JP3186151B2 - 平面アンテナ - Google Patents

平面アンテナ

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JP3186151B2 JP34525991A JP34525991A JP3186151B2 JP 3186151 B2 JP3186151 B2 JP 3186151B2 JP 34525991 A JP34525991 A JP 34525991A JP 34525991 A JP34525991 A JP 34525991A JP 3186151 B2 JP3186151 B2 JP 3186151B2
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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、SHF、EHF帯にお
いて用いられる平面アンテナに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、衛星通信等においては一般
に、椀型形状をしたパラボラアンテナが用いられている
が、近年、高性能パラボラアンテナと同等の性能を有す
る平面アンテナが提供されてきている。
【0003】この平面アンテナとして、等間隔で対向配
置された上側の導体からなるスロット板と、下側の導体
とによりラジアル導波路が構成されているものがある。
例えば、図3に示すものである。ここで、図中符号11
は、平面アンテナ10の後面側を構成するフレームであ
る。このフレーム11は導体より成るもので、この場
合、フレーム11は正面視円形を呈し上部が広く開口さ
れた偏平容器形状を成している。
【0004】このフレーム11の内部には、後述する多
数のペアスロットをエッチング加工等により形成した円
形のスロット板13が、下層発泡体14を介することで
前記フレーム11と離間した状態でフレーム11と対面
するように設けられている。このスロット板13の直径
は、前記フレーム11の開口内径より若干小径に形成さ
れており、同様に、下層発泡体14の直径も、このスロ
ット板13と略同径に形成されている。そして、このス
ロット板13と前記フレーム11の間に円形偏平状のラ
ジアル導波路15が形成されている。さらに、前記フレ
ーム11の中心部には、給電部である同軸線路16がプ
ローブ16aを介して前記ラジアル導波路15に向けて
設けられており、この同軸線路16からの伝送波がラジ
アル導波路15に伝搬される。
【0005】また、フレーム11には、平面アンテナ1
0の前面を構成するレドーム17が、フレーム11の開
口側より装着されている。そして、このレドーム17と
スロット板13との間には発泡材より成るスペーサ18
が設けられている。この場合スペーサ18は、レドーム
17の内部において上部がレドーム17の内径にほぼ対
応して形成され、下部がフレーム11の開口内径に対し
若干小径に構成された前記スロット板13と略同径なる
ようにされたものから構成されている。
【0006】そして、レドーム17は、前記フレーム1
1に対して外嵌された状態で設けられており、その嵌合
部におけるレドーム17内面とフレーム11外面との間
には、シール機能及び接着作用を有したシーリング材1
9が介在されている。また、フレーム11とレドーム1
7の接合部には、接合部を覆うようにゴム製の外周保護
リング20が設けられている。
【0007】そして、前記スロット板13上に配設され
たスロットアレーの形状によって、放射される偏波が決
まる。例えば、図4に示すように、スロット2,3を一
組のペアとして略ハの字状に放射素子が形成された複数
のペアスロット4が、スロット板13の中心付近5を始
点として、外周側6まで所定の螺旋上に順次配設されス
ロットアレーが形成されている場合は、左旋の円偏波と
なり、これを裏返しにすれば、右旋の円偏波となる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たスロット板13を使用した平面アンテナにあっては、
スロット板1に配設されるべきペアスロット4,4・・
・・の数が制約されるため、さらに利得を上昇させる構
造とすることが難しいという課題があった。
【0009】すなわち、螺旋上にペアスロット4,4・
・・を配設するに際して、図3に示すように、ラジアル
導波路15の中心部は、このラジアル導波路15内へ伝
送波を供給する給電部16が接続されており、給電部1
6の同軸線路のTEM波がラジアル導波路15内の同心
円状の円筒波に姿態変換されているところである。この
中心部付近にスロットを配設すると、不要高次姿態波が
発生してしまいラジアル導波路内の同心円状の円筒波に
乱れが生ずる。即ち、ラジアル導波路15内を放射状に
進む進行波の軸対称性の乱れを生ずる。そこで、これを
防止するために、図4に示すように中心部付近5にスロ
ットを配設することはできない。これは、ラジアル導波
路の直径、つまり、アンテナの大きさ(開口径)に無関
係に一定である。
【0010】一方、螺旋上に順次配設されたペアスロッ
ト4,4・・・・のうち、最終のペアスロット4A(2
A,3A)は、図5に示すように、外周から所定の距離を
あけた位置Hで、かつハの字状の形状が完全に残された
状態までスロットが配設され、それ以上スロットは配設
されていない。これは、スロットアレーを配設する軌跡
である螺旋形は非対称形であり、この形状のフレームは
成形困難であるため螺旋の中心を同一点で中心とする円
形フレームとするのが一般であり、従って、螺旋上に配
列されたペアスロットの対となる両スロットを完全形状
の点で打切ると必然的に生ずるものである。また、この
従来例では、スロット板13の外周より幅Hのスロット
の形成されていないマージナルゾーンを設けているが、
このマージナルゾーンはアンテナの性能上は全く必要の
ないものである。
【0011】一般に、ラジアル導波路内の伝送波の電界
振幅は、中心からの半径をρとすると1/√ρに比例し
て減衰し、さらに、スロットアレーからの放射による減
衰が相加されて外側に行くと急激に小さくなる。一般
に、ラジアル導波路内へ供給された伝送波電力は、スロ
ット板に配設されたスロットアレーから順次放射されて
いくが、放射しきれずにラジアル導波路内の最外周終端
へ到達する伝送波が存在するため、これを有効に利用す
ることが考えられる。本発明は上記事情に鑑みてなされ
たもので、限定された開口面内の放射電力を増力して高
利得を得ることが可能な平面アンテナを提供することを
目的とするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明によ
れば、円形のスロット板と、このスロット板と対向する
円形導体とでラジアル導波路を形成するとともに、この
スロット板に円偏波を放射する略ハの字状のペアスロッ
トを一組とする多数のスロットがスロット板の中心付近
を始点とし、かつ外周側を終点とする所定の螺旋上に順
次配設されたスロットアレーを具備する平面アンテナに
おいて、前記スロット板の最外周に配設されたスロット
アレーは、終点に向かうにつれてスロット形状を徐々
短縮されて配設されていることを特徴とするものであ
る。
【0013】また、請求項2記載の発明によれば、前記
最外周に配設されたスロットアレーは、前記スロット板
の外周側に位置するペアの一方のスロットが終点に向か
うに従い徐々短縮させて形成されているとともに、そ
短縮形成されるスロットがほぼなくなるまで配設され
ていることを特徴とするものである。
【0014】さらに、請求項3記載の発明によれば、前
記最外周に配設されたスロットアレーは、残されたもう
一方のスロットも徐々短縮させて形成され、かつ、こ
のスロットがほぼなくなるまで配設されていることを特
徴とするものである。
【0015】
【作用】本発明の平面アンテナによれば、スロット板に
所望の偏波を放射する多数のスロットがスロット板の中
心付近を始点とし、かつ外周側を終点とする所定の螺旋
上に順次配設されたスロットアレーを具備する平面アン
テナにおいて、前記スロット板の最外周に配設されたス
ロットアレーは、終点に向かうにつれてスロット形状を
徐々に短縮されて配設した構造となっているので、当該
変形スロットからの放射波は楕円偏波または直線偏波
である。この部分の直線偏波の放射は、通常、他の正規
円偏波が放射されているスロットアレーの利得向上に寄
与しない。
【0016】しかし、ラジアル導波路の内部を伝搬して
いる励振波が上面のスロット板のスロットアレーで摂動
を受けて、摂動を受けた励振波が前記外周方向終点に配
設された変形スロット群より放射する際の電力は正規円
偏波に相加される。それにより、終点側に配設されてい
るペアスロット群からも正規円偏波が放射され、平面ア
ンテナの利得が向上する。
【0017】
【実施例】以下、本発明の平面アンテナの実施例につい
て、図1、及び図2を参照して説明する。
【0018】〔第一実施例〕 この実施例において、上述の従来例と異なる点は、スロ
ット板に配設されたスロットアレーの形状、特にその最
外周に配設されたスロットの形状である。図1に示すよ
うに、本実施例のスロット板1のスロット構造は、所定
の螺旋状に順次配設されているペアスロット12、12
・・・の最外周に配設されている複数のペアスロット群
27のうち、スロット板13の外周側24に位置するペ
アスロット27のそれぞれの一方のスロット25が、最
終のペアスロット27Aに向かうに従い徐々に形状が一
定の半径位置で切られて短縮されて形成されており、こ
の短縮形成される側のスロット25がなくなるまでスロ
ット群26は配設されている。
【0019】ここで、スロットペアの片側が欠けると共
振周波数は高くなる。すなわち、周波数の高いチャンネ
ル(15チャンネル)側の増力が大となる。本実施例で
は、ペアスロットの一方のスロット25がほぼなくなる
まで配設しているが、さらに、スロット板の外周側へ残
る他方のスロット26を短縮して配設していくと、共振
周波数が高くなり、その効果は使用周波数帯域外で発揮
されるため、本実施例では特に配設していない。
【0020】本実施例のスロット板1(直径40cm)を
使用した平面アンテナにあっては、図6に示すように、
実線で示した本実施例のC/N値(アンテナシステムの
感度を示す量)は、長破線で示した従来の図4及び図5
に示したスロット板13を用いたアンテナと比較し、B
S放送の7チャンネルで0.42dB、11チャンネル
で0.52dB、また15チャンネルで0.72dBが
上昇し、高利得のアンテナを得ることができた。ここ
で、C/N値は、アンテナのG/T(ゲイン/雑音温
度)と、コンバーターのN.F値に関係するものであ
る。
【0021】〔第二実施例〕上述の第一実施例は、最外
周に配設されたスロットの形状を片方のスロットがなく
なるまで配設したものであるのに対して、本実施例は、
図2に示すように、さらに、残りのスロット28もなく
なるまで所定の螺旋状に順次短縮させて配設したもので
ある。これは、以下の理由による。
【0022】すなわち、ラジアル導波路の直径、つま
り、アンテナの大きさ(開口径)と関係がある。先に述
べたように、スロット板に配設されたスロットアレーか
ら放射しきれずにラジアル導波路内の最外周終端へ到達
する伝送波が存在するが、この残留電力はアンテナの大
きさよって異なる。例示すれば、図7の通りである。
【0023】この図から分かるように、A.アンテナの
直径が50cm以上の場合は、従来のようにスロットアレ
ーをそのペアスロットの両方が完全に残された状態まで
配設すれば残留電力は小さいため、影響はない。B.ア
ンテナの直径が50〜40cmの場合は、第一実施例のご
とくスロットアレーをそのペアスロットの片方が完全に
残された状態まで配設すれば、残留電力を有効に利用で
き、0.4〜0.7dB利得を向上することができる。
C.さらに、アンテナの直径が40cm以下の場合は、本
実施例のごとくスロットアレーをそのペアスロットの両
方がなくなる状態まで配設することにより、20%程度
存在する残留電力を有効に利用でき、0.15dB利得
を向上することができるのである。
【0024】本実施例のスロット板1A(直径34c
m)を使用した平面アンテナにあっては、図6に示すよ
うに、一点鎖線で示した本実施例のC/N値は、短破線
で示した従来の図及び図に示したスロット板13を
用いたアンテナと比較し、BS放送の7チャンネルで
0.10dB、11チャンネルで0.15dBが上昇
し、アンテナを小型化しても高利得のアンテナを得るこ
とができた。なお、15chについては、C/N値測定
時、放送されていないため特に測定していない。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の平面アン
テナによれば、導体と対向してラジアル導波路を形成し
ているスロット板に配設されるスロットアレーは、従来
のように略ハの字状の形状が完全に残された状態のペア
スロットを最終のスロットとせずに、さらに複数のスロ
ットが外周方向終点へ順次配設され、より多くの有効な
スロットが設けられている。従って、終点側以外のペア
スロットからは正規円偏波が放射され、さらに終点側に
配設されているペアスロット群からも、ラジアル導波路
の内部を伝搬する励振波がスロット板のスロットアレー
で摂動されて正規円偏波として放射されるので、放射電
力を増力して高利得の平面アンテナを得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施例の平面アンテナに使用され
ているスロット板裏面の要部平面図である。
【図2】本発明の第実施例の平面アンテナに使用され
ているスロット板裏面の要部平面図である。
【図3】従来の平面アンテナを示した斜視断面図であ
る。
【図4】従来の平面アンテナに使用されているスロット
板を示す裏面の平面図である。
【図5】従来の平面アンテナに使用されているスロット
板裏面の要部平面図である。
【図6】従来の平面アンテナ及び本発明の平面アンテナ
のC/N値の比較を示すグラフである。
【図7】平面アンテナの終端部での残留電力とアンテナ
の直径(開口径)との関係を示す図である。
【符号の説明】
12 ペアスロット 1、1A、13 スロット板 24 スロット板の外周側 25 ペアスロットの一方のスロット 26 ペアスロットの他方のスロット 27 スロット板の外周側に位置するペアスロット 26A 最終のペアスロットの他方のスロット 27A 最終のペアスロット。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01Q 13/20 H01Q 21/06

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】円形のスロット板と、このスロット板と対
    向する円形導体とでラジアル導波路を形成するととも
    に、このスロット板に円偏波を放射する略ハの字状のペ
    アスロットを一組とする多数のスロットがスロット板の
    中心付近を始点とし、かつ外周側を終点とする所定の螺
    旋上に順次配設されたスロットアレーを具備する平面ア
    ンテナにおいて、 前記スロット板の最外周に配設されたスロットアレー
    は、終点に向かうにつれてスロット形状を徐々に短縮さ
    れて配設されていることを特徴とする平面アンテナ。
  2. 【請求項2】前記最外周に配設されたスロットアレー
    は、 前記スロット板の外周側に位置するペアの一方のスロッ
    トが終点に向かうに従い徐々短縮させて形成されてい
    るとともに、その短縮形成されるスロットがほぼなくな
    るまで配設されていることを特徴とする請求項記載の
    平面アンテナ。
  3. 【請求項3】前記最外周に配設されたスロットアレー
    は、 さらに残されたもう一方のスロットも徐々短縮させて
    形成され、かつ、このスロットがほぼなくなるまで配設
    されていることを特徴とする請求項記載の平面アンテ
    ナ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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1990年電子情報通信学会秋季全国大会 B−40

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