａの例では、誘電体基板１０の縦方向および横方向にそれぞれ１６枚のパッチ導体１２が配置され、２５６枚のパッチ導体１２が誘電体基板１０上に配置される。各パッチ導体１２の縦横方向は同一方向に揃えられる。パッチ導体１２が配置される側とは反対側の誘電体基板１０の面には接地導体板が設けられる。

誘電体基板１０の下辺の中央には、信号が入出力されるポート１４が設けられる。ポート１４に接続された分岐パターン回路１６は誘電体基板１０の中心まで伸びた所で左右方向に分岐する。左右方向に分岐した分岐パターン回路１６は、誘電体基板１０の左右の辺に至るまでの長さの半分の長さだけ分岐方向に伸びた所で上下方向に分岐する。上下方向に分岐した分岐パターン回路１６は、誘電体基板１０の上下の辺に至るまでの長さの半分の長さだけ分岐方向に伸びた所で左右方向に分岐する。左右方向に分岐した分岐パターン回路１６は、分岐元の長さの半分の長さだけ分岐方向に伸びた所でさらに上下方向に分岐する。このように、左右方向の分岐および上下方向の分岐を交互に繰り返し、２回分岐するごとに分岐方向の長さを分岐元の長さの半分とするという規則性を以て、８回にわたって２５６分岐した分岐パターン回路１６の末端は、パッチ導体１２に左方向から接続される。

このような構成によれば、ポート１４から各パッチ導体１２に至るまでの電気長を等しくすることができ、ポート１４から入力された信号を各パッチ導体１２に同位相で導くことができる。これによって、誘電体基板１０の面に垂直な方向に各パッチ導体１２から放射される電磁波は同位相で足し合わされ、送信指向性パターンを鋭くすることができる。また、各パッチ導体１２は左方向から給電されるため、各パッチ導体１２には水平方向に電流が流れ、各パッチ導体１２からは水平偏波が放射される。これによって、水平偏波平面アンテナからは水平偏波が放射される。

なお、広く知られている受動アンテナの原理により受信性能は送信性能と同様となる。したがって、水平偏波平面アンテナによれば、送信指向性パターンと同一の受信指向性パターンを以て水平偏波を受信することができる。

図１ｂに示す垂直偏波平面アンテナは、水平偏波平面アンテナを反時計回りに９０°だけ回転させた構成を有する。垂直偏波平面アンテナは水平偏波平面アンテナと同様の原理によって、誘電体基板１０の面に垂直な方向に鋭い指向性パターンを以て垂直偏波を送受信する。

偏波共用平面アンテナは、垂直偏波平面アンテナの送受信面を誘電体板で覆い、その上に水平偏波平面アンテナを重ね合わせることで構成する。水平偏波平面アンテナの接地導体板には、垂直偏波平面アンテナのパッチ導体１２が重なる位置にパッチ導体１２とほぼ同一形状の穴を設け、垂直偏波平面アンテナでの送受信を可能とする。

このような構成によれば、水平偏波平面アンテナによって水平偏波を送信または受信し、垂直偏波平面アンテナによって垂直偏波を受信または送信することができる。

特開２００２−７６７６７号公報

図１ａおよびｂにそれぞれ示す水平偏波平面アンテナおよび垂直偏波平面アンテナを重ね合わせた偏波共用平面アンテナでは、水平偏波を送受信するためのポート１４は横方向の辺に設けられ、垂直偏波を受送信するためのポート１４は縦方向の辺に設けられる。これらのポートは離れた位置に設けられるため、マイクロ波通信装置の配置、構成等によっては、各ポートからマイクロ波通信装置に至る信号伝送線が長くなるという問題がある。

本発明は、このような課題に対してなされたものである。すなわち、マイクロ波通信装置に接続するための信号伝送線を短くすることが可能な、偏波共用マイクロ波帯平面アンテナを提供することを目的とする。

本発明は、重ねて配置される第１偏波平面アンテナおよび第２偏波平面アンテナを備え、第１偏波平面アンテナは、送受信する電磁波の偏波方向に基づいて定められた方向に給電線が引き出された平面アンテナ素子と、２つの平面アンテナ素子の各給電線の端が一端に接続され、別の２つの平面アンテナ素子の各給電線の端が他端に接続される支導線と、支導線の中途点に一端が接続される本導線と、送信信号が入力され受信信号が出力される第１ポートと、本導線の他端と第１ポートとの間に接続され、第１ポートから本導線へと信号を導き、本導線から第１ポートへと信号を導く第１平面パターン回路と、を備え、第２偏波平面アンテナは、送受信する電磁波の偏波方向に基づいて定められた方向に給電線が引き出された平面アンテナ素子と、送信信号が入力され受信信号が出力される第２ポートと、平面アンテナ素子で受信された信号を第２ポートへと導き、第２ポートから入力された信号を平面アンテナ素子へと導く第２平面パターン回路と、を備え、第１偏波平面アンテナおよび第２偏波平面アンテナは、第１偏波平面アンテナで送受信される電磁波の偏波方向と第２偏波平面アンテナで送受信される電磁波の偏波方向とが直交するよう配置される、偏波共用マイクロ波帯平面アンテナにおいて、第２偏波平面アンテナは、２つの平面アンテナ素子の各給電線の端が一端に接続される幹導線と、幹導線を挟んで配置され、それぞれの一端が幹導線の中途点に接続され、それぞれの他端に１つの平面アンテナ素子の給電線の端が接続される２本の分岐導線と、を備え、第２平面パターン回路は、幹導線の他端と第２ポートとの間に接続され、第２ポートから幹導線へと信号を導き、幹導線から第２ポートへと信号を導くことを特徴とする。

また、本発明に係る偏波共用マイクロ波帯平面アンテナにおいては、第１偏波平面アンテナは、同一方向に配置された複数の本導線を備え、第１平面パターン回路は、第１ポートから各本導線へと分岐する分岐パターン回路を備え、第２偏波平面アンテナは、第１偏波平面アンテナが備える各本導線と平行に配置された複数の幹導線を備え、第２平面パターン回路は、第２ポートから各幹導線へと分岐する分岐パターン回路を備えることが好適である。

本発明によれば、マイクロ波通信装置に接続するための信号伝送線を短くすることができる。

図２および図３に、それぞれ、本発明の実施形態に係る水平偏波平面アンテナ１８Ｈおよび垂直偏波平面アンテナ１８Ｖを示す。水平偏波平面アンテナ１８Ｈおよび垂直偏波平面アンテナ１８Ｖを重ね合わせることで偏波共用平面アンテナを構成することができる。図１ａの水平偏波平面アンテナおよび図１ｂの垂直偏波平面アンテナと同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。

誘電体基板１０の下辺にはポート基板２０Ｈが設けられる。水平偏波平面アンテナ１８Ｈの下層に垂直偏波平面アンテナ１８Ｖが重ね合わされると、ポート基板２０Ｈは、垂直偏波平面アンテナ１８Ｖのポート基板２０Ｖと重なる。ポート基板２０Ｈの右側の領域には、水平偏波用ポート２２が設けられる。ポート基板２０Ｈの左側の領域は、垂直偏波用ポート４８が設けられる下層のポート基板２０Ｖの位置に重なる。

水平偏波平面アンテナ１８Ｈのポート基板２０Ｈを除いた部分は、図１ａの水平偏波平面アンテナのポート１４を除いた部分と同一の構成を有する。ここでは、垂直偏波平面アンテナ１８Ｖの構成と水平偏波平面アンテナ１８Ｈの構成とを対比するため、水平偏波平面アンテナ１８Ｈを縦方向および横方向にそれぞれ４分割して説明する。

水平偏波平面アンテナ１８Ｈを縦方向および横方向にそれぞれ４分割することで区画された各分割領域は、１６枚のパッチ導体１２を備える４×４水平偏波素子２６を構成する。上から１段目または３段目の４×４水平偏波素子２６からは、給電線として下方向に本導線２８が引き出され、上から２段目または４段目の４×４水平偏波素子２６からは、給電線として上方向に本導線２８が引き出される。

図４に４×４水平偏波素子２６の構成を示す。４×４水平偏波素子２６をさらに縦方向および横方向にそれぞれ２分割することで区画された各分割領域は、４枚のパッチ導体１２を備える２×２水平偏波素子３２Ｈによって構成される。

２×２水平偏波素子３２Ｈにおいて上下に隣接する２枚のパッチ導体１２は、パッチ給電線３４で接続される。パッチ給電線３４は各パッチ導体１２の左側から接続される。２×２水平偏波素子３２Ｈを構成する右側の２枚のパッチ導体１２に接続されるパッチ給電線３４の中点と、２×２水平偏波素子３２Ｈを構成する左側の２枚のパッチ導体１２に接続されるパッチ給電線３４の中点との間には、パッチ導体支導線３６が接続される。

上下に隣接する２つの２×２水平偏波素子３２Ｈのうち、上側の２×２水平偏波素子３２Ｈのパッチ導体支導線３６の中点からは下方向にアンテナ素子給電線３８が引き出され、下側の２×２水平偏波素子３２Ｈのパッチ導体支導線３６の中点からは、上方向にアンテナ素子給電線３８が引き出される。引き出されるアンテナ素子給電線３８の長さは上下で同一とする。

左側の２つの２×２水平偏波素子３２Ｈから引き出された各アンテナ素子給電線３８の端と、右側の２つの２×２水平偏波素子３２Ｈから引き出された各アンテナ素子給電線３８の端との間には、アンテナ素子支導線４０が接続される。アンテナ素子支導線４０の中点には本導線２８の一端が接続される。本導線２８の他端は、水平偏波用ポート２２と各４×４水平偏波素子２６とを接続する８分岐パターン回路２４の末端２４Ｅに接続される。

このような構成によれば、各パッチ導体から８分岐パターン回路２４の末端２４Ｅに至るまでの電気長、すなわち、８分岐パターン回路２４の末端２４Ｅから各パッチ導体１２に至るまでの電気長を等しくすることができる。

次に、８分岐パターン回路２４について説明する。８分岐パターン回路２４の入出力端２４Ｓは水平偏波用ポート２２に接続される。８分岐パターン回路２４は、水平偏波用ポート２２から誘電体基板１０の中心まで伸びた所で左右方向に分岐する。左右方向に分岐した８分岐パターン回路２４は、誘電体基板１０の左右の辺に至るまでの長さの半分の長さだけ分岐方向に伸びた所で上下方向に分岐する。上下方向に分岐した８分岐パターン回路２４は、誘電体基板１０の上下の辺に至るまでの長さの半分の長さだけ分岐方向に伸びた所で左右方向に分岐する。左右方向に分岐した８分岐パターン回路２４は、分岐元の長さの半分の長さだけ分岐方向に伸びた所が末端２４Ｅとなり、上下に配置された２つの４×４水平偏波素子２６からそれぞれ引き出された本導線２８に接続される。

８分岐パターン回路２４のこのような構成によれば、水平偏波用ポート２２から各４×４水平偏波素子２６に至るまでの電気長を等しくすることができる。これによって、水平偏波用ポート２２から入力された信号を各４×４水平偏波素子２６に同位相で導くことができ、水平偏波用ポート２２から入力された信号を各パッチ導体１２に同位相で導くことができる。したがって、誘電体基板１０の面に垂直な方向に各パッチ導体１２から放射される電磁波を同位相で足し合わせ、送信指向性パターンを鋭くすることができる。また、各パッチ導体１２は左方向から給電されるため、各パッチ導体１２には水平方向に電流が流れ、各パッチ導体１２からは水平偏波が放射される。これによって、水平偏波平面アンテナ１８Ｈから水平偏波を送信することができる。さらに、受動アンテナの原理により、送信指向性パターンと同一の受信指向性パターンを以て水平偏波を受信することができる。

次に、垂直偏波平面アンテナ１８Ｖについて説明する。垂直偏波平面アンテナ１８Ｖは、水平偏波平面アンテナ１８Ｈの８分岐パターン回路２４の配線パターンをそのままとし、各２×２水平偏波素子３２Ｈを反時計回りに９０°だけ回転させた構成を有する。

誘電体基板１０の下辺にはポート基板２０Ｖが設けられる。ポート基板２０Ｖの左側の領域には、垂直偏波用ポート４８が設けられる。ポート基板２０Ｖの右側の領域には、上層のポート基板２０Ｈに水平偏波用ポート２２を設けるためのポート用穴４６が設けられる。

垂直偏波平面アンテナ１８Ｖを縦方向および横方向にそれぞれ４分割することで区画された各分割領域は、１６枚のパッチ導体１２を備える４×４垂直偏波素子４２を構成する。上から１段目または３段目の４×４垂直偏波素子４２からは、給電線として下方向に幹導線４４が引き出され、上から２段目または４段目の４×４垂直偏波素子４２からは、給電線として上方向に幹導線４４が引き出される。

図５（ａ）および（ｂ）に４×４垂直偏波素子４２の構成を示す。図５（ａ）は上から１段目または３段目に配置される４×４垂直偏波素子４２を示し、図５（ｂ）は上から２段目または４段目に配置される４×４垂直偏波素子４２を示す。４×４垂直偏波素子４２を縦方向および横方向にそれぞれ２分割することで区画された各分割領域は、４枚のパッチ導体１２を備える２×２垂直偏波素子３２Ｖによって構成される。

図５（ａ）および（ｂ）に示される４×４垂直偏波素子４２の共通する部分について説明する。２×２垂直偏波素子３２Ｖにおいて、左右に隣接する２枚のパッチ導体１２はパッチ給電線５２で接続される。パッチ給電線５２はパッチ導体１２の下側に接続される。２×２垂直偏波素子３２Ｖを構成する上側の２枚のパッチ導体１２を接続するパッチ給電線５２の中点と、２×２垂直偏波素子３２Ｖを構成する下側の２枚のパッチ導体１２を接続するパッチ給電線５２の中点との間には、パッチ導体支導線５４が接続される。

左右に隣接する２つの２×２垂直偏波素子３２Ｖのうち、左側の２×２垂直偏波素子３２Ｖのパッチ導体支導線５４の中点からは、右方向にアンテナ素子給電線５６が引き出され、右側の２×２垂直偏波素子３２Ｖのパッチ導体支導線５４の中点からは、左方向にアンテナ素子給電線５６が引き出される。引き出されるアンテナ素子給電線５６の長さは左右で同一とする。

図５（ａ）に示される４×４垂直偏波素子４２では、上側の２つの２×２垂直偏波素子３２Ｖから引き出された各アンテナ素子給電線５６は、幹導線４４の上側の端に接続される。そして、幹導線４４の下側の端は８分岐パターン回路５０の末端５０Ｅに接続される。また、２本の分岐導線５８は幹導線４４を挟んで配置され、各分岐導線５８の上側の端は幹導線４４の中途点に接続される。左下の２×２垂直偏波素子３２Ｖから引き出されたアンテナ素子給電線５６は、左側の分岐導線５８の下側の端に接続され、右下の２×２垂直偏波素子３２Ｖから引き出されたアンテナ素子給電線５６は、右側の分岐導線５８の下側の端に接続される。分岐導線５８の長さおよび幹導線４４において分岐導線５８が接続される位置は、分岐導線５８との接続点から上側の端までの幹導線４４の電気長と、分岐導線５８の電気長とが同一になるよう決定する。

図５（ｂ）に示される４×４垂直偏波素子４２では、下側の２つの２×２垂直偏波素子３２Ｖから引き出された各アンテナ素子給電線５６は、幹導線４４の下側の端に接続される。そして、幹導線４４の上側の端は８分岐パターン回路５０の末端５０Ｅに接続される。また、２本の分岐導線５８は幹導線４４を挟んで配置され、各分岐導線５８の下側の端は幹導線４４の中途点に接続される。左上の２×２垂直偏波素子３２Ｖから引き出されたアンテナ素子給電線５６は、左側の分岐導線５８の上側の端に接続され、右上の２×２垂直偏波素子３２Ｖから引き出された給電線は、右側の分岐導線５８の上側の端に接続される。分岐導線５８の長さおよび幹導線４４において分岐導線５８が接続される位置は、分岐導線５８との接続点から下側の端までの幹導線４４の電気長と、分岐導線５８の電気長とが同一になるよう決定する。

このような構成によれば、各パッチ導体１２から８分岐パターン回路５０の末端５０Ｅに至るまでの電気長、すなわち８分岐パターン回路５０の末端５０Ｅから各パッチ導体１２に至るまでの電気長を等しくすることができる。

８分岐パターン回路５０の誘電体基板１０上の配線パターンは、水平偏波平面アンテナ１８Ｈの８分岐パターン回路２４の誘電体基板１０上の配線パターンと同一である。８分岐パターン回路５０の入出力端５０Ｓは垂直偏波用ポート４８に接続され、末端５０Ｅは上下に配置された２つの４×４垂直偏波素子４２からそれぞれ引き出された幹導線４４に接続される。

８分岐パターン回路５０のこのような構成によれば、垂直偏波用ポート４８から各４×４垂直偏波素子４２に至るまでの電気長を等しくすることができる。これによって、垂直偏波用ポート４８から入力された信号を各４×４垂直偏波素子４２に同位相で導くことができ、垂直偏波用ポート４８から入力された信号を各パッチ導体１２に同位相で導くことができる。したがって、誘電体基板１０の面に垂直な方向に各パッチ導体１２から放射される電磁波を同位相で足し合わせ、送信指向性パターンを鋭くすることができる。また、各パッチ導体１２は下方向から給電されるため、各パッチ導体１２には縦方向に電流が流れ、各パッチ導体１２からは垂直偏波が放射される。これによって、垂直偏波平面アンテナ１８Ｖから垂直偏波を送信することができる。さらに、受動アンテナの原理により、送信指向性パターンと同一の受信指向性パターンを以て垂直偏波を受信することができる。

次に、本実施形態に係る偏波共用平面アンテナ１８について説明する。図６に偏波共用平面アンテナ１８の分解図を、図７に偏波共用平面アンテナ１８を垂直偏波平面アンテナ１８Ｖの接地導体板１８ＶＧ側から見た図を示す。

垂直偏波平面アンテナ１８Ｖの送受信面には中間層誘電体板６０が重ね合わされ、中間層誘電体板６０の面上には水平偏波平面アンテナ１８Ｈが重ね合わされる。水平偏波平面アンテナ１８Ｈの接地導体板１８ＨＧには、垂直偏波平面アンテナ１８Ｖのパッチ導体１２が重なる位置にパッチ導体１２とほぼ同一形状の結合穴６２が設けられる。水平偏波平面アンテナ１８Ｈの送受信面には上層誘電体板６４が重ね合わされ、上層誘電体板６４の面上には上層接地導体板６６が重ね合わされる。

図７に示されるように、送受信面とは反対側のポート基板２０Ｖの面には、水平偏波用ポート２２および垂直偏波用ポート４８のそれぞれの信号伝送線接続端が隣接して配置される。

垂直偏波用ポート４８から送信信号が入力されると、垂直偏波平面アンテナ１８Ｖの各パッチ導体１２から垂直偏波が放射される。垂直偏波は中間層誘電体板６０を透過し、接地導体板１８ＨＧに設けられた結合穴６２を介して水平偏波平面アンテナ１８Ｈの各パッチ導体１２に至る。これによって水平偏波平面アンテナ１８Ｈの各パッチ導体１２には縦方向に電流が流れ、水平偏波平面アンテナ１８Ｈの各パッチ導体１２から垂直偏波が放射される。垂直偏波は上層誘電体板６４を透過し、上層接地導体板６６に設けられた送受信穴６８を介して偏波共用平面アンテナ１８から放射される。このようにして、垂直偏波用ポート４８に入力された送信信号は、偏波共用平面アンテナ１８から垂直偏波として送信される。偏波共用平面アンテナ１８は、送信指向性パターンと同様の受信指向性パターンを以て垂直偏波を受信し、受信信号を垂直偏波用ポート４８から出力する。

水平偏波用ポート２２から送信信号が入力されると、水平偏波平面アンテナ１８Ｈの各パッチ導体１２から水平偏波が放射される。水平偏波は上層誘電体板６４を透過し、上層接地導体板６６に設けられた送受信穴６８を介して偏波共用平面アンテナ１８から放射される。偏波共用平面アンテナ１８は、送信指向性パターンと同様の受信指向性パターンを以て水平偏波を受信し、受信信号を水平偏波用ポート２２から出力する。

このような構成によれば、水平偏波平面アンテナ１８Ｈによって水平偏波を送信または受信し、垂直偏波平面アンテナ１８Ｖによって垂直偏波を受信または送信することができる。また、上層接地導体板６６が設けられることで、各ポートから各パッチ導体１２に至る導線における電磁波の放射および受信を回避することができ、指向特性の劣化を回避することができる。なお、指向特性の劣化が問題とならない程度である場合には、上層誘電体板６４および上層接地導体板６６を設けなくてもよい。

なお、ここでは、垂直偏波平面アンテナ１８Ｖの上層に水平偏波平面アンテナ１８Ｈを設ける構成としたが、水平偏波平面アンテナ１８Ｈの上層に垂直偏波平面アンテナ１８Ｖを設ける構成としてもよい。

本実施形態に係る垂直偏波平面アンテナ１８Ｖの４×４垂直偏波素子４２では、給電線として幹導線４４が上下方向に引き出される。すなわち、４×４垂直偏波素子４２の幹導線４４の引き出し方向と、水平偏波平面アンテナ１８Ｈの４×４水平偏波素子２６の本導線２８の引き出し方向とが一致する。これによって、垂直偏波用ポート４８と各４×４垂直偏波素子４２とを接続する８分岐パターン回路５０の分岐方向と、水平偏波用ポート２２と各４×４水平偏波素子２６とを接続する８分岐パターン回路２４の分岐方向とを同一とし、水平偏波用ポート２２および垂直偏波用ポート４８を隣接させることができる。したがって、偏波共用平面アンテナ１８の各ポートとマイクロ波通信装置とを接続する信号伝送線を短くすることができる。

４×４水平偏波素子２６から引き出される本導線２８の方向と同一の方向に給電線が引き出される垂直偏波素子を構成する場合、４×４水平偏波素子２６を単に９０°回転させるだけでは導線の配置が複雑となる。例えば、図４に示す４×４水平偏波素子２６を反時計回りに９０°回転させることを試みる場合、本導線２８から各パッチ導体１２に至るまでの電気長を等しくする必要があることから、本導線２８の接続位置を変えないまま、４×４水平偏波素子２６を回転させることとなる。そのため、本導線２８を含めて４×４水平偏波素子２６を反時計回りに９０°回転させた後、本導線２８を下方向に引き出すこととなり、本導線２８の配置が複雑となる。

そこで、本実施形態では、４×４垂直偏波素子４２の縦方向中心線上に幹導線４４を設け、幹導線４４を給電線として上下方向に引き出す構成とした。幹導線４４を挟んで隣接する２つの２×２垂直偏波素子３２Ｖは、幹導線４４を挟む２つの分岐導線５８を介して幹導線４４に接続し、幹導線４４の端からの電気長を調整した。これによって、４×４水平偏波素子２６を９０°回転させた垂直偏波素子よりも構成が簡単な４×４垂直偏波素子４２を構成した。

なお、各４×４水平偏波素子２６および各４×４垂直偏波素子４２において導線同士が接続される点では、接続点付近の導線の幅を調整することでインピーダンス整合をとることが好ましい。図８は、４×４垂直偏波素子４２が含む幹導線４４および分岐導線５８に４分の１波長インピーダンス整合器を設けた例を示す。分岐導線５８上側の４分の１波長の部分は、その下側の部分よりも幅が細くされ、４分の１波長インピーダンス整合器５８Ａが構成される。また、分岐導線５８が接続される位置から上側４分の１波長の幹導線４４の部分は、その上側の部分よりも幅が細くされ、４分の１波長インピーダンス整合器４４Ａが構成される。これによって、インピーダンス不整合による特性劣化を回避することができる。

また、各４×４水平偏波素子２６および各４×４垂直偏波素子４２は、隣接する素子との間の電磁気的な結合度が配置される位置によって異なり、特性ばらつきが生じることがある。この場合、各４×４水平偏波素子２６および各４×４垂直偏波素子４２において、パッチ導体１２の給電点の位置、導線同士の接続点の位置等を調整することで、このような特性ばらつきを補償することができる。

上記では、４×４水平偏波素子および４×４垂直偏波素子で給電線を引き出す方向を一致させた偏波共用平面アンテナについて説明した。このようなアンテナの他、２×２水平偏波素子および２×２垂直偏波素子で給電線を引き出す方向を一致させた偏波共用平面アンテナ、または、８×８水平偏波素子および８×８垂直偏波素子で給電線を引き出す方向を一致させた偏波共用平面アンテナを構成することも可能である。この場合、図５（ａ）および（ｂ）に示される２×２垂直偏波素子３２Ｖを、パッチ導体１２または方向を９０°回転させた４×４水平偏波素子２６に置き換えることで垂直偏波素子を構成すればよい。

次に、本発明の実施例について説明する。図９（ａ）および（ｂ）は実施例に係るサテライト・ニュース・ギャザリング用マイクロ波通信ユニット７０の構成を示す。図９（ａ）は、偏波共用平面アンテナ１８Ａおよび１８Ｂの送受信面の反対側の面からマイクロ波通信ユニット７０を見た図である。図９（ｂ）は偏波共用平面アンテナ１８Ａおよび１８Ｂの下側からマイクロ波通信ユニット７０を見た図である。２つの偏波共用平面アンテナのうち、左側に配置されるものに係る構成部に付する符号の末尾には「Ａ」を、右側に配置されるものに係る構成部に付する符号の末尾には「Ｂ」を付していずれのアンテナに属する構成部であるかを区別するものとする。

偏波共用平面アンテナ１８Ａおよび１８Ｂは隣接して配置され左右対称となるよう構成される。水平偏波用ポート２２Ａおよび２２Ｂ、ならびに垂直偏波用ポート４８Ａおよび４８Ｂには平面回路／導波管変換器を用いる。

マイクロ波通信装置７２は、偏波共用平面アンテナ１８Ａおよび１８Ｂの接地導体板上に、偏波共用平面アンテナ１８Ａおよび１８Ｂが互いに接する辺を跨いで配置される。

マイクロ波通信装置７２の右下には送信ポート７４が設けられる。送信ポート７４には、下方向に伸びた後左方向へ曲がり再び下方向へと曲がる送信クランク導波管７６の一端が接続される。送信クランク導波管７６の他端は、分岐導波管７８の中央の上側面に取り付けられる。分岐導波管７８の左側の端は水平偏波用ポート２２Ａに接続され、右側の端は水平偏波用ポート２２Ｂに接続される。

このような構成によれば、マイクロ波通信装置７２の送信ポート７４から出力された送信信号は、送信クランク導波管７６を介して分岐導波管７８へと導かれる。分岐導波管７８は送信信号を水平偏波用ポート２２Ａおよび２２Ｂに同位相で導く。水平偏波用ポート２２Ａおよび２２Ｂに導かれた送信信号は、それぞれ偏波共用平面アンテナ１８Ａおよび１８Ｂによって水平偏波として送信される。

結合導波管８０は分岐導波管７８の手前に配置される。垂直偏波用ポート４８Ａには結合導波管８０の左側の端が、垂直偏波用ポート４８Ｂには結合導波管８０の右側の端が接続される。結合導波管８０の中央の上側面には、上方向に伸びた後左方向へと曲がり再び上方向へと曲がる受信クランク導波管８２の一端が取り付けられる。受信クランク導波管８２の他端はマイクロ波通信装置７２の左下に設けられた受信ポート８４に接続される。

このような構成によれば、偏波共用平面アンテナ１８Ａおよび１８Ｂによって受信された垂直偏波は、垂直偏波用ポート４８Ａおよび４８Ｂから受信信号として出力される。垂直偏波用ポート４８Ａおよび４８Ｂからそれぞれ出力された受信信号は、結合導波管８０によって受信クランク導波管８２に導かれると共に同位相で足し合わされた後、受信ポート８４からマイクロ波通信装置７２に入力される。

本実施例に係るマイクロ波通信ユニット７０では、水平偏波用ポートおよび垂直偏波用ポートが、各偏波共用平面アンテナの下辺に隣接させて取り付けられている。そのため、送信ポート７４から各水平偏波用ポートに至るまでの導波管の長さ、および各垂直偏波用ポートから受信ポート８４に至るまでの導波管の長さを短くすることができる。したがって、マイクロ波通信ユニット７０を小型、軽量化することができ、撮影現場等の移動先への輸送を容易にすることができる。

水平偏波平面アンテナの構成を示す図である。 垂直偏波平面アンテナの構成を示す図である。 実施形態に係る水平偏波平面アンテナの構成を示す図である。 実施形態に係る垂直偏波平面アンテナの構成を示す図である。 ４×４水平偏波素子の構成を示す図である。 ４×４垂直偏波素子の構成を示す図である。 実施形態に係る偏波共用平面アンテナの分解図である。 実施形態に係る偏波共用平面アンテナを送受信面と反対側の面から見た図である。 幹導線および分岐導線に４分の１波長インピーダンス整合器を設けた例を示す図である。 実施例に係るサテライト・ニュース・ギャザリング用マイクロ波通信ユニットの構成を示す図である。

符号の説明

１０ 誘電体基板、１２ パッチ導体、１４ ポート、１６ 分岐パターン回路、１８Ｈ 水平偏波平面アンテナ、１８，１８Ａ，１８Ｂ 偏波共用平面アンテナ、１８Ｖ 垂直偏波平面アンテナ、１８ＨＧ，１８ＶＧ 接地導体板、２０Ｈ，２０Ｖ ポート基板、２２ 水平偏波用ポート、２４，５０ ８分岐パターン回路、２４Ｓ，５０Ｓ 入出力端、２４Ｅ，５０Ｅ 末端、２６ ４×４水平偏波素子、２８ 本導線、３２Ｈ ２×２水平偏波素子、３２Ｖ ２×２垂直偏波素子、３４，５２ パッチ給電線、３６，５４ パッチ導体支導線、３８，５６ アンテナ素子給電線、４０ アンテナ素子支導線、４２ ４×４垂直偏波素子、４４ 幹導線、４４Ａ，５８Ａ ４分の１波長インピーダンス整合器、４６ ポート用穴、４８ 垂直偏波用ポート、５８ 分岐導線、６０ 中間層誘電体板、６２ 結合穴、６４ 上層誘電体板、６６ 上層接地導体板、６８ 送受信穴、７０ サテライト・ニュース・ギャザリング用マイクロ波通信ユニット、７２ マイクロ波通信装置、７４ 送信ポート、７６ 送信クランク導波管、７８ 分岐導波管、８０ 結合導波管、８２ 受信クランク導波管、８４ 受信ポート。

Claims (2)

1. 重ねて配置される第１偏波平面アンテナおよび第２偏波平面アンテナを備え、
   第１偏波平面アンテナは、
   送受信する電磁波の偏波方向に基づいて定められた方向に給電線が引き出された平面アンテナ素子と、
   ２つの平面アンテナ素子の各給電線の端が一端に接続され、別の２つの平面アンテナ素子の各給電線の端が他端に接続される支導線と、
   支導線の中途点に一端が接続される本導線と、
   送信信号が入力され受信信号が出力される第１ポートと、
   本導線の他端と第１ポートとの間に接続され、第１ポートから本導線へと信号を導き、本導線から第１ポートへと信号を導く第１平面パターン回路と、
   を備え、
   第２偏波平面アンテナは、
   送受信する電磁波の偏波方向に基づいて定められた方向に給電線が引き出された平面アンテナ素子と、
   送信信号が入力され受信信号が出力される第２ポートと、
   平面アンテナ素子で受信された信号を第２ポートへと導き、第２ポートから入力された信号を平面アンテナ素子へと導く第２平面パターン回路と、
   を備え、
   第１偏波平面アンテナおよび第２偏波平面アンテナは、
   第１偏波平面アンテナで送受信される電磁波の偏波方向と第２偏波平面アンテナで送受信される電磁波の偏波方向とが直交するよう配置される、
   偏波共用マイクロ波帯平面アンテナにおいて、
   第２偏波平面アンテナは、
   ２つの平面アンテナ素子の各給電線の端が一端に接続される幹導線と、
   幹導線を挟んで配置され、それぞれの一端が幹導線の中途点に接続され、それぞれの他端に１つの平面アンテナ素子の給電線の端が接続される２本の分岐導線と、
   を備え、
   第２平面パターン回路は、
   幹導線の他端と第２ポートとの間に接続され、第２ポートから幹導線へと信号を導き、幹導線から第２ポートへと信号を導くことを特徴とする偏波共用マイクロ波帯平面アンテナ。
2. 請求項１に記載の偏波共用マイクロ波帯平面アンテナにおいて、
   第１偏波平面アンテナは、
   同一方向に配置された複数の本導線を備え、
   第１平面パターン回路は、
   第１ポートから各本導線へと分岐する分岐パターン回路を備え、
   第２偏波平面アンテナは、
   第１偏波平面アンテナが備える各本導線と平行に配置された複数の幹導線を備え、
   第２平面パターン回路は、
   第２ポートから各幹導線へと分岐する分岐パターン回路を備えることを特徴とする偏波共用マイクロ波帯平面アンテナ。

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