JP2833301B2 - 偏波共用平面アンテナ - Google Patents

偏波共用平面アンテナ

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JP2833301B2
JP2833301B2 JP3309532A JP30953291A JP2833301B2 JP 2833301 B2 JP2833301 B2 JP 2833301B2 JP 3309532 A JP3309532 A JP 3309532A JP 30953291 A JP30953291 A JP 30953291A JP 2833301 B2 JP2833301 B2 JP 2833301B2
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裕宣 石坂
雅彦 太田
重遠 涌嶋
操 羽石
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波帯の衛星通
信や無線通信等に用いられる偏波共用トリプレート型平
面アンテナに関する。
【0002】
【従来の技術】マイクロ波帯の衛星通信では、受信チャ
ンネルごとに垂直・水平偏波の切替が必要であり、ま
た、無線通信等においても、送受信を垂直・水平偏波あ
るいは、右旋、左旋円偏波の切替で対応したりするた
め、1つのアンテナで偏波を共用できるアンテナが開発
されるようになってきた。このような平面アンテナとし
て本願発明者の一人は、図7に示すように地導体1と方
形放射素子3から成るマイクロストリップアンテナにお
いて、地導体1の方形放射素子3の真下に位置する部分
にスリットを設け、地導体1及び10と給電線路7によ
り構成されたトリプレート線路と方形放射素子3をスリ
ット11を介して電磁結合させると共に、方形放射素子
3の端部に接続された給電線路4による素子励振方向
と、給電線路7による素子励振方向を直交させるよう構
成して垂直・水平偏波共用マイクロストリップアンテナ
が実現できることを、1990年電子情報通信学会春季
全国大会予稿B−133「偏波共用平面アンテナに関す
る一考察」に開示している。
【0003】また、所望の利得が得られるように方形放
射素子3及びスリット11を多数設け、各素子に対する
位相調整・インピーダンス整合を行うよう給電線路5及
び7の長さや分岐位置及び線路幅を調整して構成したア
レーアンテナの特性についても、1990年電子情報通
信学会秋季全国大会予稿B−93「偏波共用平面アレー
の放射特性」に開示している。このような垂直・水平偏
波共用マイクロストリップアンテナは、給電線路4の出
力と給電線路7の出力を電気的に切替えるスイッチング
回路を具備することにより、偏波面が垂直・水平のよう
に空間的に90度変化した場合でも、アンテナ自体を機
械的に回転させることなく所望の偏波出力を取り出すこ
とが可能であり、偏波面の変化に瞬時に対応できるた
め、通信の中断がなく、また取付構造も機械的駆装置を
必要とせず容易にできる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような偏波共用マ
イクロストリップアンテナにおいては、給電線路7は、
上下に地導体1及び地導体10を有するトリプレート線
路構造であるため、給電線路7の経路中に存在する線路
の曲がりやT分岐部分からの不要な放射は抑制され、給
電損失は低損失であるものの、給電線路4は、下部に地
導体1を有するマイクロストリップ線路であるため、給
電線路4の経路中に存在する線路の曲がりやT分岐部分
から不要な放射が生じて、給電損失は、給電線路7の損
失より大きなものとなる。この給電線路4の給電損失と
給電線路7の給電損失の差は、アンテナ配列素子数が増
えて、線路の分岐や曲がりが増えると共に増大する。従
って、このような偏波共用マイクロストリップアンテナ
においては、給電線路7によって励振される方向の偏波
に対する利得に比べて、給電線路4によって励振される
方向の偏波に対する利得は、図8に示すごとく、アンテ
ナ配列素子数の増加に伴い、著しく低下してしまうとい
う問題があった。本発明は、偏波共用平面アンテナにお
いて、素子数が増加しても各偏波方向の利得差を生じな
い利得安定性に優れた高効率アンテナを提供することを
目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の偏波共用トリプ
レート型平面アンテナは、図1に示すように、地導体1
0と、誘電体9と、給電線路7を形成した第2の給電基
板8と、誘電体6と、スリット11を有する第1の地導
体1と、誘電体2と、複数の放射素子3と給電線路4を
形成した第1の給電基板5とを、この順に積み重ねたも
のであって、かつ前記第1の地導体1の各放射素子3の
真下に給電線路7と直交するスリット11を設けて、電
磁結合により前記放射素子3を前記給電線路7により励
振し、かつ、前記給電線路4による放射素子3の励振方
向と、前記給電線路7による放射素子3の励振方向が直
交するよう構成された偏波共用平面アンテナにおいて、
前記第1の給電基板5の上面に誘電体12を設け、複数
のスロット13を有する第3の地導体14を設け、各ス
ロット13を前記放射素子3の真上に設置したことを特
徴とする。さらにまた、本発明の偏波共用トリプレート
型平面アンテナは、図3に示すように、前記放射素子3
として、方形の放射素子を用いることができる。このと
き、図4に示すように、この方形の放射素子3に、2つ
の対角部を方形に対して斜めに切り取った放射素子31
を用い、前記給電線路7と給電線路4とが90°の各角
度をなすように配列することもできる。また、図5に示
すように、前記放射素子31とスリット11の配置を、
2つで1組のアンテナとしたときに、その2アンテ
が互いに90°回転させた配置となるように配列する
こともできる。
【0006】本発明の方形放射素子3としては、図6
(a)に示す素子の一辺長x・yが等しい正方形でも良
く、またx・yが異なる長方形でも良い。また、方形放
射素子31としては、図6(b)に示す素子の一辺長x
・yが等しくとも良い。またx・yが異なっても良い。
尚、本発明の説明に際して図1及び図2では直線偏波励
振の放射素子として方形放射素子3を例に説明したが、
この形状は、通常用いられる円形でも良く、さらに励振
方向に応じた共振周波数を調整するため楕円形としても
良い。また、スロット13も放射素子の形状に応じて円
形あるいは楕円形としても良い。さらに、図1〜図4の
構成において、給電線路7の構造を対称構造トリプレー
ト線路構造としているが、誘電体6及び誘電体9の厚み
が異なる非対称構造として、地導体10を反射板として
動作させることにより、給電線路7の放射損を抑制した
低損失線路が構成できるので、給電線路7は、非対称の
トリプレート線路であっても良い。
【0007】
【作用】本発明の偏波共用平面アンテナは、給電線路7
だけでなく、給電線路4も上下に地導体を有するトリプ
レート線路構造であるため、給電線路7と同様に、線路
の分岐や曲がりにおける不要な放射が抑制でき、低損失
な給電系が構成できる。また、配列する素子数が増えて
も、給電線路4と給電線路7の損失は、線路長に応じた
導体損が主体であるため、ほぼ等しい給電損失となり、
従って、給電線路4によって励振される方向の偏波に対
する利得と、給電線路7によって励振される方向の偏波
に対する利得に差を生じないと共に、配列素子数の覆い
アレーにおいても各偏波方向の利得安定性に優れた高効
率のアンテナが実現できる。
【0008】
【実施例】実施例1 図1に示す構造とし、地導体1及び地導体14として厚
さ0.5mm、地導体10として厚さ1mmで大きさは
各々90mm×90mmのアルミニウム板を用い、誘電
体2・6・9・12として厚さ2mmで比誘導率約1.
1のポリエチレンフォームを用い、また給電基板5・8
として厚さ25μmのポリエチレンフィルムに銅箔を貼
り合わせた基板を用いた。給電基板5には、方形放射素
子3及び給電線路4を含むアンテナ回路を銅箔の不要な
箇所をエッチング除去して形成し、給電基板8には、給
電線路7による給電回路を銅箔の不要な箇所をエッチン
グ除去して形成した。また、地導体1の方形放射素子3
の真下に位置する部分に、給電線路7に直交して幅1m
m長さ4mmのスリット11を設け、この時、図2
(b)における給電線路7のスリット11から線路開放
端までの長さlaを利用する周波数帯の中心周波数であ
る12.45GHzの管内波長λg23mmの四分の1
に相当する5.75mmとした。さらに、地導体14の
方形放射素子3の真上に位置する部分に、1辺の長さを
14mmとした正方形のスロット13を設けた。尚、方
形放射素子3の給電線路4が接続される方向の一辺長
は、スリット11がない場合において共振周波数12.
45GHzとなる寸法とし約7.2mmとすると共に、
これを直交する一辺長は、スリット11を設けた際の影
響で共振周波数が低下することを考慮し、給電線路7に
よる共振周波数が12.45GHzとなるように7.2
mmの約0.86倍の6.2mmとした。この時、方形
放射素子3、スリット11及びスロット13の配列数を
16とし、直交する2方向にそれぞ等間隔で配列すると
共に、前記2方向の間隔を、利用周波数12.45GH
zの自由空間波長24.1mmの0.9倍である21.
7mmとし、図1に示すように各部材を積層して16素
子アレーアンテナを構成した。このアンテナの給電線路
4による励振方向(図2におけるAの方向)の直線偏波
利得と、給電線路7による励振方向(図2におけるBの
方向)の直線偏波利得は、共に20dBであった。
【0009】実施例2 実施例1で製作したアンテナを正方形に4個及び16個
並べて、64素子アレーアンテナ及び256素子アレー
アンテナとして結果、利得はそれぞれ25.5dB、3
5.1dBであり、各偏波に対する利得の差は、ほとん
ど見られず、利得安定性に優れた垂直・水平偏波共用ト
リプレート型平面アンテナが実現できた。
【0010】実施例3 前記方形放射素子3のコーナ部を切除し、その切除面積
の割合が素子の面積の約14%となる1点給電型の円偏
波を放射できる放射素子31とした以外は、実施例1・
2と同様に図3及び図4に示すようにアンテナを製作し
た。結果は、給電線路4により励振される右旋円偏波利
得と、給電線路7により励振される左旋円偏波利得に差
はなく、利得値は実施例1・2で得られた直線偏波の利
得とほぼ同様であった。
【0011】実施例4 前記方形放射素子31及びスリット11の配置を図5に
示すように前記放射素子31とスリット11の配置を、
2つで1組のアンテナとしたときに、その2つの素子が
互いに90°回転させた配置となるように配列した以外
は、実施例3と同様にアンテナを製作した。結果は実施
例3と同様であったが、軸比が良好となり、VSWR
1.3以下の周波数帯域が、実施例3の倍の特性が得ら
れた。
【0012】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によって
給電線路4の分岐や曲がりにおける不要な放射が抑制で
きるため、給電線路4と給電線路7の損失はほぼ等しい
低損失特性となり、配列素子数の多いアレーアンテナに
おいても、給電線路4と給電線路7により励振される各
偏波方向の利得に差を生じることがない、利得安定性に
優れた高効率の偏波共用アンテナを提供することができ
た。
【0013】
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例を示す斜視図である。
【図2】 (a)は、図1の基本構成単位を示す斜視
図、(b)は、(a)のA−A’断面図である。
【図3】 本発明の他の実施例を示す斜視図である。
【図4】 (a)は、図3の要部を示す斜視図、(b)
は、(a)のA−A’断面図である。
【図5】 本発明の他の実施例を示す上面図である。
【図6】 (a)及び(b)は、本発明の一実施例及び
他の実施例に用いる放射素子の平面図である。
【図7】 従来例の要部を示す斜視図である。
【図8】 従来例の利得特性を示す線図である。
【0014】
【符号の説明】 1.地導体 2.誘電体 3,31.放射素子 4.給電線路 5.給電基板 6.誘電体 7.給電線路 8.給電基板 9.誘電体 10.地導体 11.スリット 12.誘電体 13.スロット 14.地導体
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−297905(JP,A) 特開 平1−198806(JP,A) 特開 昭63−65703(JP,A) 特開 平1−297905(JP,A) 特開 昭63−98202(JP,A) 特開 平3−101507(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01Q 13/08 - 13/18 H01Q 21/06 - 21/24

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 地導体10と、誘電体9と、給電線路7
    を形成した第2の給電基板8と、誘電体6と、スリット
    11を有する第1の地導体1と、誘電体2と、複数の放
    射素子3と給電線路4を形成した第1の給電基板5と
    を、この順に積み重ねたものであって、かつ前記第1の
    地導体1の各放射素子3の真下に給電線路7と直交する
    スリット11を設けて、電磁結合により前記放射素子3
    を前記給電線路7により励振し、かつ、前記給電線路4
    による放射素子3の励振方向と、前記給電線路7による
    放射素子3の励振方向が直交するよう構成された偏波共
    用平面アンテナにおいて、前記第1の給電基板5の上面
    に誘電体12を設け、複数のスロット13を有する第3
    の地導体14を設け、各スロット13を前記放射素子3
    の真上に設置したことを特徴とする偏波共用平面アンテ
    ナ。
  2. 【請求項2】 放射素子3に、方形で、かつ2つの対角
    部を方形に対して斜めに切り取った放射素子31を用
    い、前記給電線路7と給電線路4とが90°の各角度を
    なすように配列したことを特徴とする請求項1に記載
    偏波共用平面アンテナ。
  3. 【請求項3】 前記放射素子31とスリット11の配置
    を、2つで1組のアンテナとしたときに、その2
    ンテナが互いに90°回転させた配置となるように配列
    したことを特徴とする請求項に記載の偏波共用平面ア
    ンテナ。
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KR102095943B1 (ko) * 2019-03-28 2020-04-03 숭실대학교 산학협력단 공통 개구면을 가지는 이중 광대역 마이크로스트립 패치 안테나

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