JP2013219533A - Antenna device - Google Patents

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Masafumi Nagasaka
正史 長坂
Susumu Nakazawa
進 中澤
Shoji Tanaka
祥次 田中
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Japan Broadcasting Corp
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Nippon Hoso Kyokai NHK
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an antenna device including a feeding section which can achieve dual frequency of a low frequency band and a high frequency band, and can be made compact.SOLUTION: In a 12 GHz/21 GHz band shared feeding section, 12 GHz band elements 1-1 through 1-4 and 21 GHz band elements 2-1 through 2-4 are arranged on a dielectric substrate 3-1 while being shifted by 45 degrees, 12 GHz band elements 1-1 through 1-4 are formed on a first surface 4, and 21 GHz band elements 2-1 through 2-4 are arranged on a second surface 5, i.e., the bottom face of a groove 33. While taking account of the bandwidth of 12 GHz band and 21 GHz band, and the upper limit of substrate thickness generating a high order mode in the thickness direction, the groove 33 is formed in the dielectric substrate 3-1, so that each thickness has a predetermined length. Consequently, the 12 GHz/21 GHz band shared feeding section facing the reflector of a parabolic antenna can be made compact, and space saving and cost reduction can be attained.

Description

この発明は、アンテナ装置に関し、特に、２周波の衛星放送等を送受信するアンテナ装置に設けられた給電部に関するものである。   The present invention relates to an antenna device, and more particularly, to a power feeding unit provided in an antenna device that transmits and receives a two-frequency satellite broadcast or the like.

従来、衛星放送等を送受信するために用いる２周波共用のアンテナ装置が知られている。例えば、低周波素子と高周波素子とを、３角形を形成するように配列し、多素子アレーを構成するアンテナ装置が提案されている（特許文献１を参照）。図１１は、従来技術による第１のアンテナ装置の概略構成を示す図である。このアンテナ装置１０１は、低周波の周波数帯域で共振する１つの低周波素子１１１ａと、高周波の周波数帯域で共振する２つの高周波素子１１２ａ１，１１２ｂ１とを、３角形を形成するように配置し、これをアレー配列したものである。このアンテナ装置１０１によれば、アンテナ素子間の互いの干渉を低く抑え、グレーティングローブが発生しない良好な放射特性を得ることができる。 2. Description of the Related Art Conventionally, a dual-frequency antenna device used for transmitting and receiving satellite broadcasts and the like is known. For example, there has been proposed an antenna device in which a low-frequency element and a high-frequency element are arranged so as to form a triangle and constitute a multi-element array (see Patent Document 1). FIG. 11 is a diagram showing a schematic configuration of a first antenna device according to the prior art. In this antenna device 101, one low frequency element 111a that resonates in a low frequency band and two high frequency elements 112a 1 and 112b 1 that resonate in a high frequency band are arranged to form a triangle. This is an array arrangement. According to the antenna device 101, it is possible to suppress the mutual interference between the antenna elements and to obtain a good radiation characteristic in which no grating lobe is generated.

また、低周波素子と高周波素子とを積層配置して構成したアンテナ装置が提案されている（特許文献２を参照）。図１２は、従来技術による第２のアンテナ装置の概略構成を示す図である。このアンテナ装置１０２は、アース板１２１と、アース板１２１に対して所定間隔を隔てて平行に配置された低周波素子１２２と、低周波素子１２２に対して所定間隔を隔てて、アース板１２１及び低周波素子１２２に平行に配置された高周波素子１２３と、アース板１２１と低周波素子１２２との間の電気的接続及び機械的結合を行うスペーサ１２４とを備え、スペーサ１２４の内部に、高周波素子１２３の給電部を通過させるように構成したものである。このアンテナ装置１０２によれば、高周波素子１２３への給電と、アース板１２１及び低周波素子１２２との間の電気的接続及び機械的結合とを同一箇所で行っているから、小型化を実現することができる。   In addition, an antenna device configured by laminating and arranging a low-frequency element and a high-frequency element has been proposed (see Patent Document 2). FIG. 12 is a diagram illustrating a schematic configuration of a second antenna device according to the related art. The antenna device 102 includes a ground plate 121, a low-frequency element 122 arranged in parallel with the ground plate 121 at a predetermined interval, and a ground plate 121 and a low-frequency element 122 with a predetermined interval. A high-frequency element 123 disposed in parallel to the low-frequency element 122 and a spacer 124 that performs electrical connection and mechanical coupling between the ground plate 121 and the low-frequency element 122 are provided. 123 is configured to pass through the power feeding unit. According to the antenna device 102, the power supply to the high-frequency element 123 and the electrical connection and mechanical coupling between the ground plate 121 and the low-frequency element 122 are performed at the same place, so that the miniaturization is realized. be able to.

また、高周波受信用ホーンアンテナの周囲に低周波素子を配置して構成したアンテナ装置が提案されている（非特許文献１，２を参照）。図１３は、従来技術による第３のアンテナ装置の概略構成を示す図である。このアンテナ装置１０３は、基板上の中央に高周波の周波数帯域で共振するホーン１３１を配置し、ホーン１３１の周囲に低周波の周波数帯域で共振する４つのマイクロストリップ素子１３２を配置して構成したものである。このアンテナ装置１０３によれば、最高周波数と最低周波数との比が５以上の場合に適用する２周波共用のアンテナ装置を実現することができる。   In addition, an antenna device configured by arranging a low-frequency element around a high-frequency receiving horn antenna has been proposed (see Non-Patent Documents 1 and 2). FIG. 13 is a diagram illustrating a schematic configuration of a third antenna device according to the related art. This antenna device 103 is configured by arranging a horn 131 that resonates in a high frequency band at the center of a substrate, and four microstrip elements 132 that resonate in a low frequency band around the horn 131. It is. According to this antenna device 103, it is possible to realize a dual-frequency antenna device that is applied when the ratio of the highest frequency to the lowest frequency is 5 or more.

ところで、スーパーハイビジョン放送や立体テレビの伝送メディアとして、２１ＧＨｚ帯を用いた衛星放送が検討されている。２１ＧＨｚ帯は、２１．４ＧＨｚから２２．０ＧＨｚまでの６００ＭＨｚ幅の周波数帯域が割り当てられており、大容量信号の伝送が可能である。現行では、１２ＧＨｚ帯を用いた衛星放送により衛星放送サービスが実現されている。１２ＧＨｚ帯は、１１．７０ＧＨｚから１２．７５ＧＨｚまでの１．０５ＧＨｚ幅の周波数帯域が割り当てられている。   By the way, satellite broadcasting using the 21 GHz band is being studied as a transmission medium for super high-definition broadcasting and stereoscopic television. In the 21 GHz band, a frequency band of 600 MHz width from 21.4 GHz to 22.0 GHz is allocated, and large-capacity signals can be transmitted. Currently, satellite broadcasting services are realized by satellite broadcasting using the 12 GHz band. In the 12 GHz band, a frequency band of 1.05 GHz width from 11.70 GHz to 12.75 GHz is allocated.

２１ＧＨｚ帯の放送衛星の軌道位置が、現行の１２ＧＨｚ帯の放送衛星と同じ場合には、１２ＧＨｚ帯（低周波数帯）と２１ＧＨｚ帯（高周波数帯）とを受信可能な２周波共用のアンテナ装置を用いることが想定される。このような２周波共用のアンテナ装置として単一の衛星放送受信用パラボラアンテナを用いることにより、両周波数帯で提供される衛星放送サービスを実現することができる。   When the orbital position of the 21 GHz band broadcasting satellite is the same as the current 12 GHz band broadcasting satellite, a dual-frequency antenna device capable of receiving the 12 GHz band (low frequency band) and the 21 GHz band (high frequency band) is provided. It is assumed to be used. By using a single satellite broadcast receiving parabolic antenna as such a dual-frequency antenna device, a satellite broadcast service provided in both frequency bands can be realized.

特開２００３−３７４３５号公報JP 2003-37435 A 特許第３９６７２６４号公報Japanese Patent No. 3967264

堀他、「ホーンとプリントアンテナを一次放射器とする２周波数帯共用反射鏡アンテナ」、信学技報、AP-85-56、pp.1-6、1985-10Hori et al., “Two-band reflector antenna with horn and printed antenna as primary radiator”, IEICE Technical Report, AP-85-56, pp.1-6, 1985-10 堀他、「ホーンとプリントアレーを用いた２周波数帯共用反射鏡アンテナの設計法」、電子情報通信学会論文誌、B-II、Vol.J76-B-II、No.6、pp.504-511、１９９３年６月Hori et al., "Design method of dual-band reflector antenna using horn and printed array", IEICE Transactions, B-II, Vol. J76-B-II, No. 6, pp. 504- 511, June 1993

図１４は、反射鏡及び給電部からなるパラボラアンテナの例を示す構成図である。このパラボラアンテナの例では、開口径が４５ｃｍであり、Ｆ／Ｄ比が０．４７である。   FIG. 14 is a configuration diagram illustrating an example of a parabolic antenna including a reflecting mirror and a power feeding unit. In this parabolic antenna example, the aperture diameter is 45 cm and the F / D ratio is 0.47.

図１４に示したパラボラアンテナを、１２ＧＨｚ帯と２１ＧＨｚ帯との２周波共用のパラボラアンテナとして用い、両周波数帯で提供される衛星放送サービスを実現するためには、パラボラアンテナの反射鏡に対向して配置される給電部を小型化する必要がある。また、１２ＧＨｚ帯と２１ＧＨｚ帯との双方で十分な利得を得るためには、給電部から放射される電力の反射鏡エッジにおける照射レベル（以下、「エッジレベル」という。）を双方で一致させる必要がある。さらに、現行の１２ＧＨｚ帯の衛星放送では、右旋円偏波が用いられていることから、円偏波を発生させるアンテナ素子を用いる必要がある。   In order to use the parabolic antenna shown in FIG. 14 as a parabolic antenna for two frequencies of 12 GHz band and 21 GHz band, and to realize a satellite broadcasting service provided in both frequency bands, the parabolic antenna is opposed to the reflector. Therefore, it is necessary to reduce the size of the power feeding unit arranged. Further, in order to obtain a sufficient gain in both the 12 GHz band and the 21 GHz band, it is necessary to match the irradiation level (hereinafter referred to as “edge level”) at the reflecting mirror edge of the power radiated from the power feeding unit. There is. Furthermore, since the current 12 GHz band satellite broadcasting uses right-handed circularly polarized waves, it is necessary to use antenna elements that generate circularly polarized waves.

前述の特許文献１のアンテナ装置１０１は、３つのアンテナ素子が三角形を形成するように配列され、多素子アレーにより構成されるから、多素子平面アンテナの設計技術に適用されるものであり、反射鏡を用いたパラボラアンテナの設計技術に適用されるものではない。このため、アンテナ装置のサイズは大きくなり、パラボラアンテナの給電部には適用することができない。例えば、図１１に示したアンテナ装置１０１において、１つの低周波素子１１１ａ及び２つの高周波素子１１２ａ１，１１２ｂ１を単位として、アンテナ装置１０１を構成する多素子アレーが３２×１６＝５１２個からなり、その間隔を２ｃｍとした場合、このサイズは６４ｃｍ×３２ｃｍとなる（村田孝雄、「衛星放送および通信用高性能プリントアンテナに関する研究」、博士論文、pp.42-43、東北大学、１９９６年）。したがって、特許文献１のアンテナ装置１０１をパラボラアンテナの給電部に適用することができない。そもそも、このアンテナ装置１０１は小型化を目的としたものではないからである。 The antenna device 101 of Patent Document 1 described above is applied to a design technique for a multi-element planar antenna because three antenna elements are arranged so as to form a triangle and is configured by a multi-element array. It is not applied to the design technology of a parabolic antenna using a mirror. For this reason, the size of the antenna device becomes large and cannot be applied to the power feeding unit of the parabolic antenna. For example, in the antenna device 101 shown in FIG. 11, the multi-element array constituting the antenna device 101 is made up of 32 × 16 = 512 with one low frequency element 111a and two high frequency elements 112a 1 and 112b 1 as a unit. When the distance is 2 cm, this size is 64 cm × 32 cm (Takao Murata, “Study on high-performance printed antenna for satellite broadcasting and communication”, Doctoral Dissertation, pp.42-43, Tohoku University, 1996) . Therefore, the antenna device 101 of Patent Document 1 cannot be applied to the power feeding unit of the parabolic antenna. This is because the antenna device 101 is not intended for downsizing.

また、前述の特許文献２のアンテナ装置１０２は、低周波素子と高周波素子とが積層配置して構成されるから、小型化を実現することができる。しかしながら、このアンテナ装置１０２では、低周波素子１２２が高周波素子１２３の接地板になるから、高周波素子１２３の配置が低周波素子１２２の配置によって制限を受けてしまい、設計の自由度を十分に確保することができない。   In addition, the antenna device 102 of Patent Document 2 described above can be downsized because the low-frequency element and the high-frequency element are stacked and arranged. However, in this antenna device 102, since the low-frequency element 122 serves as a ground plate for the high-frequency element 123, the arrangement of the high-frequency element 123 is limited by the arrangement of the low-frequency element 122, and sufficient design freedom is ensured. Can not do it.

また、前述の非特許文献１，２のアンテナ装置１０３は、ホーン１３１の周囲にマイクロストリップ素子１３２を配置したものであり、最高周波数と最低周波数との比が５以上の場合を想定したものである。このため、このアンテナ装置１０３を、１２ＧＨｚ帯及び２１ＧＨｚ帯のような周波数比が５未満のパラボラアンテナの給電部に適用することができない。   Further, the antenna device 103 of Non-Patent Documents 1 and 2 described above has a microstrip element 132 arranged around the horn 131, and assumes a case where the ratio of the highest frequency to the lowest frequency is 5 or more. is there. For this reason, this antenna device 103 cannot be applied to a feeding unit of a parabolic antenna having a frequency ratio of less than 5 such as the 12 GHz band and the 21 GHz band.

ここで、図１４に示したパラボラアンテナにおいて、ホーンアンテナを、１２ＧＨｚ帯と２１ＧＨｚ帯との２周波共用の給電部として使用する場合について説明する。図１５は、１２ＧＨｚ帯ホーンアンテナ及び２１ＧＨｚ帯ホーンアンテナの例を示す構造図である。１２ＧＨｚ帯ホーンアンテナと２１ＧＨｚ帯ホーンアンテナとが個々に設計された場合、図１５に示すように、波長の違いによってそのサイズに差が生じる。１２ＧＨｚ帯ホーンアンテナと２１ＧＨｚ帯ホーンアンテナとの間でサイズを比較すると、１２ＧＨｚ帯の波長が２１ＧＨｚ帯よりも長いから、１２ＧＨｚ帯ホーンアンテナの方が２１ＧＨｚ帯ホーンアンテナよりも、ホーンの開口径は大きくなる。１２ＧＨｚ帯ホーンアンテナのホーンの開口径は２８．５ｍｍであるのに対し、２１ＧＨｚ帯ホーンアンテナのホーンの開口径は１４．７ｍｍである。   Here, in the parabolic antenna shown in FIG. 14, a case will be described in which a horn antenna is used as a power supply unit for two frequencies of a 12 GHz band and a 21 GHz band. FIG. 15 is a structural diagram showing an example of a 12 GHz band horn antenna and a 21 GHz band horn antenna. When the 12 GHz band horn antenna and the 21 GHz band horn antenna are individually designed, as shown in FIG. 15, a difference in size occurs due to a difference in wavelength. Comparing the size between the 12 GHz band horn antenna and the 21 GHz band horn antenna, since the wavelength of the 12 GHz band is longer than the 21 GHz band, the horn opening diameter of the 12 GHz band horn antenna is larger than that of the 21 GHz band horn antenna. Become. The opening diameter of the horn of the 12 GHz band horn antenna is 28.5 mm, whereas the opening diameter of the horn of the 21 GHz band horn antenna is 14.7 mm.

例えば、図１４に示したパラボラアンテナにおいて、図１５に示した１２ＧＨｚ帯ホーンアンテナを、１２ＧＨｚ帯と２１ＧＨｚ帯との２周波共用の給電部として使用する場合を想定する。図１６は、１２ＧＨｚ帯ホーンアンテナに、１２ＧＨｚ帯及び２１ＧＨｚ帯の信号を励振した場合の放射パターンを示す図である。この放射パターンは、計算機シミュレーションにより得られた相対利得の特性を示している。縦軸は相対利得（ｄＢ）であり、横軸は反射鏡に対する給電部の離軸角度（度）である。図１６に示すように、１２ＧＨｚ帯の利得特性と２１ＧＨｚ帯の利得特性とは、パターンが一致しておらず、パラボラアンテナに使用した場合の反射鏡の開口角を±４６度とした場合、１２ＧＨｚ帯の利得特性では−８．９ｄＢ、２１ＧＨｚ帯の利得特性では−１６．５ｄＢの相対利得となっており、２１ＧＨｚ帯の利得特性は１２ＧＨｚ帯よりも放射パターンの幅が狭くなっている。   For example, in the parabolic antenna shown in FIG. 14, a case is assumed where the 12 GHz band horn antenna shown in FIG. 15 is used as a power supply unit for dual use of the 12 GHz band and the 21 GHz band. FIG. 16 is a diagram showing a radiation pattern when a 12 GHz band signal and a 21 GHz band signal are excited in a 12 GHz band horn antenna. This radiation pattern shows the characteristic of relative gain obtained by computer simulation. The vertical axis represents the relative gain (dB), and the horizontal axis represents the off-axis angle (degrees) of the power feeding unit with respect to the reflecting mirror. As shown in FIG. 16, when the gain characteristics of the 12 GHz band and the gain characteristics of the 21 GHz band do not match, and the aperture angle of the reflector when used for a parabolic antenna is ± 46 degrees, 12 GHz The gain characteristic of the band is -8.9 dB, the gain characteristic of the 21 GHz band is -16.5 dB, and the gain characteristic of the 21 GHz band has a narrower radiation pattern than the 12 GHz band.

前述のとおり、１２ＧＨｚ帯と２１ＧＨｚ帯との双方で十分な利得を得るためには、利得特性で示されるエッジレベルを双方で一致させる必要がある。しかし、２１ＧＨｚ帯の波長が１２ＧＨｚ帯の波長の約０．６倍であり、図１５に示したように、１２ＧＨｚ帯ホーンアンテナが２１ＧＨｚ帯ホーンアンテナよりも開口が広いため、１２ＧＨｚ帯ホーンアンテナに２１ＧＨｚ帯の信号を励振した場合には、エネルギーが中央（離軸角度０度）に集中し、高い開口効率を得ることが難しい。このため、双方の利得特性の放射パターンが一致せず、両周波数を共用することができない。このように、図１５に示した１２ＧＨｚ帯ホーンアンテナでは、１２ＧＨｚ帯と２１ＧＨｚ帯との２周波共用の給電部として使用することができない。また、前述のとおり、ホーンアンテナでは小型化を実現することができない。   As described above, in order to obtain a sufficient gain in both the 12 GHz band and the 21 GHz band, it is necessary to match the edge levels indicated by the gain characteristics on both sides. However, the wavelength of the 21 GHz band is about 0.6 times the wavelength of the 12 GHz band, and as shown in FIG. 15, the 12 GHz band horn antenna has a wider opening than the 21 GHz band horn antenna. When a band signal is excited, energy is concentrated in the center (an off-axis angle of 0 degrees), and it is difficult to obtain high aperture efficiency. For this reason, the radiation patterns of both gain characteristics do not match, and both frequencies cannot be shared. As described above, the 12 GHz horn antenna shown in FIG. 15 cannot be used as a power feeding unit for two frequencies of the 12 GHz band and the 21 GHz band. Further, as described above, the horn antenna cannot be downsized.

さらに、１２ＧＨｚ帯と２１ＧＨｚ帯との双方で衛星放送受信用として十分な性能を得るためには、ＶＳＷＲ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ：電圧定在波比）が１．５以下であることが望ましい。ＶＳＷＲを１．５以下とするには、広帯域化を図る必要があり、基板厚を最大化する必要がある。ここで、周波数が高いほど、基板厚の最大値は小さくなるから、２１ＧＨｚ帯用の基板厚は、１２ＧＨｚ帯用の基板厚よりも薄くする必要がある。   Furthermore, in order to obtain sufficient performance for satellite broadcast reception in both the 12 GHz band and the 21 GHz band, it is desirable that the VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) is 1.5 or less. In order to set the VSWR to 1.5 or less, it is necessary to increase the bandwidth, and it is necessary to maximize the substrate thickness. Here, since the maximum value of the substrate thickness decreases as the frequency increases, the substrate thickness for the 21 GHz band needs to be thinner than the substrate thickness for the 12 GHz band.

そこで、本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、低周波数帯と高周波数帯との２周波共用を実現することができ、小型化を図ることが可能な給電部が設けられたアンテナ装置を提供することにある。   Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide power supply that can realize two-frequency sharing of a low frequency band and a high frequency band and can be downsized. An object is to provide an antenna device provided with a section.

前記目的を達成するために、本発明による請求項１のアンテナ装置は、低周波の周波数帯域で共振する低周波アレーアンテナと、高周波の周波数帯域で共振する高周波アレーアンテナとを同一基板上に配置し、前記基板と接地導体板とを重ねて構成した給電部が設けられた２周波共用アンテナ装置において、前記基板には溝が設けられ、前記低周波アレーアンテナが、４つの同一形状の素子からなり、前記４つの素子が、前記基板上で正方形を形成するように、前記正方形の頂点の位置にそれぞれ配置され、前記高周波アレーアンテナが、４つの同一形状の素子からなり、前記４つの素子が、前記基板上で正方形を形成するように、前記正方形の頂点の位置にそれぞれ配置され、前記それぞれの正方形の中心を前記基板上で同じ位置とし、前記高周波アレーアンテナを、前記低周波アレーアンテナに対し４５度ずらして配置すると共に、前記溝の底部に、前記高周波アレーアンテナまたは前記低周波アレーアンテナのいずれか一方を配置する、ことを特徴とする。   In order to achieve the above object, according to the antenna device of the present invention, a low frequency array antenna that resonates in a low frequency band and a high frequency array antenna that resonates in a high frequency band are arranged on the same substrate. In the dual-frequency antenna device provided with a power feeding unit configured by superimposing the substrate and the ground conductor plate, the substrate is provided with a groove, and the low-frequency array antenna is composed of four elements having the same shape. The four elements are respectively arranged at the positions of the apexes of the square so as to form a square on the substrate, the high-frequency array antenna is composed of four elements having the same shape, and the four elements are Each of the squares is arranged at the vertex position so that a square is formed on the substrate, and the center of each square is set to the same position on the substrate. The high-frequency array antenna, the while arranged offset 45 ° with respect to the low frequency array antenna, the bottom of the groove, placing one of the high frequency array antenna or the low frequency array antenna, characterized in that.

また、本発明による請求項２のアンテナ装置は、請求項１に記載のアンテナ装置において、前記基板には十字型の溝が設けられている、ことを特徴とする。   According to a second aspect of the antenna device of the present invention, in the antenna device according to the first aspect, the substrate is provided with a cross-shaped groove.

以上のように、本発明によれば、２周波共用のアンテナ装置を実現することができ、その給電部の小型化を図ることが可能となる。   As described above, according to the present invention, a dual-frequency antenna device can be realized, and the power feeding unit can be downsized.

本発明の実施形態によるアンテナ装置に用いる１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部の概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the 12 GHz / 21 GHz band shared electric power feeding part used for the antenna apparatus by embodiment of this invention. １２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部の構造を説明する図である。It is a figure explaining the structure of a 12 GHz / 21 GHz band shared electric power feeding part. １２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部の概略構成を示す側面図である。It is a side view which shows schematic structure of a 12 GHz / 21 GHz band shared electric power feeding part. １２ＧＨｚ帯スロット部、２１ＧＨｚ帯スロット部及び給電線路の寸法を示す図である。It is a figure which shows the dimension of a 12 GHz band slot part, a 21 GHz band slot part, and a feed line. １２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部を適用したパラボラアンテナの主偏波放射パターンを示す図である。It is a figure which shows the main polarized-wave radiation pattern of the parabolic antenna to which the 12 GHz / 21 GHz band shared electric power feeding part is applied. １２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部の放射パターンを示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern of a 12 GHz / 21 GHz band shared electric power feeding part. （ａ）は、１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部における１２ＧＨｚ帯のＶＳＷＲ特性を示す図である。（ｂ）は、２１ＧＨｚ帯のＶＳＷＲ特性を示す図である。(A) is a figure which shows the VSWR characteristic of 12 GHz band in a 12 GHz / 21 GHz band shared electric power feeding part. (B) is a figure which shows the VSWR characteristic of a 21 GHz band. 他の１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部の構造を説明する図である。It is a figure explaining the structure of another 12 GHz / 21 GHz band shared electric power feeding part. 他の１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部を適用したパラボラアンテナの主偏波放射パターンを示す図である。It is a figure which shows the main polarized-wave radiation pattern of the parabolic antenna to which the other 12 GHz / 21 GHz band shared electric power feeding part is applied. １２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部（溝基板型）と他の１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部（積層基板型）をパラボラアンテナに適用した場合の２１ＧＨｚ帯におけるパラボラアンテナの主偏波放射パターンを比較した図である。The figure which compared the main polarization radiation pattern of the parabolic antenna in the 21 GHz band when the 12 GHz / 21 GHz band common feeding part (groove substrate type) and the other 12 GHz / 21 GHz band common feeding part (laminated substrate type) are applied to the parabolic antenna. It is. 従来技術による第１のアンテナ装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the 1st antenna apparatus by a prior art. 従来技術による第２のアンテナ装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the 2nd antenna apparatus by a prior art. 従来技術による第３のアンテナ装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the 3rd antenna apparatus by a prior art. 反射鏡及び給電部からなるパラボラアンテナの例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the example of the parabolic antenna which consists of a reflective mirror and a electric power feeding part. １２ＧＨｚ帯ホーンアンテナ及び２１ＧＨｚ帯ホーンアンテナの例を示す構造図である。It is a structural diagram showing an example of a 12 GHz band horn antenna and a 21 GHz band horn antenna. １２ＧＨｚ帯ホーンアンテナに、１２ＧＨｚ帯及び２１ＧＨｚ帯の信号を励振した場合の放射パターンを示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern at the time of exciting the signal of 12 GHz band and 21 GHz band to a 12 GHz band horn antenna.

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて詳細に説明する。本発明の実施形態は、図１４に示した反射鏡及び給電部からなるパラボラアンテナのアンテナ装置において、電磁結合方式により低周波数帯（１２ＧＨｚ帯）と高周波数帯（２１ＧＨｚ帯）との２周波共用アンテナ装置を実現する。具体的には、本発明の実施形態によるアンテナ装置に用いる１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部は、溝を有する誘電体基板を備え、所定の放射パターンを形成する４つのマイクロストリップ素子からなる低周波アレーアンテナを、溝のない面に形成し、前記所定の放射パターンと同じエッジレベルを有する４つのマイクロストリップ素子からなる高周波アレーアンテナを、溝の底面に形成し、低周波アレーアンテナと高周波アレーアンテナとを４５度ずらして配置したことを特徴とする。また、他の１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部は、積層した誘電体基板を備え、所定の放射パターンを形成する４つのマイクロストリップ素子からなる低周波アレーアンテナと、前記所定の放射パターンと同じエッジレベルを有する４つのマイクロストリップ素子からなる高周波アレーアンテナとを、別々の誘電体基板上に４５度ずらして配置したことを特徴とする。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiment of the present invention is a parabolic antenna antenna device composed of a reflector and a power feeding unit shown in FIG. 14, and uses two frequencies of a low frequency band (12 GHz band) and a high frequency band (21 GHz band) by an electromagnetic coupling method. An antenna device is realized. Specifically, the 12 GHz / 21 GHz band shared power feeding unit used in the antenna device according to the embodiment of the present invention includes a dielectric substrate having a groove and a low-frequency array composed of four microstrip elements that form a predetermined radiation pattern. An antenna is formed on a surface without a groove, and a high frequency array antenna composed of four microstrip elements having the same edge level as the predetermined radiation pattern is formed on a bottom surface of the groove, and a low frequency array antenna and a high frequency array antenna are provided. Is arranged by shifting by 45 degrees. Another 12 GHz / 21 GHz band shared power supply unit includes a laminated dielectric substrate, a low-frequency array antenna composed of four microstrip elements forming a predetermined radiation pattern, and the same edge level as the predetermined radiation pattern. A high-frequency array antenna composed of four microstrip elements each having a thickness of 45 mm is arranged on a separate dielectric substrate so as to be shifted by 45 degrees.

これらの実施形態によれば、低周波アレーアンテナを構成する４つのマイクロストリップ素子を、正方形の４角の位置に配置すると共に、高周波アレーアンテナを構成する４つのマイクロストリップ素子も、正方形の４角の位置に配置して、それぞれ正方形を形成し、低周波アレーアンテナと高周波アレーアンテナとを４５度ずらし、一方のマイクロストリップ素子が他方のマイクロストリップ素子の放射を遮らないようにした。これにより、給電部のアンテナ利得の向上を図ることができる。   According to these embodiments, the four microstrip elements constituting the low-frequency array antenna are arranged at the positions of the square four corners, and the four microstrip elements constituting the high-frequency array antenna are also square four-squares. The low-frequency array antenna and the high-frequency array antenna are shifted by 45 degrees so that one microstrip element does not block the radiation of the other microstrip element. Thereby, the antenna gain of the power feeding unit can be improved.

また、低周波アレーアンテナを構成するマイクロストリップ素子の間隔及び高周波アレーアンテナを構成するマイクロストリップ素子の間隔をそれぞれ所定長とするようにした。これにより、１２ＧＨｚ帯と２１ＧＨｚ帯の双方で所望のビーム幅とし、エッジレベルを一致させることができ、パラボラアンテナにおいて、十分な利得を得ることができる。   In addition, the interval between the microstrip elements constituting the low-frequency array antenna and the interval between the microstrip elements constituting the high-frequency array antenna are set to predetermined lengths, respectively. As a result, the desired beam width can be obtained in both the 12 GHz band and the 21 GHz band, the edge levels can be matched, and a sufficient gain can be obtained in the parabolic antenna.

また、低周波アレーアンテナを構成するマイクロストリップ素子と接地導体との間の基板の厚み及び高周波アレーアンテナを構成するマイクロストリップ素子と接地導体との間の基板の厚みをそれぞれ所定長とするようにした。これにより、低周波数帯及び高周波数帯において、所望の広帯域化を実現することができる。この場合、溝を有する１枚の誘電体基板を用いる溝基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部では、誘電体基板上に設けられた高周波アレーアンテナを構成するマイクロストリップ素子が、他の誘電体基板（低周波アレーアンテナを設けた誘電体基板）に遮られることなく露出することになる。したがって、２枚の誘電体基板を積層した積層型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部に比べ、高周波アレーアンテナのアンテナ利得を向上させることができる。   Further, the thickness of the substrate between the microstrip element constituting the low-frequency array antenna and the ground conductor and the thickness of the substrate between the microstrip element constituting the high-frequency array antenna and the ground conductor are set to predetermined lengths, respectively. did. Thereby, it is possible to realize a desired wide band in the low frequency band and the high frequency band. In this case, in the groove substrate type 12 GHz / 21 GHz band shared power feeding unit using one dielectric substrate having a groove, the microstrip element constituting the high-frequency array antenna provided on the dielectric substrate is replaced with another dielectric substrate. It is exposed without being blocked by (a dielectric substrate provided with a low-frequency array antenna). Therefore, the antenna gain of the high-frequency array antenna can be improved as compared with the laminated 12 GHz / 21 GHz band shared power feeding portion in which two dielectric substrates are laminated.

さらに、これらの実施形態の構成を用いることにより、円偏波及び直線偏波を発生させることができるから、現行の１２ＧＨｚ帯（低周波数帯）の放送衛星で用いられている円偏波と、将来の２１ＧＨｚ帯（高周波数帯）の放送衛星で用いられる円偏波または直線偏波とに適用することができる。   Furthermore, since the circularly polarized wave and the linearly polarized wave can be generated by using the configuration of these embodiments, the circularly polarized wave used in the current 12 GHz band (low frequency band) broadcasting satellite, The present invention can be applied to circularly polarized waves or linearly polarized waves used in future 21 GHz band (high frequency band) broadcasting satellites.

〔溝基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部〕
まず、本発明の実施形態によるアンテナ装置に用いる２周波共用給電部について説明する。この２周波共用給電部は、前述のとおり、電磁結合方式を用いるものであり、溝を有する誘電体基板を備え、４つのマイクロストリップ素子からなる低周波アレーアンテナを溝のない面に配置し、４つのマイクロストリップ素子からなる高周波アレーアンテナを溝の底面に配置し、これらを４５度ずらしたものである。 [Groove substrate type 12 GHz / 21 GHz band shared power feeding section]
First, the dual-frequency power feeding unit used in the antenna device according to the embodiment of the present invention will be described. As described above, the dual-frequency power feeding unit uses an electromagnetic coupling method, includes a dielectric substrate having a groove, and arranges a low-frequency array antenna including four microstrip elements on a surface without the groove, A high-frequency array antenna composed of four microstrip elements is arranged on the bottom surface of the groove, and these are shifted by 45 degrees.

図１は、本発明の実施形態によるアンテナ装置に用いる１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部の概略構成を示す斜視図であり、図２は、１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部の構造を説明する図である。図１を参照して、この１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部は、図１４に示したパラボラアンテナにおいて、反射鏡に対向した面の構成を示している。   FIG. 1 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a 12 GHz / 21 GHz band shared power feeding unit used in an antenna device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating a structure of a 12 GHz / 21 GHz band shared power feeding unit. . Referring to FIG. 1, this 12 GHz / 21 GHz band shared power supply unit shows a configuration of a surface facing a reflecting mirror in the parabolic antenna shown in FIG.

図２を参照して、１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部は、１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯アレーアンテナ３１、接地導体板３２及び給電線路１０を備えて構成される。１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯アレーアンテナ３１の上面は、図１４に示したパラボラアンテナにおいて、反射鏡に対向しており、１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯アレーアンテナ３１と接地導体板３２とは、積層して（重ねて）構成される。   Referring to FIG. 2, the 12 GHz / 21 GHz band shared power supply unit includes a 12 GHz / 21 GHz band array antenna 31, a ground conductor plate 32, and a power feed line 10. The top surface of the 12 GHz / 21 GHz band array antenna 31 faces the reflecting mirror in the parabolic antenna shown in FIG. 14, and the 12 GHz / 21 GHz band array antenna 31 and the ground conductor plate 32 are laminated (stacked). Composed.

１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯アレーアンテナ３１は、溝３３を有する誘電体からなる平面基板（誘電体基板）３−１上において、溝３３が存在しない１２ＧＨｚ帯素子用誘電体面４（以下、第１の面４という。）に、１２ＧＨｚ帯の周波数帯域で共振する４つのマイクロストリップ素子である１２ＧＨｚ帯素子（低周波素子）１−１〜１−４が形成されている。また、溝３３が存在する２１ＧＨｚ帯素子用誘電体面５（以下、第２の面５という。）に、２１ＧＨｚ帯の周波数帯域で共振する４つのマイクロストリップ素子である２１ＧＨｚ帯素子（高周波素子）２−１〜２−４が形成されている。４つの１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４により１２ＧＨｚ帯アレーアンテナ（低周波アレーアンテナ）が構成され、４つの２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４により２１ＧＨｚ帯アレーアンテナ（高周波アレーアンテナ）が構成される。   The 12 GHz / 21 GHz band array antenna 31 has a dielectric surface 4 for a 12 GHz band element (hereinafter referred to as a first surface 4) on which a groove 33 does not exist on a planar substrate (dielectric substrate) 3-1 made of a dielectric having a groove 33. In other words, 12 GHz band elements (low frequency elements) 1-1 to 1-4, which are four microstrip elements that resonate in a frequency band of 12 GHz band, are formed. Further, a 21 GHz band element (high frequency element) 2 which is four microstrip elements that resonate in a 21 GHz band frequency band on the 21 GHz band element dielectric surface 5 (hereinafter referred to as the second surface 5) where the groove 33 exists. -1 to 2-4 are formed. Four 12 GHz band elements 1-1 to 1-4 constitute a 12 GHz band array antenna (low frequency array antenna), and four 21 GHz band elements 2-1 to 2-4 constitute a 21 GHz band array antenna (high frequency array antenna). Composed.

接地導体板３２は、誘電体からなる平面基板（誘電体基板）３−２の上面に接地導体７が形成されている。接地導体７には、４つの１２ＧＨｚ帯スロット部（低周波数帯スロット部）８−１〜８−４及び４つの２１ＧＨｚ帯スロット部（高周波数帯スロット部）９−１〜９−４が形成されている。   The ground conductor plate 32 has a ground conductor 7 formed on the upper surface of a planar substrate (dielectric substrate) 3-2 made of a dielectric. The ground conductor 7 is formed with four 12 GHz band slot portions (low frequency band slot portions) 8-1 to 8-4 and four 21 GHz band slot portions (high frequency band slot portions) 9-1 to 9-4. ing.

給電線路１０は、接地導体板３２の誘電体基板３−２の下面において、１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４及び２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４のそれぞれに対応して設けられている。   The feed line 10 is provided on the lower surface of the dielectric substrate 3-2 of the ground conductor plate 32 so as to correspond to each of the 12 GHz band slot portions 8-1 to 8-4 and the 21 GHz band slot portions 9-1 to 9-4. It has been.

１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯アレーアンテナ３１の１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４は、ｚ方向において、接地導体板３２の１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４にそれぞれ対応した位置に形成されており、２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４は、ｚ方向において、接地導体板３２の２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４にそれぞれ対応した位置に形成されている。   The 12 GHz band elements 1-1 to 1-4 of the 12 GHz / 21 GHz band array antenna 31 are formed at positions corresponding to the 12 GHz band slot portions 8-1 to 8-4 of the ground conductor plate 32 in the z direction. 21 GHz band elements 2-1 to 2-4 are formed at positions corresponding to the 21 GHz band slot portions 9-1 to 9-4 of the ground conductor plate 32 in the z direction.

１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯アレーアンテナ３１の溝３３は、誘電体基板３−１上に十字型の凹形状をなしており、その底面は、２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４が形成された第２の面５であり、その側面は、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４が形成された第１の面４と２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４が形成された第２の面５との間の段差面（エッジ（面）６）である。   The groove 33 of the 12 GHz / 21 GHz band array antenna 31 has a cruciform concave shape on the dielectric substrate 3-1, and the bottom surface is a second in which 21 GHz band elements 2-1 to 2-4 are formed. The side surface is a first surface 4 on which 12 GHz band elements 1-1 to 1-4 are formed, and a second surface 5 on which 21 GHz band elements 2-1 to 2-4 are formed. It is the level | step difference surface (edge (surface) 6) between.

誘電体基板３−１の形状は、図１４に示したパラボラアンテナの反射鏡からみると、正方形であり、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４及び２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４の形状はいずれも円形である。１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４は、それぞれの素子の円周に接して正方形を形成するように（それぞれの素子の中央点を頂点として正方形を形成するように）、誘電体基板３−１の第１の面４に配置されている。２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４も、それぞれの素子の円周に接して正方形を形成するように（それぞれの素子の中央点を頂点として正方形を形成するように）、誘電体基板３−１の第２の面５に配置されている。これらの正方形は、誘電体基板３−１の中央に形成され、隣り合う１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４の間隔は同一であり、隣り合う２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４の間隔も同一である。   The shape of the dielectric substrate 3-1 is a square when viewed from the reflector of the parabolic antenna shown in FIG. 14, and includes 12 GHz band elements 1-1 to 1-4 and 21 GHz band elements 2-1 to 2-4. Each shape is circular. The 12 GHz band elements 1-1 to 1-4 are in contact with the circumference of each element so as to form a square (so that a square is formed with the center point of each element as a vertex). 1 on the first surface 4. The 21 GHz band elements 2-1 to 2-4 are also in contact with the circumference of each element so as to form a square (so that a square is formed with the center point of each element as a vertex). 1 on the second surface 5. These squares are formed at the center of the dielectric substrate 3-1, and the distance between adjacent 12 GHz band elements 1-1 to 1-4 is the same, and the distance between adjacent 21 GHz band elements 2-1 to 2-4. Is the same.

１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４により形成される正方形と、２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４により形成される正方形とは、４５度ずらして配置されている。これにより、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４と２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４との位置関係が対称形になるので、低周波アレーアンテナ及び高周波アレーアンテナ共に対称形の放射パターンを形成することができ、反射鏡と組み合わせたときのパラボラアンテナとしての利得を向上させることができる。また、径及び間隔の長い１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４の内側に、径及び間隔の短い２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４が配置され、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４と２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４とを別々の領域に配置する必要がないから、パラボラアンテナの反射鏡に対向する１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部として小型化を図ることができる。径及び間隔については後述する。また、同一の誘電体基板３−１において、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４と２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４との間で、一方の素子が他方の素子の放射を遮ることがないから、所望の利得特性を得ることができ、２周波の放送信号を受信し分離することが可能となる。   The square formed by the 12 GHz band elements 1-1 to 1-4 and the square formed by the 21 GHz band elements 2-1 to 2-4 are shifted by 45 degrees. As a result, the positional relationship between the 12 GHz band elements 1-1 to 1-4 and the 21 GHz band elements 2-1 to 2-4 becomes symmetric, so that both the low frequency array antenna and the high frequency array antenna have a symmetric radiation pattern. The gain as a parabolic antenna when combined with a reflecting mirror can be improved. In addition, 21 GHz band elements 2-1 to 2-4 having a short diameter and interval are arranged inside the 12 GHz band elements 1-1 to 1-4 having a long diameter and a distance, and 12 GHz band elements 1-1 to 1-4 are disposed. And the 21 GHz band elements 2-1 to 2-4 need not be arranged in separate areas, and thus can be miniaturized as a 12 GHz / 21 GHz band common power feeding portion facing the reflector of the parabolic antenna. The diameter and interval will be described later. In addition, in the same dielectric substrate 3-1, one element blocks the radiation of the other element between the 12GHz band elements 1-1 to 1-4 and the 21GHz band elements 2-1 to 2-4. Therefore, a desired gain characteristic can be obtained, and a two-frequency broadcast signal can be received and separated.

接地導体板３２において、１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４及び２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４は、それぞれ所定幅及び所定長の帯状のスロットが直交するように十字型に形成されている。直交する２つのスロットの幅は同じであるが、長さが異なっている。また、２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４は、１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４のスロットよりも所定長の短いスロットが形成されている。１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯アレーアンテナ３１の１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４は、直交するスロットの長さの比を所定比とすることにより、これらに対応する接地導体板３２の接地導体７に形成された１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４との間の電磁結合によって給電され、１２ＧＨｚ帯の円偏波を発生させることができる。また、１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯アレーアンテナ３１の２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４は、直交するスロットの長さの比を所定比とすることにより、これらに対応する接地導体板３２の接地導体７に形成された２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４との間の電磁結合によって給電され、２１ＧＨｚ帯の円偏波を発生させることができる。直交するスロットの長さの比については後述する。   In the ground conductor plate 32, the 12 GHz band slot portions 8-1 to 8-4 and the 21 GHz band slot portions 9-1 to 9-4 are formed in a cross shape so that the belt-like slots having a predetermined width and a predetermined length are orthogonal to each other. Has been. The two orthogonal slots have the same width but different lengths. In addition, the 21 GHz band slot portions 9-1 to 9-4 are formed with shorter slots having a predetermined length than the slots of the 12 GHz band slot portions 8-1 to 8-4. The 12 GHz band elements 1-1 to 1-4 of the 12 GHz / 21 GHz band array antenna 31 are formed on the ground conductor 7 of the corresponding ground conductor plate 32 by setting the ratio of the lengths of the orthogonal slots to a predetermined ratio. The 12 GHz band slot portions 8-1 to 8-4 are fed by electromagnetic coupling and can generate 12 GHz band circularly polarized waves. Further, the 21 GHz band elements 2-1 to 2-4 of the 12 GHz / 21 GHz band array antenna 31 have a predetermined ratio of the lengths of the orthogonal slots so that the ground conductors 7 of the corresponding ground conductor plate 32 correspond to them. Power is fed by electromagnetic coupling between the 21 GHz band slot portions 9-1 to 9-4 formed in the above, and circular polarization of the 21 GHz band can be generated. The ratio of the lengths of the orthogonal slots will be described later.

１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４（８−ｍ、ｍ＝１〜４）におけるスロットの回転位置は、ｍ＝１のスロットの回転位置を０として、π（ｍ−１）／２である。同様に、２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４（９−ｍ、ｍ＝１〜４）におけるスロットの回転位置も、ｍ＝１のスロットの回転位置を０として、π（ｍ−１）／２である。この場合、１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４及び２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４は、位相差π（ｍ−１）／２にてそれぞれ給電される。   The rotational position of the slot in the 12 GHz band slot portion 8-1 to 8-4 (8-m, m = 1 to 4) is π (m−1) / 2, where the rotational position of the slot of m = 1 is 0. is there. Similarly, the rotational position of the slots in the 21 GHz band slot portions 9-1 to 9-4 (9-m, m = 1 to 4) is π (m−1), where the rotational position of the slot of m = 1 is 0. / 2. In this case, the 12 GHz band slot portions 8-1 to 8-4 and the 21 GHz band slot portions 9-1 to 9-4 are respectively fed with a phase difference of π (m−1) / 2.

図３は、１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部の概略構成を示す側面図であり、図２において、手前からｙ軸のプラス方向をみたときの１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部の側面を示す。図３に示すように、１２ＧＨｚ帯素子１−１，１−２及び２１ＧＨｚ帯素子２−１、誘電体基板３−１、接地導体７、並びに誘電体基板３−２が、図１４に示した反射鏡に対向する上（給電部からみて反射鏡側）から下（給電部からみて反射鏡の反対側）へ向けて重ねられている。１２ＧＨｚ帯素子１−１，１−２は誘電体基板３−１の第１の面４に、２１ＧＨｚ帯素子２−１は誘電体基板３−１の第２の面５にそれぞれ形成されており、接地導体７は誘電体基板３−２の上面に形成されている。   FIG. 3 is a side view showing a schematic configuration of the 12 GHz / 21 GHz band shared power supply unit. FIG. 2 shows a side view of the 12 GHz / 21 GHz band shared power supply unit when the positive direction of the y-axis is viewed from the front in FIG. As shown in FIG. 3, the 12 GHz band elements 1-1, 1-2 and the 21 GHz band element 2-1, the dielectric substrate 3-1, the ground conductor 7, and the dielectric substrate 3-2 are shown in FIG. It is superimposed from the upper side (reflecting mirror side when viewed from the power feeding unit) to the lower side (opposite side of the reflecting mirror when viewed from the power feeding unit) facing the reflecting mirror. The 12 GHz band elements 1-1 and 1-2 are formed on the first surface 4 of the dielectric substrate 3-1, and the 21 GHz band element 2-1 is formed on the second surface 5 of the dielectric substrate 3-1. The ground conductor 7 is formed on the upper surface of the dielectric substrate 3-2.

前述のとおり、衛星放送サービスを実現するために、１２ＧＨｚ帯は、１１．７０ＧＨｚから１２．７５ＧＨｚまでの１．０５ＧＨｚ幅の周波数帯が割り当てられ、２１ＧＨｚ帯は、２１．４ＧＨｚから２２．０ＧＨｚまでの６００ＭＨｚ幅の周波数帯が割り当てられている。一般に、誘電体基板３−１の基板厚を大きくすれば帯域幅を広げることができるが、厚み方向に高次モードが発生するため、基板厚の上限値は例えばλε／１６である（堀俊和、“広帯域・マルチバンドプリントアンテナ”、 信学論Ｂ、Vol.J87-B、No.9、pp.1130-1139（Sep.2004））。したがって、２１ＧＨｚ帯の基板厚の上限値は１２ＧＨｚ帯よりも小さい。ここで、λεは、誘電体内部の波長である。一方、１２ＧＨｚ帯の比帯域は８．６％であり、２１ＧＨｚ帯の比帯域は２．８％であるため、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４の広帯域化が必要になり、１２ＧＨｚ帯の基板厚を２１ＧＨｚ帯の基板厚よりも大きくする必要がある。しかし、同一の誘電体基板の同一面上に１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４と２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４とを配置すると、前述のとおり、２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４によって基板厚の上限値が決まるため、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４の基板厚を最大化することができない。 As described above, in order to realize the satellite broadcasting service, the 12 GHz band is assigned a 1.05 GHz width frequency band from 11.70 GHz to 12.75 GHz, and the 21 GHz band is from 21.4 GHz to 22.0 GHz. A frequency band with a width of 600 MHz is allocated. In general, if the thickness of the dielectric substrate 3-1 is increased, the bandwidth can be increased. However, since a higher-order mode is generated in the thickness direction, the upper limit value of the substrate thickness is, for example, λ ε / 16 (moat Toshikazu, “Broadband / multiband printed antenna”, IEICE B, Vol.J87-B, No.9, pp.1130-1139 (Sep.2004)). Therefore, the upper limit value of the substrate thickness in the 21 GHz band is smaller than that in the 12 GHz band. Here, λ ε is the wavelength inside the dielectric. On the other hand, the specific band of the 12 GHz band is 8.6%, and the specific band of the 21 GHz band is 2.8%. Therefore, it is necessary to increase the bandwidth of the 12 GHz band elements 1-1 to 1-4. It is necessary to make the substrate thickness larger than that of the 21 GHz band. However, when the 12 GHz band elements 1-1 to 1-4 and the 21 GHz band elements 2-1 to 2-4 are disposed on the same surface of the same dielectric substrate, as described above, the 21 GHz band elements 2-1 to 2 are disposed. Since the upper limit value of the substrate thickness is determined by -4, the substrate thickness of the 12 GHz band elements 1-1 to 1-4 cannot be maximized.

そこで、それぞれの周波数帯で１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４及び２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４の広帯域化を図るため、図３に示したように、接地導体７上に単一の誘電体基板３−１を設けて溝３３を切り、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４が形成された第１の面４の箇所（溝３３が存在しない箇所）を０．９ｍｍ厚とし、２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４が形成された第２の面５の箇所（溝３３が存在する箇所）を０．５ｍｍ厚とすることとした。したがって、溝３３の深さは０．４ｍｍである。これらの厚みは、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４及び２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４共に、上限値（１２ＧＨｚ帯の場合λε／１６＝０．９２ｍｍ、２１ＧＨｚ帯の場合λε／１６＝０．５３ｍｍ）を超えるものではない。これにより、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４及び２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４のそれぞれの周波数帯で、所望の広帯域化を図ることができる。 Therefore, in order to increase the bandwidth of the 12 GHz band elements 1-1 to 1-4 and the 21 GHz band elements 2-1 to 2-4 in each frequency band, as shown in FIG. The dielectric substrate 3-1 is provided, the groove 33 is cut, and the portion of the first surface 4 where the 12 GHz band elements 1-1 to 1-4 are formed (the portion where the groove 33 does not exist) is 0.9 mm thick. The portion of the second surface 5 where the 21 GHz band elements 2-1 to 2-4 are formed (the portion where the groove 33 is present) is 0.5 mm thick. Therefore, the depth of the groove 33 is 0.4 mm. These thickness, 12GHz band elements 1-1 to 1-4 and 21GHz band elements 2-1 to 2-4 together, if the upper limit (12GHz band λ ε /16=0.92mm,21GHz band lambda epsilon /16=0.53 mm). Thereby, it is possible to achieve a desired wide band in each frequency band of the 12 GHz band elements 1-1 to 1-4 and the 21 GHz band elements 2-1 to 2-4.

誘電体基板３−１，３−２は、例えば比誘電率２．５６、誘電正接０．００１６のＰＴＦＥ基板が用いられる。図１を参照して、誘電体基板３−１の１辺のサイズは２７ｍｍである。誘電体基板３−２も同様である。溝３３の幅は５．１６ｍｍである。１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４の半径は３．５５ｍｍであり、２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４の半径は２．０８ｍｍである。１２ＧＨｚ帯素子１−１，１−２間の距離は１３．５ｍｍであり、１２ＧＨｚ帯素子１−２，１−３間の距離、１２ＧＨｚ帯素子１−３，１−４間の距離、及び１２ＧＨｚ帯素子１−４，１−１間の距離も同様である。２１ＧＨｚ帯素子２−１，２−２間の距離は９．３ｍｍであり、２１ＧＨｚ帯素子２−２，２−３間の距離、２１ＧＨｚ帯素子２−３，２−４間の距離、及び２１ＧＨｚ帯素子２−４，２−１間の距離も同様である。また、図３を参照して、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４が形成された誘電体基板３−１の第１の面４における厚さは０．９ｍｍ、２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４が形成された誘電体基板３−１の第２の面５における厚さは０．５ｍｍ、誘電体基板３−２の厚さは０．２ｍｍである。   As the dielectric substrates 3-1 and 3-2, for example, a PTFE substrate having a relative dielectric constant of 2.56 and a dielectric loss tangent of 0.0016 is used. Referring to FIG. 1, the size of one side of dielectric substrate 3-1 is 27 mm. The same applies to the dielectric substrate 3-2. The width of the groove 33 is 5.16 mm. The radius of the 12 GHz band elements 1-1 to 1-4 is 3.55 mm, and the radius of the 21 GHz band elements 2-1 to 2-4 is 2.08 mm. The distance between the 12 GHz band elements 1-1 and 1-2 is 13.5 mm, the distance between the 12 GHz band elements 1-2 and 1-3, the distance between the 12 GHz band elements 1-3 and 1-4, and 12 GHz. The same applies to the distance between the band elements 1-4 and 1-1. The distance between the 21 GHz band elements 2-1 and 2-2 is 9.3 mm, the distance between the 21 GHz band elements 2-2 and 2-3, the distance between the 21 GHz band elements 2-3 and 2-4, and 21 GHz. The same applies to the distance between the band elements 2-4 and 2-1. Referring to FIG. 3, the thickness of first surface 4 of dielectric substrate 3-1 on which 12 GHz band elements 1-1 to 1-4 are formed is 0.9 mm, and 21 GHz band element 2-1 to The thickness of the second surface 5 of the dielectric substrate 3-1 on which 2-4 is formed is 0.5 mm, and the thickness of the dielectric substrate 3-2 is 0.2 mm.

１２ＧＨｚ帯素子１−１，１−２等の間隔を１３．５ｍｍとし、２１ＧＨｚ帯素子２−１，２−２等の間隔を９．３ｍｍとすることにより、後述する図６に示すように、１２ＧＨｚ帯と２１ＧＨｚ帯との双方でのエッジレベルを一致させることができ、パラボラアンテナにおいて、双方で十分な利得を得ることができる。   By setting the interval between the 12 GHz band elements 1-1, 1-2 and the like to 13.5 mm and the interval between the 21 GHz band elements 2-1 and 2-2 to 9.3 mm, as shown in FIG. Edge levels in both the 12 GHz band and the 21 GHz band can be matched, and a sufficient gain can be obtained in both in the parabolic antenna.

図４は、１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４、２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４及び給電線路１０の寸法を示す図である。図４において、ｒは１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４及び２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４の半径、ｗは給電線路１０の幅を示す。また、ｌslotAは１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４及び２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４の長い方のスロットの長さ、ｗslotAは１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４及び２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４の長い方のスロットの幅、ｌslotBは１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４及び２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４の短い方のスロットの長さ、ｗslotBは１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４及び２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４の短い方のスロットの幅を示す。また、ｌ1は１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４及び２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４の中心に対応する位置から終端までの給電線路１０の長さ、ｌ2は１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４の中心に対応する位置から開放スタブまでの給電線路１０の長さ、ｌstubは開放スタブの長さを示す。 FIG. 4 is a diagram illustrating dimensions of the 12 GHz band slot portions 8-1 to 8-4, the 21 GHz band slot portions 9-1 to 9-4, and the feed line 10. In FIG. 4, r is the radius of the 12 GHz band elements 1-1 to 1-4 and 21 GHz band elements 2-1 to 2-4, and w is the width of the feed line 10. In addition, l slotA is the longer slot length of the 12 GHz band slot portions 8-1 to 8-4 and 21 GHz band slot portions 9-1 to 9-4, and w slotA is the 12 GHz band slot portions 8-1 to 8−. The width of the longer slot of the 4 and 21 GHz band slot portions 9-1 to 9-4, l slotB is the shorter of the 12 GHz band slot portions 8-1 to 8-4 and the 21 GHz band slot portions 9-1 to 9-4 The slot length w slotB indicates the width of the shorter slot of the 12 GHz band slot portions 8-1 to 8-4 and the 21 GHz band slot portions 9-1 to 9-4. Further, l 1 is the length of the feed line 10 from the position corresponding to the center of the 12 GHz band elements 1-1 to 1-4 and the 21 GHz band elements 2-1 to 2-4 to the end, and l 2 is the 12 GHz band element 1 The length of the feed line 10 from the position corresponding to the center of −1 to 1-4 to the open stub, l stub indicates the length of the open stub.

開放スタブは、１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４における給電線路１０のインピーダンス整合を図るために、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４のみに対して設けられる。インピーダンス整合は、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４及び２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４の中心に対応する位置から終端までの給電線路１０の長さを示すｌ1を調整することによって実現されるが、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４においては、この長さｌ1のみの調整では実現困難だからである。この開放スタブは、給電線路１０をＴ字に枝分かれさせた構造になっている。ここで、インピーダンスは、一般的な高周波測定器に合わせるために、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４及び２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４共に５０Ωである。 The open stub is provided only for the 12 GHz band elements 1-1 to 1-4 in order to achieve impedance matching of the feeder line 10 in the 12 GHz band slot portions 8-1 to 8-4. Impedance matching is performed by adjusting l 1 indicating the length of the feed line 10 from the position corresponding to the center of the 12 GHz band elements 1-1 to 1-4 and the 21 GHz band elements 2-1 to 2-4 to the end. This is because, in the 12 GHz band elements 1-1 to 1-4, it is difficult to realize by adjusting only the length l 1 . The open stub has a structure in which the feeder line 10 is branched into a T shape. Here, the impedance is 50Ω for both the 12 GHz band elements 1-1 to 1-4 and the 21 GHz band elements 2-1 to 2-4 in order to match a general high frequency measuring instrument.

図５は、図１〜図３に示した１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部を適用したパラボラアンテナ（図１４に示したパラボラアンテナ）の主偏波放射パターンを示す図である。この放射パターンは、計算機シミュレーションにより得られたパラボラアンテナ全体に対するアンテナ利得を示しており、縦軸はアンテナ利得（ｄＢｉ）であり、横軸は反射鏡に対する給電部の離軸角度（度）である。また、実線は１２ＧＨｚ帯（１２．２２５ＧＨｚ）のアンテナ利得を示し、点線は２１ＧＨｚ帯（２１．７ＧＨｚ）のアンテナ利得を示す。図５から、離軸角度０度において、１２ＧＨｚ帯のアンテナ利得が３３．６ｄＢｉ、すなわちアンテナ効率が６９％であり、２１ＧＨｚ帯のアンテナ利得が３７．６ｄＢｉ、すなわちアンテナ効率が５５％であることがわかる。   FIG. 5 is a diagram showing a main polarization radiation pattern of a parabolic antenna (parabolic antenna shown in FIG. 14) to which the 12 GHz / 21 GHz band shared power feeding unit shown in FIGS. 1 to 3 is applied. This radiation pattern shows the antenna gain for the entire parabolic antenna obtained by computer simulation, the vertical axis is the antenna gain (dBi), and the horizontal axis is the off-axis angle (degrees) of the power feeding unit with respect to the reflector. . The solid line indicates the antenna gain in the 12 GHz band (12.225 GHz), and the dotted line indicates the antenna gain in the 21 GHz band (21.7 GHz). From FIG. 5, at an off-axis angle of 0 degree, the antenna gain in the 12 GHz band is 33.6 dBi, that is, the antenna efficiency is 69%, and the antenna gain in the 21 GHz band is 37.6 dBi, that is, the antenna efficiency is 55%. Recognize.

図６は、図１〜図３に示した１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部の放射パターンを示す図である。この放射パターンは、計算機シミュレーションにより得られた相対利得の特性を示しており、図１〜図３に示した１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４及び２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４の配置において、１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部に１２ＧＨｚ帯及び２１ＧＨｚ帯の信号を励振した場合を示している。縦軸は相対利得（ｄＢ）であり、横軸は反射鏡に対する給電部の離軸角度（度）であり、実線が１２ＧＨｚ帯（１２．２２５ＧＨｚ）の相対利得、点線が２１ＧＨｚ帯（２１．７ＧＨｚ）の相対利得を示している。図６から、ＬＨＣＰ（主偏波）において、１２ＧＨｚ帯の相対利得と２１ＧＨｚ帯の相対利得とは、反射鏡の開口角である離軸角度±４６度の範囲内にて放射パターンがほぼ一致していることがわかる。また、ＲＨＣＰ（交差偏波）の相対利得は、ＬＨＣＰに比べて抑えられていることがわかる。   FIG. 6 is a diagram illustrating a radiation pattern of the 12 GHz / 21 GHz band shared power feeding unit illustrated in FIGS. 1 to 3. This radiation pattern shows the characteristic of the relative gain obtained by computer simulation. The 12 GHz band elements 1-1 to 1-4 and the 21 GHz band elements 2-1 to 2-4 shown in FIGS. In the arrangement, the 12 GHz / 21 GHz band shared power supply unit is excited with signals of the 12 GHz band and the 21 GHz band. The vertical axis is the relative gain (dB), the horizontal axis is the off-axis angle (degrees) of the power feeding unit with respect to the reflector, the solid line is the relative gain of 12 GHz band (12.225 GHz), and the dotted line is the 21 GHz band (21.7 GHz). ) Relative gain. From FIG. 6, in LHCP (main polarization), the relative gain in the 12 GHz band and the relative gain in the 21 GHz band almost coincide with each other within the range of the off-axis angle ± 46 degrees that is the opening angle of the reflector. You can see that Further, it can be seen that the relative gain of RHCP (cross polarization) is suppressed as compared to LHCP.

このように、図１〜図３に示した１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部では、１２ＧＨｚ帯と２１ＧＨｚ帯との双方でのエッジレベルを一致させることができ、パラボラアンテナにおいて、双方で十分な利得を得ることができる。これにより、１２ＧＨｚ帯及び２１ＧＨｚ帯の両周波数を共用することができる。   As described above, in the 12 GHz / 21 GHz band shared power feeding unit shown in FIGS. 1 to 3, the edge levels in both the 12 GHz band and the 21 GHz band can be matched, and the parabolic antenna has a sufficient gain in both. Can be obtained. Thereby, both the frequencies of the 12 GHz band and the 21 GHz band can be shared.

図７（ａ）は、図１〜図３に示した１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部における１２ＧＨｚ帯のＶＳＷＲ特性を示す図であり、図７（ｂ）は、２１ＧＨｚ帯のＶＳＷＲ特性を示す図である。これらのＶＳＷＲ特性は、計算機シミュレーションの結果を示しており、縦軸はＶＳＷＲであり、横軸は周波数（ＧＨｚ）である。図７（ａ）（ｂ）から、１２ＧＨｚ帯の所望の帯域（１１．７０ＧＨｚ〜１２．７５ＧＨｚ）及び２１ＧＨｚ帯の所望の帯域（２１．４ＧＨｚ〜２２．０ＧＨｚ）において、ＶＳＷＲが１．５以下になっていることがわかる。   FIG. 7A is a diagram illustrating the VSWR characteristics of the 12 GHz band in the 12 GHz / 21 GHz band shared power feeding unit illustrated in FIGS. 1 to 3, and FIG. 7B is a diagram illustrating the VSWR characteristics of the 21 GHz band. is there. These VSWR characteristics show the results of computer simulation, where the vertical axis is VSWR and the horizontal axis is frequency (GHz). 7 (a) and 7 (b), the VSWR is 1.5 or less in a desired band of 12 GHz band (11.70 GHz to 12.75 GHz) and a desired band of 21 GHz band (21.4 GHz to 22.0 GHz). You can see that

このように、図１〜図３に示した１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部では、十分なＶＳＷＲ特性を得ることができ、１２ＧＨｚ帯及び２１ＧＨｚ帯の両周波数を共用することができると共に、衛星放送受信用として十分な性能が得られる。   As described above, the 12 GHz / 21 GHz band shared power supply unit shown in FIGS. 1 to 3 can obtain a sufficient VSWR characteristic, can share both the 12 GHz band and the 21 GHz band, and can receive satellite broadcasting. Sufficient performance can be obtained.

以上のように、図１〜図３に示した溝基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部によれば、接地導体７からパラボラアンテナの反射鏡へ向けて見たときに、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４及び２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４を、誘電体基板３−１上に両素子が重ならないように配置し、かつ、４５度ずらして１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４を誘電体基板３−１の第１の面４に形成し、２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４を誘電体基板３−１の溝３３の底面である第２の面５に形成して配置するようにした。また、１２ＧＨｚ帯及び２１ＧＨｚ帯の帯域幅と、厚み方向に高次モードが発生する基板厚の上限（例えばλε／１６）とを考慮して、誘電体基板３−１に溝３３を形成し、それぞれの厚みを所定長とするようにした。これにより、パラボラアンテナの反射鏡に対向する１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部として小型化を図ることができ、省スペース化及び低コスト化を図ることができる。 As described above, according to the groove substrate type 12 GHz / 21 GHz band common power feeding section shown in FIGS. 1 to 3, when viewed from the ground conductor 7 toward the reflector of the parabolic antenna, the 12 GHz band element 1-1 is used. .About.1-4 and 21 GHz band elements 2-1 to 2-4 are arranged on the dielectric substrate 3-1 so as not to overlap each other, and are shifted by 45 degrees to 12 GHz band elements 1-1 to 1-1. 4 is formed on the first surface 4 of the dielectric substrate 3-1, and 21 GHz band elements 2-1 to 2-4 are formed on the second surface 5 which is the bottom surface of the groove 33 of the dielectric substrate 3-1. And arranged. Further, in consideration of the bandwidth of the 12 GHz band and the 21 GHz band and the upper limit of the substrate thickness (for example, λ ε / 16) in which the higher-order mode is generated in the thickness direction, the groove 33 is formed in the dielectric substrate 3-1. Each thickness is set to a predetermined length. As a result, it is possible to reduce the size of the 12 GHz / 21 GHz band shared power supply unit facing the reflector of the parabolic antenna, and to achieve space saving and cost reduction.

また、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４の間隔及び２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４の間隔を調整することにより、所望の利得特性及びビーム幅を得ることができる。これにより、１２ＧＨｚ帯と２１ＧＨｚ帯の双方で所望のビーム幅とし、エッジレベルを一致させることができ、パラボラアンテナにおいて、十分な利得を得ることができる。したがって、１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部を、パラボラアンテナの給電部として最適化することができる。   Further, by adjusting the distance between the 12 GHz band elements 1-1 to 1-4 and the distance between the 21 GHz band elements 2-1 to 2-4, desired gain characteristics and beam width can be obtained. As a result, the desired beam width can be obtained in both the 12 GHz band and the 21 GHz band, the edge levels can be matched, and a sufficient gain can be obtained in the parabolic antenna. Therefore, the 12 GHz / 21 GHz band shared power supply unit can be optimized as a power supply unit for the parabolic antenna.

〔積層基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部〕
次に、本発明の実施形態によるアンテナ装置に用いる他の２周波共用給電部について説明する。この２周波共用給電部は、電磁結合方式を用いるものであり、４つのマイクロストリップ素子からなる低周波アレーアンテナと、４つのマイクロストリップ素子からなる高周波アレーアンテナとを、別々の基板上に４５度ずらして配置したものである。 [Multilayer substrate type 12 GHz / 21 GHz band shared power feeding section]
Next, another dual-frequency power feeding unit used in the antenna device according to the embodiment of the present invention will be described. This dual-frequency shared power supply unit uses an electromagnetic coupling method, and a low-frequency array antenna composed of four microstrip elements and a high-frequency array antenna composed of four microstrip elements are arranged at 45 degrees on separate substrates. It is a staggered arrangement.

図８は、本発明の実施形態によるアンテナ装置に用いる他の１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部の構造を説明する図である。この１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部は、３層の基板により構成され、１層目の接地導体板２３と、接地導体板２３の上側に配置される２層目の２１ＧＨｚ帯アレーアンテナ２２と、２１ＧＨｚ帯アレーアンテナ２２の上側に配置される３層目の１２ＧＨｚ帯アレーアンテナ２１とを積層した構造になっている。３層目の１２ＧＨｚ帯アレーアンテナ２１の上面は、図１４に示したパラボラアンテナにおいて、反射鏡に対向している。   FIG. 8 is a diagram illustrating the structure of another 12 GHz / 21 GHz band shared power feeding unit used in the antenna device according to the embodiment of the present invention. This 12 GHz / 21 GHz band shared power feeding portion is constituted by a three-layer substrate, and includes a first-layer ground conductor plate 23, a second-layer 21 GHz-band array antenna 22 disposed above the ground conductor plate 23, and 21 GHz. A third layer 12 GHz band array antenna 21 disposed on the upper side of the band array antenna 22 is laminated. The top surface of the third-layer 12 GHz band array antenna 21 faces the reflecting mirror in the parabolic antenna shown in FIG.

１層目の接地導体板２３は、誘電体からなる平面基板（誘電体基板）１４−３の上面に接地導体１５が形成され、誘電体基板１４−３の下面に給電線路１８が設けられている。接地導体１５には、４つの１２ＧＨｚ帯スロット部（低周波数帯スロット部）１６−１〜１６−４及び４つの２１ＧＨｚ帯スロット部（高周波数帯スロット部）１７−１〜１７−４が形成されている。また、給電線路１８は、１２ＧＨｚ帯スロット部１６−１〜１６−４及び２１ＧＨｚ帯スロット部１７−１〜１７−４のそれぞれに対応して設けられている。   The ground conductor plate 23 of the first layer has a ground conductor 15 formed on the upper surface of a dielectric flat substrate (dielectric substrate) 14-3, and a feed line 18 provided on the lower surface of the dielectric substrate 14-3. Yes. The ground conductor 15 is formed with four 12 GHz band slot portions (low frequency band slot portions) 16-1 to 16-4 and four 21 GHz band slot portions (high frequency band slot portions) 17-1 to 17-4. ing. The feed line 18 is provided corresponding to each of the 12 GHz band slot portions 16-1 to 16-4 and the 21 GHz band slot portions 17-1 to 17-4.

２層目の２１ＧＨｚ帯アレーアンテナ２２は、誘電体からなる平面基板（誘電体基板）１４−２に、２１ＧＨｚ帯の周波数帯域で共振する４つのマイクロストリップ素子である２１ＧＨｚ帯素子（高周波素子）１２−１〜１２−４が形成されている。２１ＧＨｚ帯素子１２−１〜１２−４は、ｚ方向において、接地導体板２３の２１ＧＨｚ帯スロット部１７−１〜１７−４にそれぞれ対応した位置に形成されている。   The second-layer 21 GHz band array antenna 22 is a 21 GHz band element (high frequency element) 12 that is four microstrip elements that resonate in a frequency band of 21 GHz on a planar substrate (dielectric substrate) 14-2 made of a dielectric. -1 to 12-4 are formed. The 21 GHz band elements 12-1 to 12-4 are formed in positions corresponding to the 21 GHz band slot portions 17-1 to 17-4 of the ground conductor plate 23 in the z direction, respectively.

３層目の１２ＧＨｚ帯アレーアンテナ２１は、誘電体からなる平面基板（誘電体基板）１４−１に、１２ＧＨｚ帯の周波数帯域で共振する４つのマイクロストリップ素子である１２ＧＨｚ帯素子（低周波素子）１１−１〜１１−４が形成されている。１２ＧＨｚ帯素子１１−１〜１１−４は、ｚ方向において、接地導体板２３の１２ＧＨｚ帯スロット部１６−１〜１６−４にそれぞれ対応した位置に形成されている。   The third-layer 12 GHz band array antenna 21 is a 12 GHz band element (low frequency element) that is four microstrip elements that resonate in a frequency band of 12 GHz on a planar substrate (dielectric substrate) 14-1 made of a dielectric. 11-1 to 11-4 are formed. The 12 GHz band elements 11-1 to 11-4 are formed at positions corresponding to the 12 GHz band slot portions 16-1 to 16-4 of the ground conductor plate 23 in the z direction, respectively.

誘電体基板１４−１〜１４−３の上面及び下面の形状は正方形であり、１２ＧＨｚ帯素子１１−１〜１１−４及び２１ＧＨｚ帯素子１２−１〜１２−４の形状（上面及び下面の形状）はいずれも円形である。１２ＧＨｚ帯素子１１−１〜１１−４は、それぞれの素子の円周に接して正方形を形成するように（それぞれの素子の中央点を頂点として正方形を形成するように）、誘電体基板１４−１上に配置されている。また、２１ＧＨｚ帯素子１２−１〜１２−４は、それぞれの素子の円周に接して正方形を形成するように（それぞれの素子の中央点を頂点として正方形を形成するように）、誘電体基板１４−２上に配置されている。これらの正方形は、それぞれ誘電体基板１４−１，１４−２の中央に形成され、隣り合う１２ＧＨｚ帯素子１１−１〜１１−４の間隔は同一であり、隣り合う２１ＧＨｚ帯素子１２−１〜１２−４の間隔も同一である。   The shapes of the upper and lower surfaces of the dielectric substrates 14-1 to 14-3 are square, and the shapes of the 12 GHz band elements 11-1 to 11-4 and the 21 GHz band elements 12-1 to 12-4 (the shapes of the upper and lower surfaces). ) Are all circular. The 12 GHz band elements 11-1 to 11-4 are in contact with the circumference of each element to form a square (so that a square is formed with the center point of each element as a vertex), and the dielectric substrate 14- 1 is arranged. The 21 GHz band elements 12-1 to 12-4 are formed in a dielectric substrate so as to form a square in contact with the circumference of each element (so that a square is formed with the center point of each element as a vertex). 14-2. These squares are respectively formed at the centers of the dielectric substrates 14-1 and 14-2, and the intervals between the adjacent 12 GHz band elements 11-1 to 11-4 are the same, and the adjacent 21 GHz band elements 12-1 to 12-1. The interval 12-4 is also the same.

１２ＧＨｚ帯素子１１−１〜１１−４により形成される正方形と、２１ＧＨｚ帯素子１２−１〜１２−４により形成される正方形とは、両素子が重ならないように、４５度ずらして配置されている。これにより、１２ＧＨｚ帯素子１１−１〜１１−４と２１ＧＨｚ帯素子１２−１〜１２−４との位置関係が対称形になるので、低周波アレーアンテナ及び高周波アレーアンテナ共に対称形の放射パターンを形成することができ、反射鏡と組み合わせたときのパラボラアンテナとしての利得を向上させることができる。また、径及び間隔の長い１２ＧＨｚ帯素子１１−１〜１１−４の内側に、径及び間隔の短い２１ＧＨｚ帯素子１２−１〜１２−４が配置され、１２ＧＨｚ帯素子１１−１〜１１−４と２１ＧＨｚ帯素子１２−１〜１２−４とを別々の領域に配置する必要がないから、パラボラアンテナの反射鏡に対向する１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部として小型化を図ることができる。径及び間隔については後述する。また、誘電体基板１４−１上に配置された１２ＧＨｚ帯素子１１−１〜１１−４と誘電体基板１４−２上に配置された２１ＧＨｚ帯素子１２−１〜１２−４との間で、一方の素子が他方の素子の放射を遮ることがないから、所望の利得特性を得ることができ、２周波の放送信号を受信し分離することが可能となる。   The square formed by the 12 GHz band elements 11-1 to 11-4 and the square formed by the 21 GHz band elements 12-1 to 12-4 are shifted by 45 degrees so that both elements do not overlap. Yes. As a result, the positional relationship between the 12 GHz band elements 11-1 to 11-4 and the 21 GHz band elements 12-1 to 12-4 becomes symmetric, so that both the low frequency array antenna and the high frequency array antenna have a symmetric radiation pattern. The gain as a parabolic antenna when combined with a reflecting mirror can be improved. Also, 21 GHz band elements 12-1 to 12-4 with short diameters and intervals are arranged inside the 12 GHz band elements 11-1 to 11-4 with long diameters and intervals, and 12 GHz band elements 11-1 to 11-4. And 21 GHz band elements 12-1 to 12-4 need not be arranged in separate areas, and thus can be miniaturized as a 12 GHz / 21 GHz band common power feeding portion facing the reflector of the parabolic antenna. The diameter and interval will be described later. Also, between the 12 GHz band elements 11-1 to 11-4 disposed on the dielectric substrate 14-1 and the 21 GHz band elements 12-1 to 12-4 disposed on the dielectric substrate 14-2, Since one element does not block the radiation of the other element, a desired gain characteristic can be obtained, and a two-frequency broadcast signal can be received and separated.

１層目の接地導体板２３における１２ＧＨｚ帯スロット部１６−１〜１６−４及び２１ＧＨｚ帯スロット部１７−１〜１７−４は、図２に示した接地導体板３２における１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４及び２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４と同様である。   The 12 GHz band slot portions 16-1 to 16-4 and the 21 GHz band slot portions 17-1 to 17-4 in the ground conductor plate 23 of the first layer are the 12 GHz band slot portions 8-in the ground conductor plate 32 shown in FIG. The same as the 1-8-4 and 21 GHz band slot portions 9-1 to 9-4.

誘電体基板１４−１〜１４−３は、例えば比誘電率２．５６、誘電正接０．００１６のＰＴＦＥ基板が用いられる。誘電体基板１４−１〜１４−３の１辺のサイズは２７ｍｍであり、その厚さはそれぞれ０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、０．２ｍｍである。１２ＧＨｚ帯素子１１−１〜１１−４の半径は３．５６ｍｍであり、２１ＧＨｚ帯素子１２−１〜１２−４の半径は１．９４ｍｍである。１２ＧＨｚ帯素子１１−１，１１−２間の距離は１３．５ｍｍであり、１２ＧＨｚ帯素子１１−２，１１−３間の距離、１２ＧＨｚ帯素子１１−３，１１−４間の距離、及び１２ＧＨｚ帯素子１１−４，１１−１間の距離も同様である。２１ＧＨｚ帯素子１２−１，１２−２間の距離は９．３ｍｍであり、２１ＧＨｚ帯素子１２−２，１２−３間の距離、２１ＧＨｚ帯素子１２−３，１２−４間の距離、及び２１ＧＨｚ帯素子１２−４，１２−１間の距離も同様である。   As the dielectric substrates 14-1 to 14-3, for example, PTFE substrates having a relative dielectric constant of 2.56 and a dielectric loss tangent of 0.0016 are used. The size of one side of the dielectric substrates 14-1 to 14-3 is 27 mm, and the thicknesses are 0.4 mm, 0.5 mm, and 0.2 mm, respectively. The radius of the 12 GHz band elements 11-1 to 11-4 is 3.56 mm, and the radius of the 21 GHz band elements 12-1 to 12-4 is 1.94 mm. The distance between the 12 GHz band elements 11-1 and 11-2 is 13.5 mm, the distance between the 12 GHz band elements 11-2 and 11-3, the distance between the 12 GHz band elements 11-3 and 11-4, and 12 GHz. The same applies to the distance between the band elements 11-4 and 11-1. The distance between the 21 GHz band elements 12-1 and 12-2 is 9.3 mm, the distance between the 21 GHz band elements 12-2 and 12-3, the distance between the 21 GHz band elements 12-3 and 12-4, and 21 GHz. The same applies to the distance between the band elements 12-4 and 12-1.

このように、１２ＧＨｚ帯素子１１−１，１１−２等の間隔を１３．５ｍｍとし、２１ＧＨｚ帯素子１２−１，１２−２等の間隔を９．３ｍｍとすることにより、１２ＧＨｚ帯と２１ＧＨｚ帯との双方でのエッジレベルを一致させることができ、パラボラアンテナにおいて、双方で十分な利得を得ることができる。   Thus, by setting the interval between the 12 GHz band elements 11-1 and 11-2 to 13.5 mm and the interval between the 21 GHz band elements 12-1, 12-2 to 9.3 mm, the 12 GHz band and the 21 GHz band The edge levels at both sides can be matched, and a sufficient gain can be obtained at both sides in the parabolic antenna.

また、１２ＧＨｚ帯素子１１−１〜１１−４、誘電体基板１４−１、２１ＧＨｚ帯素子１２−１〜１２−４、誘電体基板１４−２、接地導体１５及び誘電体基板１４−３を積層構造とし、１２ＧＨｚ帯素子１１−１〜１１−４について、接地導体１５との間の基板厚を０．９ｍｍとし、２１ＧＨｚ帯素子１２−１〜１２−４について、接地導体１５との間の基板厚を０．５ｍｍとした。これにより、１２ＧＨｚ帯素子１１−１〜１１−４及び２１ＧＨｚ帯素子１２−１〜１２−４のそれぞれの周波数帯で、所望の広帯域化を図ることができる。   Also, 12 GHz band elements 11-1 to 11-4, dielectric substrate 14-1, 21 GHz band elements 12-1 to 12-4, dielectric substrate 14-2, ground conductor 15 and dielectric substrate 14-3 are laminated. The board thickness between the ground conductor 15 and the 12 GHz band elements 11-1 to 11-4 is 0.9 mm, and the board between the ground conductor 15 and the 21 GHz band elements 12-1 to 12-4. The thickness was 0.5 mm. Thereby, it is possible to achieve a desired wide band in each frequency band of the 12 GHz band elements 11-1 to 11-4 and the 21 GHz band elements 12-1 to 12-4.

図９は、図８に示した他の１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部を適用したパラボラアンテナ（図１４に示したパラボラアンテナ）の主偏波放射パターンを示す図である。この放射パターンは、計算機シミュレーションにより得られたパラボラアンテナ全体に対するアンテナ利得を示しており、縦軸はアンテナ利得（ｄＢｉ）であり、横軸は反射鏡に対する給電部の離軸角度（度）である。また、実線は１２ＧＨｚ帯（１２．２２５ＧＨｚ）のアンテナ利得を示し、点線は２１ＧＨｚ帯（２１．７ＧＨｚ）のアンテナ利得を示す。図９から、離軸角度０度において、１２ＧＨｚ帯のアンテナ利得が３３．５ｄＢｉ、すなわちアンテナ効率が６８％であり、２１ＧＨｚ帯のアンテナ利得が３７．２ｄＢｉ、すなわちアンテナ効率が５０％であることがわかる。   FIG. 9 is a diagram showing a main polarization radiation pattern of a parabolic antenna (parabolic antenna shown in FIG. 14) to which the other 12 GHz / 21 GHz band shared power feeding portion shown in FIG. 8 is applied. This radiation pattern shows the antenna gain for the entire parabolic antenna obtained by computer simulation, the vertical axis is the antenna gain (dBi), and the horizontal axis is the off-axis angle (degrees) of the power feeding unit with respect to the reflector. . The solid line indicates the antenna gain in the 12 GHz band (12.225 GHz), and the dotted line indicates the antenna gain in the 21 GHz band (21.7 GHz). From FIG. 9, it can be seen that at an off-axis angle of 0 degrees, the antenna gain in the 12 GHz band is 33.5 dBi, that is, the antenna efficiency is 68%, and the antenna gain in the 21 GHz band is 37.2 dBi, that is, the antenna efficiency is 50%. Recognize.

以上のように、図８に示した積層基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部によれば、接地導体１５からパラボラアンテナの反射鏡へ向けて見たときに、１２ＧＨｚ帯素子１１−１〜１１−４と２１ＧＨｚ帯素子１２−１〜１２−４とを、誘電体基板１４−１，１４−２上に両素子が重ならないように配置し、かつ、４５度ずらして１２ＧＨｚ帯素子１１−１〜１１−４を誘電体基板１４−１上に形成し、２１ＧＨｚ帯素子１２−１〜１２−４を誘電体基板１４−２上に形成して配置するようにした。また、１２ＧＨｚ帯及び２１ＧＨｚ帯の帯域幅と、厚み方向に高次モードが発生する基板厚の上限（例えばλε／１６）とを考慮して、積層構造を構成し、誘電体基板１４−１，１４−２の厚みを所定長とするようにした。これにより、パラボラアンテナの反射鏡に対向する１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部として小型化を図ることができ、省スペース化及び低コスト化を図ることができる。 As described above, according to the laminated substrate type 12 GHz / 21 GHz band shared power feeding section shown in FIG. 8, when viewed from the ground conductor 15 toward the reflector of the parabolic antenna, the 12 GHz band elements 11-1 to 11- 4 and 21 GHz band elements 12-1 to 12-4 are arranged on the dielectric substrates 14-1 and 14-2 so that they do not overlap with each other, and are shifted by 45 degrees to 12 GHz band elements 11-1 to 11-1. 11-4 was formed on the dielectric substrate 14-1, and 21 GHz band elements 12-1 to 12-4 were formed and disposed on the dielectric substrate 14-2. Further, in consideration of the bandwidths of the 12 GHz band and the 21 GHz band and the upper limit (for example, λ ε / 16) of the substrate thickness in which the higher-order mode is generated in the thickness direction, a laminated structure is formed, and the dielectric substrate 14-1 14-2 have a predetermined length. As a result, it is possible to reduce the size of the 12 GHz / 21 GHz band shared power supply unit facing the reflector of the parabolic antenna, and to achieve space saving and cost reduction.

また、１２ＧＨｚ帯素子１１−１〜１１−４の間隔及び２１ＧＨｚ帯素子１２−１〜１２−４の間隔を調整することにより、所望の利得特性及びビーム幅を得ることができる。これにより、１２ＧＨｚ帯と２１ＧＨｚ帯の双方で所望のビーム幅とし、エッジレベルを一致させることができ、パラボラアンテナにおいて、十分な利得を得ることができる。したがって、１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部を、パラボラアンテナの給電部として最適化することができる。   Further, by adjusting the distance between the 12 GHz band elements 11-1 to 11-4 and the distance between the 21 GHz band elements 12-1 to 12-4, desired gain characteristics and beam width can be obtained. As a result, the desired beam width can be obtained in both the 12 GHz band and the 21 GHz band, the edge levels can be matched, and a sufficient gain can be obtained in the parabolic antenna. Therefore, the 12 GHz / 21 GHz band shared power supply unit can be optimized as a power supply unit for the parabolic antenna.

〔溝基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部と積層基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部の比較〕
次に、図１〜図３に示した溝基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部と図８に示した積層基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部との間の放射パターンについて比較する。図１０は、前述の２つの１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部をパラボラアンテナ（図１４に示したパラボラアンテナ）に適用した場合の２１ＧＨｚ帯におけるパラボラアンテナの主偏波放射パターンを比較した図である。この放射パターンは、図５に示した溝基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部による放射パターン、及び図９に示した積層基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部による放射パターンにおいて、離軸角度が−２〜＋２度の範囲における２１ＧＨｚ帯のパラボラアンテナのアンテナ利得を示している。実線は溝基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部によるパラボラアンテナのアンテナ利得、点線が積層基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部によるパラボラアンテナのアンテナ利得である。図１０から、溝基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部を用いたアンテナ装置における２１ＧＨｚ帯のアンテナ利得は、積層基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部に比べて０．４ｄＢ向上し、これをアンテナ効率に換算すると、アンテナ効率は５％向上することがわかる。 [Comparison between groove substrate type 12 GHz / 21 GHz band shared power supply unit and laminated substrate type 12 GHz / 21 GHz band shared power supply unit]
Next, the radiation patterns between the groove substrate type 12 GHz / 21 GHz band shared power supply unit shown in FIGS. 1 to 3 and the laminated substrate type 12 GHz / 21 GHz band shared power supply unit shown in FIG. 8 will be compared. FIG. 10 is a diagram comparing the main polarization radiation patterns of the parabolic antenna in the 21 GHz band when the above-described two 12 GHz / 21 GHz band shared power feeding units are applied to the parabolic antenna (the parabolic antenna shown in FIG. 14). In this radiation pattern, in the radiation pattern by the grooved substrate type 12 GHz / 21 GHz band shared power supply unit shown in FIG. 5 and the radiation pattern by the laminated substrate type 12 GHz / 21 GHz band shared power supply unit shown in FIG. The antenna gain of the 21 GHz band parabolic antenna in the range of 2 to +2 degrees is shown. The solid line indicates the antenna gain of the parabolic antenna by the grooved substrate type 12 GHz / 21 GHz band shared power supply unit, and the dotted line indicates the antenna gain of the parabolic antenna by the laminated substrate type 12 GHz / 21 GHz band shared power supply unit. From FIG. 10, the antenna gain of the 21 GHz band in the antenna device using the grooved substrate type 12 GHz / 21 GHz band shared power supply unit is improved by 0.4 dB compared to the laminated substrate type 12 GHz / 21 GHz band shared power supply unit, which is compared with the antenna efficiency. It can be seen that the antenna efficiency is improved by 5%.

このように、図１〜図３に示した溝基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部を用いたアンテナ装置では、図８に示した積層基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部を用いたアンテナ装置よりも、２１ＧＨｚ帯のアンテナ利得を向上させることができる。これは、溝基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部の２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４が、他の誘電体基板に遮られることなく露出しており、積層基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部に比べ、電波の放射が妨げられないからである。したがって、溝基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部では、誘電体基板３−１に溝３３を設け、溝３３が存在しない第１の面４に１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４を形成し、溝３３の底面である第２の面５に２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４を形成し、基板厚を最大化するようにしたから、２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４のアンテナ利得を低減させることなく広帯域化を図ると共に、２周波の放送信号を受信して分離することが可能となる。   As described above, the antenna device using the grooved substrate type 12 GHz / 21 GHz band shared power supply unit shown in FIGS. 1 to 3 is more than the antenna device using the laminated substrate type 12 GHz / 21 GHz band shared power supply unit shown in FIG. In addition, the antenna gain in the 21 GHz band can be improved. This is because the 21 GHz band elements 2-1 to 2-4 of the grooved substrate type 12 GHz / 21 GHz band common power feeding section are exposed without being blocked by other dielectric substrates, and the laminated substrate type 12 GHz / 21 GHz band common power feeding. This is because the emission of radio waves is not hindered compared to the part. Therefore, in the groove substrate type 12 GHz / 21 GHz band shared power feeding portion, the groove 33 is provided in the dielectric substrate 3-1, and the 12 GHz band elements 1-1 to 1-4 are formed on the first surface 4 where the groove 33 does not exist. Since the 21 GHz band elements 2-1 to 2-4 are formed on the second surface 5 which is the bottom surface of the groove 33 and the substrate thickness is maximized, the antenna of the 21 GHz band elements 2-1 to 2-4 is obtained. It is possible to increase the bandwidth without reducing the gain, and to receive and separate the broadcast signal of two frequencies.

以上、実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、図１〜図３に示した溝基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部では、誘電体基板３−１上において、溝３３が存在しない第１の面４の所定位置に１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４が配置され、溝３３が存在する第２の面５の所定位置に２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４が配置されるようにした。これに対し、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４は、必ずしも第１の面４の所定位置に配置される必要はなく、例えば、溝３３のエッジ６に接して配置されるようにしてもよい。同様に、２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４は、必ずしも第２の面５の所定位置に配置される必要はなく、例えば、溝３３のエッジ６に接して配置されるようにしてもよい。要するに、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４は、接地導体７との間で所定の距離（誘電体基板３−１の厚さ）を確保できるように、第１の面４に配置されればよく、２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４も、接地導体７との間で所定の距離を確保できるように、第２の面５に配置されればよい。   The present invention has been described with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the technical idea thereof. For example, in the groove substrate type 12 GHz / 21 GHz band shared power feeding section shown in FIGS. 1 to 3, the 12 GHz band element 1-is provided at a predetermined position on the first surface 4 where the groove 33 does not exist on the dielectric substrate 3-1. 1 to 1-4 are arranged, and 21 GHz band elements 2-1 to 2-4 are arranged at predetermined positions on the second surface 5 where the grooves 33 exist. On the other hand, the 12 GHz band elements 1-1 to 1-4 are not necessarily arranged at predetermined positions on the first surface 4, and may be arranged in contact with the edge 6 of the groove 33, for example. Good. Similarly, the 21 GHz band elements 2-1 to 2-4 are not necessarily arranged at predetermined positions on the second surface 5, and may be arranged in contact with the edge 6 of the groove 33, for example. . In short, the 12 GHz band elements 1-1 to 1-4 are arranged on the first surface 4 so as to ensure a predetermined distance (thickness of the dielectric substrate 3-1) with the ground conductor 7. What is necessary is just to arrange | position the 21 GHz band elements 2-1 to 2-4 also to the 2nd surface 5 so that a predetermined distance can be ensured between the ground conductors 7.

また、図１〜図３に示した溝基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部では、溝３３のエッジ６が、誘電体基板３−１の第１の面４及び第２の面５に対して垂直に形成されているが、必ずしも垂直でなくてもよい。例えば、エッジ６が第１の面４及び第２の面５に対して斜めに形成されるようにしてもよい。要するに、溝３３は、所定の広帯域化を実現するために、誘電体基板３−１において異なる２つの厚み（１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４用の厚み及び２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４用の厚み）となるように形成されればよい。   Moreover, in the groove substrate type 12 GHz / 21 GHz band shared power feeding section shown in FIGS. 1 to 3, the edge 6 of the groove 33 is in relation to the first surface 4 and the second surface 5 of the dielectric substrate 3-1. Although formed vertically, it does not necessarily have to be vertical. For example, the edge 6 may be formed obliquely with respect to the first surface 4 and the second surface 5. In short, the groove 33 has two different thicknesses in the dielectric substrate 3-1 (thicknesses for the 12 GHz band elements 1-1 to 1-4 and 21 GHz band elements 2-1 to 2) in order to realize a predetermined broad band. -4 thickness).

また、図１〜図３に示した溝基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部では、溝３３が、誘電体基板３−１上に十字型の凹形状となるように形成されているが、必ずしも十字型でなくてもよく、本発明は、溝３３の形状及び数を限定するものではない。例えば、溝３３は、第２の面５に２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４がそれぞれ形成される４つの凹部であってもよく、円柱状または直方体状の溝３３であってもよい。要するに、溝３３は、前述のとおり、所定の広帯域化を実現するために、誘電体基板３−１に所定の厚みとなるように形成されればよい。   Further, in the groove substrate type 12 GHz / 21 GHz band shared power feeding portion shown in FIGS. 1 to 3, the groove 33 is formed on the dielectric substrate 3-1 so as to have a cross-shaped concave shape. The shape may not be a cross shape, and the present invention does not limit the shape and number of the grooves 33. For example, the groove 33 may be four recesses in which the 21 GHz band elements 2-1 to 2-4 are formed on the second surface 5, respectively, or may be a columnar or rectangular parallelepiped groove 33. In short, as described above, the groove 33 may be formed on the dielectric substrate 3-1 so as to have a predetermined thickness in order to realize a predetermined broad band.

また、図１〜図３及び図８に示した１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部では、円偏波を発生させるようにしたが、スロット長が異なる直交した２つのスロットを有する１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４，１６−１〜１６−４及び２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４，１７−１〜１７−４の代わりに、スロット長が同一の直交した２つのスロットを有する、または１つスロットのみを有するスロット部をそれぞれ形成することにより、直線偏波を発生させることができる。この場合、２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４，１７−１〜１７−４は、１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４，１６−１〜１６−４よりも短いスロットが形成され、スロットが全て同じ向きになるように配置される。また、１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４，１６−１〜１６−４及び２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４，１７−１〜１７−４は、位相差０（つまり同相）にてそれぞれ給電される。このように、１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部の接地導体板３２，２３に、スロット長が異なる直交した２つのスロットを有する１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４，１６−１〜１６−４及び２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４，１７−１〜１７−４を形成することにより、円偏波を発生させることができる。一方、１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部の接地導体板３２，２３に、スロット長が同一の直交した２つのスロットを有する、または１つのスロットのみを有する１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４，１６−１〜１６−４及び２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４，１７−１〜１７−４を形成することにより、直線偏波を発生させることができる。   In addition, in the 12 GHz / 21 GHz band shared power feeding unit shown in FIGS. 1 to 3 and FIG. 8, circular polarization is generated, but a 12 GHz band slot unit 8-having two orthogonal slots having different slot lengths. 1-8-4, 16-1 to 16-4, and 21 GHz band slot portions 9-1 to 9-4, 17-1 to 17-4, instead of two slots having the same slot length, Alternatively, linearly polarized waves can be generated by forming slot portions each having only one slot. In this case, the slots of the 21 GHz band slot portions 9-1 to 9-4 and 17-1 to 17-4 are shorter than the 12 GHz band slot portions 8-1 to 8-4 and 16-1 to 16-4. , The slots are all arranged in the same direction. Further, the 12 GHz band slot portions 8-1 to 8-4, 16-1 to 16-4 and the 21 GHz band slot portions 9-1 to 9-4, 17-1 to 17-4 have a phase difference of 0 (that is, the same phase). Each is supplied with power. In this way, the 12 GHz / 21 GHz band shared power feeding portion ground conductor plates 32 and 23 have 12 GHz band slot portions 8-1 to 8-4 and 16-1 to 16-4 having two orthogonal slots having different slot lengths. And by forming the 21 GHz band slot portions 9-1 to 9-4 and 17-1 to 17-4, circularly polarized waves can be generated. On the other hand, the ground conductor plates 32 and 23 of the 12 GHz / 21 GHz band shared power feeding portion have two orthogonal slots having the same slot length, or 12 GHz band slot portions 8-1 to 8-4 having only one slot, By forming the 16-1 to 16-4 and 21 GHz band slot portions 9-1 to 9-4 and 17-1 to 17-4, linearly polarized waves can be generated.

これにより、将来の２１ＧＨｚ帯の放送衛星で円偏波が用いられる場合には、図２及び図８に示したように、接地導体板３２，２３に、スロット長が異なる直交した２つのスロットを有する１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４，１６−１〜１６−４及び２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４，１７−１〜１７−４を形成することにより、現行の１２ＧＨｚ帯の放送衛星で用いられている円偏波に適用することができると共に、２１ＧＨｚ帯の放送衛星で用いられる円偏波にも適用することができる。また、将来の２１ＧＨｚ帯の放送衛星で直線偏波が用いられる場合には、接地導体板３２，２３に、スロット長が異なる直交した２つのスロットを有する１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４，１６−１〜１６−４を形成し、スロット長が同一の直交した２つのスロットを有する、または１つのスロットのみを有する２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４，１７−１〜１７−４を形成することにより、現行の１２ＧＨｚ帯の放送衛星で用いられている円偏波に適用することができると共に、２１ＧＨｚ帯の放送衛星で用いられる直線偏波にも適用することができる。つまり、２１ＧＨｚ帯の衛星放送が現行の１２ＧＨｚ帯の衛星放送と同様に東経１１０°から送信される場合には、１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部を用いることにより、１つのアンテナ装置で両方の衛星放送を受信することが可能となる。   As a result, when circularly polarized waves are used in a future 21 GHz band broadcasting satellite, two orthogonal slots having different slot lengths are provided on the ground conductor plates 32 and 23 as shown in FIGS. By forming the 12 GHz band slot portions 8-1 to 8-4, 16-1 to 16-4 and 21 GHz band slot portions 9-1 to 9-4 and 17-1 to 17-4, the current 12 GHz band The present invention can be applied to circularly polarized waves used in broadcasting satellites of the same frequency band, and can also be applied to circularly polarized waves used in 21 GHz band broadcasting satellites. Further, when a linearly polarized wave is used in a future 21 GHz band broadcasting satellite, the 12 GHz band slot portions 8-1 to 8-4 having two orthogonal slots having different slot lengths on the ground conductor plates 32 and 23. , 16-1 to 16-4, and have two orthogonal slots having the same slot length, or have only one slot, 21 GHz band slot portions 9-1 to 9-4, 17-1 to 17- 4 can be applied to circularly polarized waves used in current 12 GHz band broadcasting satellites, and can also be applied to linearly polarized waves used in 21 GHz band broadcasting satellites. In other words, when a 21 GHz band satellite broadcast is transmitted from 110 ° east longitude in the same way as the current 12 GHz band satellite broadcast, both satellite broadcasts can be performed with a single antenna device by using the 12 GHz / 21 GHz band shared power feeding unit. Can be received.

また、図１〜図３及び図８に示した１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部では、給電方式を電磁結合方式としたが、ピン給電方式とするようにしてもよい。ピン給電方式は既知であるから、ここでは詳細な説明を省略する。また、本発明は、給電方式を限定するものではなく、他の給電方式であってもよい。   Moreover, in the 12 GHz / 21 GHz band shared power supply unit shown in FIGS. 1 to 3 and FIG. 8, the power supply method is an electromagnetic coupling method, but it may be a pin power supply method. Since the pin feeding method is known, a detailed description is omitted here. Further, the present invention does not limit the power feeding method, and other power feeding methods may be used.

また、図１〜図３及び図８に示した１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部では、低周波数帯を１２ＧＨｚ帯とし、高周波数帯を２１ＧＨｚ帯とした場合について説明したが、他の低周波数帯、及び当該他の低周波数帯よりも高い高周波数帯にも適用することができる。この場合、それぞれの素子のサイズ及び素子の間隔等は、周波数帯に合わせて最適化する必要がある。また、１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部は、受信アンテナだけでなく送信アンテナにも適用することができる。   In addition, in the 12 GHz / 21 GHz band shared power supply unit shown in FIGS. 1 to 3 and FIG. 8, the low frequency band is set to 12 GHz and the high frequency band is set to 21 GHz band, but other low frequency bands, In addition, the present invention can be applied to a high frequency band higher than the other low frequency bands. In this case, the size of each element, the interval between elements, and the like need to be optimized according to the frequency band. Further, the 12 GHz / 21 GHz band shared power feeding unit can be applied not only to the reception antenna but also to the transmission antenna.

また、図１〜図３及び図８に示した１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部では、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４，１１−１〜１１−４及び２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４，１２−１〜１２−４の形状を円形としたが、本発明は、これらの形状を円形に限定するものではなく、例えば方形であってもよい。要するに、円偏波及び直線偏波を発生させることが可能な形状であればよい。   Further, in the 12 GHz / 21 GHz band shared power feeding section shown in FIGS. 1 to 3 and 8, 12 GHz band elements 1-1 to 1-4, 11-1 to 11-4 and 21 GHz band elements 2-1 to 2- Although the shapes of 4, 12-1 to 12-4 are circular, the present invention is not limited to circular shapes, and may be, for example, square. In short, any shape that can generate circularly polarized waves and linearly polarized waves may be used.

また、図１〜図３及び図８に示した１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部では、低周波数帯に、１１．７０ＧＨｚから１２．７５ＧＨｚまでの１．０５ＧＨｚ幅の周波数帯域が割り当てられ、高周波数帯に、２１．４ＧＨｚから２２．０ＧＨｚまでの６００ＭＨｚ幅の周波数帯域が割り当てられており、２１ＧＨｚ帯（高周波数帯）よりも１２ＧＨｚ帯（低周波数帯）の方が広帯域である場合の構成について説明した。このため、接地導体７，１５から高周波アレーアンテナまでの距離よりも低周波アレーアンテナまでの距離を長くする必要があった。これに対し、低周波数帯よりも高周波数帯の方が広帯域である場合には、接地導体７，１５から低周波アレーアンテナまでの距離よりも高周波アレーアンテナまでの距離を長くする必要がある。したがって、図１〜図３に示した１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部では、溝３３を１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４に対応した箇所に設けることで、２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４に対応した誘電体基板３−１の厚みを、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４に対応した誘電体基板３−１の厚みよりも大きくする。また、図８に示した１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部では、１層目に接地導体１５を設け、２層目に低周波アレーアンテナを設け、３層目に高周波アレーアンテナを設ける。   Moreover, in the 12 GHz / 21 GHz band shared power feeding unit shown in FIGS. 1 to 3 and FIG. 8, a 1.05 GHz width frequency band from 11.70 GHz to 12.75 GHz is allocated to the low frequency band, and the high frequency band In addition, a frequency band with a frequency of 600 MHz from 21.4 GHz to 22.0 GHz is allocated, and the configuration in the case where the 12 GHz band (low frequency band) is wider than the 21 GHz band (high frequency band) has been described. . For this reason, it is necessary to make the distance to the low-frequency array antenna longer than the distance from the ground conductors 7 and 15 to the high-frequency array antenna. On the other hand, when the high frequency band is wider than the low frequency band, the distance to the high frequency array antenna needs to be longer than the distance from the ground conductors 7 and 15 to the low frequency array antenna. Therefore, in the 12 GHz / 21 GHz band shared power feeding portion shown in FIGS. 1 to 3, the grooves 33 are provided at locations corresponding to the 12 GHz band elements 1-1 to 1-4, thereby allowing the 21 GHz band elements 2-1 to 2- 4 is made larger than the thickness of the dielectric substrate 3-1 corresponding to the 12 GHz band elements 1-1 to 1-4. Further, in the 12 GHz / 21 GHz band common power feeding section shown in FIG. 8, the ground conductor 15 is provided in the first layer, the low-frequency array antenna is provided in the second layer, and the high-frequency array antenna is provided in the third layer.

１，１１ １２ＧＨｚ帯素子（低周波素子）
２，１２ ２１ＧＨｚ帯素子（高周波素子）
３，１４ 誘電体基板
４ １２ＧＨｚ帯素子用誘電体面
５ ２１ＧＨｚ帯素子用誘電体面
６ エッジ
７，１５ 接地導体
８，１６ １２ＧＨｚ帯スロット部（低周波数帯スロット部）
９，１７ ２１ＧＨｚ帯スロット部（高周波数帯スロット部）
１０，１８ 給電線路
２１ １２ＧＨｚ帯アレーアンテナ（低周波アレーアンテナ）
２２ ２１ＧＨｚ帯アレーアンテナ（高周波アレーアンテナ）
２３，３２ 接地導体板
３１ １２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯アレーアンテナ
３３ 溝
１０１，１０２，１０３ アンテナ装置
１１１，１２２ 低周波素子
１１２，１２３ 高周波素子
１２１ アース板
１２４ スペーサ
１３１ ホーン
１３２ マイクロストリップ素子 1,11 12GHz band element (low frequency element)
2,12 21GHz band element (high frequency element)
3, 14 Dielectric substrate 4 12 GHz band element dielectric surface 5 21 GHz band element dielectric surface 6 Edges 7 and 15 Ground conductors 8 and 16 12 GHz band slot (low frequency band slot)
9,17 21 GHz band slot (high frequency band slot)
10, 18 Feed line 21 12 GHz band array antenna (low frequency array antenna)
22 21 GHz band array antenna (high frequency array antenna)
23, 32 Grounding conductor plate 31 12 GHz / 21 GHz band array antenna 33 Groove 101, 102, 103 Antenna device 111, 122 Low frequency element 112, 123 High frequency element 121 Ground plate 124 Spacer 131 Horn 132 Microstrip element

Claims (2)

低周波の周波数帯域で共振する低周波アレーアンテナと、高周波の周波数帯域で共振する高周波アレーアンテナとを同一基板上に配置し、前記基板と接地導体板とを重ねて構成した給電部が設けられた２周波共用アンテナ装置において、
前記基板には溝が設けられ、
前記低周波アレーアンテナは、４つの同一形状の素子からなり、前記４つの素子が、前記基板上で正方形を形成するように、前記正方形の頂点の位置にそれぞれ配置され、
前記高周波アレーアンテナは、４つの同一形状の素子からなり、前記４つの素子が、前記基板上で正方形を形成するように、前記正方形の頂点の位置にそれぞれ配置され、
前記それぞれの正方形の中心を前記基板上で同じ位置とし、前記高周波アレーアンテナを、前記低周波アレーアンテナに対し４５度ずらして配置すると共に、前記溝の底部に、前記高周波アレーアンテナまたは前記低周波アレーアンテナのいずれか一方を配置する、ことを特徴とするアンテナ装置。 A low-frequency array antenna that resonates in a low-frequency band and a high-frequency array antenna that resonates in a high-frequency band are arranged on the same substrate, and a power feeding unit configured by overlapping the substrate and the ground conductor plate is provided. In the dual frequency antenna device,
The substrate is provided with a groove,
The low-frequency array antenna is composed of four elements having the same shape, and the four elements are respectively disposed at the apexes of the square so as to form a square on the substrate,
The high-frequency array antenna is composed of four elements having the same shape, and the four elements are respectively disposed at the apexes of the square so as to form a square on the substrate,
The center of each square is set to the same position on the substrate, and the high frequency array antenna is shifted by 45 degrees with respect to the low frequency array antenna, and at the bottom of the groove, the high frequency array antenna or the low frequency array antenna is arranged. One of the array antennas is disposed. 請求項１に記載のアンテナ装置において、
前記基板には十字型の溝が設けられている、ことを特徴とするアンテナ装置。 The antenna device according to claim 1,
An antenna device, wherein the substrate is provided with a cross-shaped groove.
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