JP3404568B2 - Planar antenna - Google Patents

Planar antenna

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JP3404568B2
JP3404568B2 JP37739899A JP37739899A JP3404568B2 JP 3404568 B2 JP3404568 B2 JP 3404568B2 JP 37739899 A JP37739899 A JP 37739899A JP 37739899 A JP37739899 A JP 37739899A JP 3404568 B2 JP3404568 B2 JP 3404568B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば衛星放送や
データ通信に利用される平面アンテナに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flat antenna used for satellite broadcasting or data communication, for example.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の衛星放送に使われる平面アンテナ
は、平行する金属板でラジアル導波路を構成し、上部金
属板に所要数のハの字状のスロット対を設けることによ
る(たとえば特開昭57−87603号参照)。
2. Description of the Related Art In a conventional planar antenna used for satellite broadcasting, a radial waveguide is formed by parallel metal plates, and a required number of C-shaped slot pairs are provided on the upper metal plate (see, for example, Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2000-242242). (See Sho 57-87603).

【0003】誘電体板を用いた平面アンテナは、放射素
子に同軸コネクタの内導体をマイクロストリップライン
によって接続し、給電することによる(たとえば特開平
8−265038号参照)。
In a planar antenna using a dielectric plate, an inner conductor of a coaxial connector is connected to a radiating element by a microstrip line to feed power (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-265038).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】特開昭57−8760
3号の構成では、金属板に多数のスロットを切る必要が
あり、それらを加工整型し組み立てることになり、製造
に多額の費用と時間がかかって大量生産には向かない。
また、金属板で構成された中空構造を持つ平面アンテナ
では、機械的な強度が劣り、取り扱いに注意する必要が
ある。
Problems to be Solved by the Invention JP-A-57-8760
In the configuration of No. 3, it is necessary to cut a large number of slots in the metal plate, which requires machining, shaping and assembling, which requires a large amount of cost and time for manufacturing, and is not suitable for mass production.
In addition, a planar antenna having a hollow structure made of a metal plate has poor mechanical strength and requires careful handling.

【0005】また、平行な金属板で導波路を構成するた
め、電気回路の性質により金属板に一様に電流が流れよ
うとする。この性質によって、金属板のスロットが切ら
れていない部分にも電流が流れる。
Further, since the waveguide is composed of parallel metal plates, current tends to flow uniformly through the metal plates due to the property of the electric circuit. Due to this property, an electric current also flows in a portion of the metal plate where the slot is not cut.

【0006】このことにより、金属板のスロットが切ら
れていない部分に流れる電流は、電波の放射に寄与しな
いので、導体の電気抵抗によるエネルギー損失、即ち導
体損が余分に発生することになり、アンテナとしての効
率の低下が避けられない。
As a result, the current flowing in the portion of the metal plate where the slot is not cut does not contribute to the radiation of the radio waves, so that an energy loss due to the electric resistance of the conductor, that is, a conductor loss is additionally generated. A decrease in efficiency as an antenna is inevitable.

【0007】特開平8−265038に示される平面ア
ンテナでは、環状放射素子に同軸コネクタの内導体と接
続する必要があり、また多数の放射素子を用いてアレー
アンテナ化した場合には、環状放射素子に接続された中
心導体を、誘電体内部に挿入する必要があって、三次元
的な放射素子パターンになり、製造工程が複雑化する。
また、放射素子にマイクロストリップ線路で給電してお
り、導体損が多く、アンテナとしての効率が低下する。
In the plane antenna disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-265038, it is necessary to connect the ring-shaped radiating element to the inner conductor of the coaxial connector, and when a large number of radiating elements are used to form an array antenna, the ring-shaped radiating element is used. It is necessary to insert the center conductor connected to the inside of the dielectric, which results in a three-dimensional radiating element pattern, which complicates the manufacturing process.
Further, since the radiating element is fed by the microstrip line, the conductor loss is large and the efficiency as an antenna is reduced.

【0008】本発明は、堅牢で簡単な構造で、大量生産
に適し生産性に富んだ、しかも従来の平面アンテナより
も効率の良い平面アンテナを提示することを目的とす
る。
It is an object of the present invention to provide a planar antenna which has a robust and simple structure, is suitable for mass production, is highly productive, and is more efficient than conventional planar antennas.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の平面アンテナにおいては、低誘電損失特性
を持つ誘電体板を電磁界を導く導波路として用い、誘電
体板にマスキングして導体パターンをメッキ、または印
刷、あるいは貼り付け、もしくは塗布する事により、細
長形の導体を電波の放射素子として誘電体板表面に配設
することで、円偏波または直線偏波の電波を送信あるい
は受信する平面アンテナを提示する。
In order to achieve the above object, in the planar antenna of the present invention, a dielectric plate having a low dielectric loss characteristic is used as a waveguide for guiding an electromagnetic field and masked on the dielectric plate. By plating, printing, pasting, or applying a conductor pattern on the dielectric plate surface as a radio wave radiation element on the surface of the dielectric plate, circularly or linearly polarized radio waves can be generated. Present a planar antenna for transmitting or receiving.

【0010】即ち、(1)、低誘電損失特性を持つ誘電
体板と、中央部に給電用の同軸コネクタが配設された接
地導体と、放射素子とで構成される平面アンテナであっ
て、放射素子が所要数の細長形導体で構成され、これら
全ての細長形導体の長手方向中心軸線の仮想延長線が、
誘電体板上の基準点を通過するように配設されているこ
とを特徴とする平面アンテナにある。
That is, (1) a planar antenna composed of a dielectric plate having a low dielectric loss characteristic, a ground conductor having a coaxial connector for feeding at the center, and a radiating element, The radiating element is composed of the required number of elongated conductors, and the virtual extension line of the longitudinal center axis of all these elongated conductors is
The planar antenna is arranged so as to pass through a reference point on the dielectric plate.

【0011】そして、(2)、放射素子が基準点を中心
とする仮想同心円上に配設され、しかもこれらの放射素
子が、基準点を通過する仮想基準線に対し線対称に位置
し、同時にそれぞれの仮想同心円上において、仮想基準
線と直交し基準点を通過する仮想直交線を境界にいずれ
か一方の側にのみ配設されていることを特徴とする上記
1記載の平面アンテナにある。
(2) The radiating elements are arranged on a virtual concentric circle with the reference point as the center, and these radiating elements are located in line symmetry with respect to a virtual reference line passing through the reference point, and at the same time. The planar antenna according to the above 1, wherein each of the virtual concentric circles is arranged on only one side with a virtual orthogonal line that is orthogonal to the virtual reference line and passes through the reference point as a boundary.

【0012】そして、(3)、仮想直交線を境界に一方
または両側の領域において、放射素子が配設されている
仮想同心円について、電磁界の周波数と誘電体板の誘電
率で決まる定数kと、一つまたは二つの定数η(0≦η
≦2π)とを用いて、仮想同心円それぞれの半径R
(j=1,2,…,n、nは正の整数)が、ハンケル
関数Hの偏角との間に、
(3) A constant k determined by the frequency of the electromagnetic field and the permittivity of the dielectric plate with respect to the virtual concentric circle in which the radiating element is arranged in one or both sides of the virtual orthogonal line as a boundary. , One or two constants η (0 ≦ η
≦ 2π) and the radius R of each virtual concentric circle
j (j = 1, 2, ..., N, n is a positive integer) and the argument of the Hankel function H,

【数7】 Arg{H(kR)}=η の関係があることを特徴とする上記1、2記載の平面ア
ンテナにある。
## EQU00007 ## In the planar antenna described in the above 1 and 2, which has a relationship of Arg {H (kR j )} = η.

【0013】そして、(4)、誘電体板面上で、放射素
子が配設される点xと基準点とを結ぶ直線が、基準点を
通過する仮想直線に対してなす角θ(弧度法)と、基準
点と点xとの距離rと、電磁界の周波数と誘電体板の誘
電率で決まる定数kを用いた、ハンケル関数Hの偏角
が、
(4) On the surface of the dielectric plate, a straight line connecting the point x where the radiating element is arranged and the reference point is formed with respect to an imaginary straight line passing through the reference point. ) And the distance r between the reference point and the point x, and the constant k determined by the frequency of the electromagnetic field and the dielectric constant of the dielectric plate, the deflection angle of the Hankel function H is

【数8】 θ=Arg{H(kr)} の関係にあることを特徴とする上記1記載の平面アンテ
ナにある。
## EQU8 ## In the planar antenna described in the above 1, the relationship of θ = Arg {H (kr)} is satisfied.

【0014】そして、(5)、低誘電損失特性を持つ誘
電体板の一方の面に接地導体が配設され、対向する面に
短冊形導体からなる所要数の放射素子が配設され、接地
導体の中央部に給電用の同軸コネクタが配設された平面
アンテナであって、同軸コネクタの中心軸線の仮想延長
線と、放射素子が配設されている面との交点を基準点と
し、全ての短冊形導体の長手方向中心軸線の仮想延長線
が、基準点を通過するように配設され、かつ全ての短冊
形導体の長手方向中心軸線の中点が、基準点を中心とす
る仮想同心円上に位置し、同時に、全ての短冊形導体
は、基準点を通過する誘電体板面上の仮想基準線を対称
軸として線対称の位置に配設され、しかもそれぞれの仮
想同心円上において、仮想基準線と直交する誘電体板面
上の仮想直交線を境界に、いずれか一方の側にのみ配設
されており、それら短冊形導体が配設される仮想同心円
のそれぞれの半径R(j=1,2,…,n、nは正の
整数)が、ハンケル関数Hの偏角との間に、電磁界の周
波数と誘電体板の誘電率で決まる定数kと、
(5) The grounding conductor is arranged on one surface of the dielectric plate having a low dielectric loss characteristic, and the required number of radiating elements made of strip-shaped conductors are arranged on the opposite surface, and the grounding conductor is grounded. A planar antenna in which a coaxial connector for power supply is arranged in the center of a conductor, and a virtual extension line of the central axis of the coaxial connector and a surface on which a radiating element is arranged are set as reference points, and all The virtual extension line of the longitudinal center axis of the strip conductor is arranged so as to pass through the reference point, and the midpoint of the longitudinal center axes of all the strip conductors is a virtual concentric circle with the reference point as the center. At the same time, all strip-shaped conductors are arranged in line symmetry with the virtual reference line on the surface of the dielectric plate passing through the reference point as the axis of symmetry, and on each virtual concentric circle, Boundary is a virtual orthogonal line on the surface of the dielectric plate that is orthogonal to the reference line. A, is disposed only on one side of each of the radius R j of virtual concentric circle thereof strip-shaped conductor is disposed (j = 1,2, ..., n , n is a positive integer) is , A constant k determined by the frequency of the electromagnetic field and the permittivity of the dielectric plate, between the argument of the Hankel function H and

【数9】 ζ−ξ=π の関係にある二つの定数ζ、ξとを用いて、仮想直交線
を境界にして一方の側の領域の放射素子が配設されてい
る、仮想同心円のそれぞれの半径Rに対しては、
## EQU00009 ## Using two constants .zeta. And .xi. In the relationship of .zeta .-. Xi. =. Pi., Each of the imaginary concentric circles in which the radiating element in the region on one side is arranged with the virtual orthogonal line as the boundary For radius R j of

【数10】 Arg{H(kR)}=ζ (0≦ζ≦2π) で、他方の領域の放射素子が配設されている仮想同心円
のそれぞれの半径Rに対しては、
Arg {H (kR j )} = ζ (0 ≦ ζ ≦ 2π), and for each radius R j of the virtual concentric circles in which the radiating elements in the other region are arranged,

【数11】 Arg{H(kR)}=ξ (0≦ξ≦2π) で、関係づけられることを特徴とする平面アンテナにあ
る。
(11) Arg {H (kR j )} = ξ (0 ≦ ξ ≦ 2π), which is a planar antenna characterized by being related.

【0015】そして、(6)、低誘電損失特性を持つ誘
電体板の一方の面に接地導体が配設され、対向する面に
短冊形導体からなる所要数の放射素子が配設され、接地
導体の中央部に給電用の同軸コネクタが配設された平面
アンテナであって、同軸コネクタの中心軸線の仮想延長
線と、放射素子が配設されている面との交点を基準点と
し、全ての短冊形導体の長手方向中心軸線の仮想延長線
が、基準点を通過するように配設され、短冊形導体の長
手方向中心軸線の中点xと基準点とを結ぶ直線が、基準
点を通過する誘電体板面上の仮想直線に対してなす角θ
(弧度法)と、基準点と点xとの距離rと、ハンケル関
数Hの偏角との間に、電磁界の周波数と誘電体板の誘電
率で決まる定数kを用いて、
(6) The grounding conductor is arranged on one surface of the dielectric plate having a low dielectric loss characteristic, and a required number of radiating elements made of strip-shaped conductors are arranged on the opposite surface, and the grounding conductor is grounded. A planar antenna in which a coaxial connector for power supply is arranged in the center of a conductor, and a virtual extension line of the central axis of the coaxial connector and a surface on which a radiating element is arranged are set as reference points, and all The virtual extension line of the longitudinal center axis of the strip conductor is arranged so as to pass through the reference point, and the straight line connecting the midpoint x of the strip conductor longitudinal center axis and the reference point is the reference point. Angle θ with respect to an imaginary straight line on the surface of the dielectric plate
Between the (radiance method), the distance r between the reference point and the point x, and the declination of the Hankel function H, a constant k determined by the frequency of the electromagnetic field and the dielectric constant of the dielectric plate is used.

【数12】 θ=Arg{H(kr)} なる関係があることを特徴とする平面アンテナにある。[Equation 12] θ = Arg {H (kr)} It is in a planar antenna characterized by the following relationship.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を実施例
にもとづき図面を参照して説明する。説明の都合上、本
発明の平面アンテナを送信アンテナとして説明するが、
電磁界の相反定理により、受信用には単に逆に作用する
にすぎないことは明らかである。また、特に断らない限
り、位相、角度の単位はラジアンである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings based on examples. For convenience of explanation, the planar antenna of the present invention will be described as a transmitting antenna.
It is clear that by the reciprocity theorem of the electromagnetic field, it only works in reverse for reception. Unless otherwise specified, the unit of phase and angle is radian.

【0017】本発明の平面アンテナの放射素子である、
細長形導体、または短冊形導体とは厚さの薄い図2のよ
うな形状の導体を指し、長手方向中心軸線とはLで表
される。また長手方向中心軸線の中点とは、長手方向中
心軸線Lと直交し細長形導体、または短冊形導体を等
分割する直線LとLの交点を指す。
The radiating element of the planar antenna of the present invention,
The elongated conductor or the strip conductor refers to a conductor having a thin thickness as shown in FIG. 2, and the central axis in the longitudinal direction is represented by L 1 . The midpoint of the central axis of the longitudinal direction refers to the intersection of straight lines L 2 and L 1 which are orthogonal to the central axis L 1 of the longitudinal direction and equally divide the elongated conductor or the strip conductor.

【0018】本発明の平面アンテナにおいて、同軸コネ
クタ4,28,54から誘電体板1,10,20,51
の内部に導かれた電磁界は、同軸コネクタ4,28,5
4の内導体に接続された導体5,29,55,58を対
称軸として、数学的には第二種ハンケル関数によって表
される軸対称モードで、誘電体板1,10,20,2
1,51内部をラジアル導波路として、径方向に円筒波
の姿態で伝搬する。
In the planar antenna of the present invention, the coaxial connectors 4, 28, 54 are connected to the dielectric plates 1, 10, 20, 51.
The electromagnetic field introduced to the inside of the coaxial connector 4, 28, 5
The dielectric plates 1, 10, 20, 2 are mathematically represented by the Hankel function of the second kind in an axially symmetric mode with the conductors 5, 29, 55, 58 connected to the inner conductors of 4 as axes of symmetry.
The inside of 1, 51 is a radial waveguide, and propagates in the form of a cylindrical wave in the radial direction.

【0019】一般に、本発明のようにラジアル導波路を
構成し利用している平面アンテナでは、導波路内部の電
磁界の方向は、磁界が円周方向にのみ存在するので、導
体が存在する場合、その導体には、円の径方向に電流が
流れようとする。
Generally, in a planar antenna that constitutes and utilizes a radial waveguide as in the present invention, the direction of the electromagnetic field inside the waveguide is that the magnetic field exists only in the circumferential direction. , The current tries to flow in the conductor in the radial direction of the circle.

【0020】図5は、誘電体板1,10,20,21,
51の内部の電磁界を模式的に説明する図面であり、基
準点を通って誘電体板に垂直な軸を対称軸とし、円筒波
として伝搬する電磁界を、電界eを点線で示し、磁界h
を実線で示す。
FIG. 5 shows the dielectric plates 1, 10, 20, 21,
5 is a diagram schematically illustrating an electromagnetic field inside 51, showing an electromagnetic field propagating as a cylindrical wave with a symmetry axis being an axis perpendicular to the dielectric plate and passing through a reference point, and showing an electric field e by a dotted line. h
Is shown by a solid line.

【0021】本発明にかかる平面アンテナの放射素子
3,11,23,53は、その長手方向中心軸線が、基
準点を通過するので、図5で表されるように、誘電体板
内部の磁界と垂直な方向に放射素子が配設されているこ
とになり、放射素子は、図5の矢印のような電流i
が、最も流れやすい方向に向いていることになる。
In the radiating elements 3, 11, 23 and 53 of the planar antenna according to the present invention, since the central axis in the longitudinal direction passes through the reference point, the magnetic field inside the dielectric plate is represented as shown in FIG. Since the radiating element is arranged in a direction perpendicular to the radiating element, the radiating element has a current i 1 as shown by an arrow in FIG.
i 2 is oriented in the direction in which it easily flows.

【0022】また、本発明にかかる平面アンテナでは、
誘電体導波路を用いており、接地導体2,22,52に
流れる電流以外の電流は、電波の放射に寄与する電流、
つまり放射素子3,11,23,53に流れる電流が大
部分であるので、導体の電気抵抗によるエネルギー損が
最小限に押さえられ、アンテナとしての効率が向上す
る。
Further, in the planar antenna according to the present invention,
A dielectric waveguide is used, and the currents other than the currents flowing through the ground conductors 2, 22, 52 are the currents that contribute to the emission of radio waves,
That is, since most of the current flows through the radiating elements 3, 11, 23, 53, the energy loss due to the electric resistance of the conductor is suppressed to the minimum, and the efficiency of the antenna is improved.

【0023】即ち、誘電体ラジアル導波路を使うことで
導体損が小さくなり、かつ最も電流が流れやすい方向に
放射素子3,11,23,53を向けて配設すること
で、効率よく電波が放射される。
That is, the conductor loss is reduced by using the dielectric radial waveguide, and the radiating elements 3, 11, 23 and 53 are arranged in the direction in which the current flows most easily, so that the radio wave can be efficiently transmitted. Is emitted.

【0024】図3、4は、本発明にかかる平面アンテナ
の基本的な実施例である。図3、4で、電磁界は、軸対
称モードで線状導体5を対称軸とし、誘電体板1内部を
円筒波として伝搬するから、同軸コネクタ4の中心軸線
上の誘電体板1表面の基準点を中心とする仮想同心円上
に、個々の細長形放射素子の長手方向中心軸線の中点が
位置するように放射素子3を配設したとき、仮想同心円
の同一円周上の放射素子3から放射される電波の位相は
時間的に一致することになる。
3 and 4 show a basic embodiment of the planar antenna according to the present invention. 3 and 4, the electromagnetic field propagates as a cylindrical wave inside the dielectric plate 1 with the linear conductor 5 as the axis of symmetry in the axially symmetric mode, so that the surface of the dielectric plate 1 on the central axis of the coaxial connector 4 When the radiating elements 3 are arranged so that the midpoints of the longitudinal center axes of the individual elongated radiating elements are located on a virtual concentric circle centered on the reference point, the radiating elements 3 on the same circumference of the virtual concentric circle are arranged. The phases of the radio waves radiated from will be temporally coincident.

【0025】図6は直線偏波を放射する放射素子3の配
置を説明する図面である。放射素子A,B,C,Dが十
分遠方の点に放射する、電波のベクトルがそれぞれ
A’,B’,C’,D’である。A,B,Cは基準点O
を中心とする仮想同心円の同一円周上に配設され、Bは
Aと仮想基準線VSLに対して線対称であり、CはA
と、仮想基準線VSLと直交する仮想直交線VVLに対
して線対称である。また、DはCの放射素子を誘電体板
中での波長の半分だけ径方向にずらした位置にある。
FIG. 6 is a drawing for explaining the arrangement of the radiating element 3 which radiates a linearly polarized wave. Vectors of radio waves emitted by the radiating elements A, B, C, and D at sufficiently distant points are A ′, B ′, C ′, and D ′, respectively. A, B, C are reference points O
Are arranged on the same circumference of an imaginary concentric circle centered at, and B is line-symmetric with respect to A and the virtual reference line VSL, and C is A.
Is symmetric with respect to a virtual orthogonal line VVL orthogonal to the virtual reference line VSL. Further, D is a position where the radiating element of C is shifted in the radial direction by half the wavelength in the dielectric plate.

【0026】図6の、AとBように仮想同心円の同一円
周上に位置し、仮想基準線VSLに対称な位置にある放
射素子から放射された電波は、ベクトルA’とB’で表
されるように、仮想基準線VSLに垂直な成分は、打ち
消しあい、平行な成分は加え合わせられることになる。
Cは、仮想直交線VVLに対してAと線対称の位置にあ
る放射素子で、ベクトルC’のように、ベクトルA’の
仮想基準線VSLに平行な電波の成分を打ち消すような
電波を放射する。
Radio waves radiated from the radiating elements located on the same circumference of the virtual concentric circles as shown in A and B of FIG. 6 and symmetrical to the virtual reference line VSL are represented by vectors A'and B '. As described above, the components perpendicular to the virtual reference line VSL cancel each other out, and the parallel components are added together.
C is a radiating element located at a position symmetrical to A with respect to the virtual orthogonal line VVL, and radiates a radio wave that cancels a radio wave component parallel to the virtual reference line VSL of the vector A ′, like the vector C ′. To do.

【0027】したがって、ベクトルA’の仮想基準線V
SLに平行な成分を利用するためには、Cの位置に放射
素子があることは好ましくなく、仮想同心円の同一円周
上では、仮想基準線VSLに対しては線対称であって、
仮想直交線VVLを境にどちらか一方の側に放射素子が
配設したとき、直線偏波の電波を利用することができ
る。
Therefore, the virtual reference line V of the vector A '
In order to use the component parallel to SL, it is not preferable that the radiating element is located at the position of C, and on the same circumference of the virtual concentric circle, it is line symmetric with respect to the virtual reference line VSL,
When the radiating element is disposed on either side of the virtual orthogonal line VVL as a boundary, linearly polarized radio waves can be used.

【0028】軸対称モードの電磁界を利用する平面アン
テナは、一般に、同一円周上では、同じ大きさで同じ位
相の姿態を保ったまま、誘電体中を電磁界が伝搬するこ
とが、アンテナの指向特性等の面から望ましい。このと
き、放射素子3,11,23,53が存在すると、電波
の放射によって電磁界のエネルギーが放射されるから、
誘電体板1,10,21,51中の電磁界は小さくな
る。
In a planar antenna using an electromagnetic field of an axially symmetric mode, in general, an electromagnetic field propagates in a dielectric while maintaining the shape of the same size and the same phase on the same circumference. It is desirable from the viewpoint of directivity characteristics. At this time, if the radiating elements 3, 11, 23 and 53 are present, the electromagnetic field energy is radiated by the radiation of the radio wave,
The electromagnetic field in the dielectric plates 1, 10, 21, 51 becomes small.

【0029】したがって、軸対称モードを保つために
は、誘電対板1面上の放射素子3の面積あたりの密度
は、誘電体板1面上全体にわたって、一様であることが
好適である。よって、図3のように上記の規則にそって
配設される放射素子3は、一様な配設密度により近い配
置パターンである、仮想同心円の半径の小さい円の順
に、仮想直交線に対し左右交互に配設されることが好適
である。
Therefore, in order to maintain the axially symmetric mode, it is preferable that the density per area of the radiating elements 3 on the surface of the dielectric plate 1 be uniform over the entire surface of the dielectric plate 1. Therefore, the radiating elements 3 arranged according to the above rule as shown in FIG. 3 are arranged in a pattern closer to the uniform arrangement density. It is preferable that the right and left are arranged alternately.

【0030】仮想基準線方向の電波が加え合わせられる
ためには、放射素子3から放射される電波の位相は、同
位相であることが必要である。
In order for the radio waves in the virtual reference line direction to be added together, the phases of the radio waves radiated from the radiating element 3 must be the same.

【0031】誘電体板1,10,20,21,51内部
を伝搬する軸対称モードの電磁界の位相は、数学的に、
径方向の距離を独立変数とする第二種ハンケル関数の偏
角で表される。ハンケル関数Hの偏角は、その実数部を
a、虚数部をbとして
The phase of the electromagnetic field of the axially symmetric mode propagating inside the dielectric plates 1, 10, 20, 21, 51 is mathematically expressed as
It is represented by the argument of the Hankel function of the second kind with the radial distance as the independent variable. The argument of the Hankel function H has its real part a and its imaginary part b.

【数13】 Arg{H}=tan−1(b/a) で定義される。## EQU13 ## This is defined by Arg {H} = tan -1 (b / a).

【0032】よって、誘電体板1面上の放射素子3は、
仮想同心円のそれぞれの半径R(j=1,2,…,
n、nは正数)と、電磁界の周波数と誘電体板1の誘電
率で決まる定数kとを用いて、ハンケル関数Hの偏角と
定数η(0≦η≦2π)との間に、
Therefore, the radiating element 3 on the surface of the dielectric plate 1 is
Each radius R j of the virtual concentric circles (j = 1, 2, ...,
n, n is a positive number) and a constant k determined by the frequency of the electromagnetic field and the dielectric constant of the dielectric plate 1 is used to determine the difference between the argument of the Hankel function H and the constant η (0 ≦ η ≦ 2π). ,

【数14】 Arg{H(kR)}=η が成り立つように、偏角が一定となる半径Rの仮想同
心円上に放射素子3が配設されていれば、放射される電
波は時間的に同位相となる。図6で説明される理由によ
って、直線偏波の電波を放射するには、前記の半径R
により構成される仮想同心円それぞれに、仮想直交線を
境界にどちらか一方の側に放射素子を配設する。
If the radiating element 3 is arranged on a virtual concentric circle having a radius R j with a constant declination so that Arg {H (kR j )} = η holds, the radiated radio wave will have time. Are in phase with each other. For the reason explained in FIG. 6, in order to radiate a linearly polarized wave, the radius R j
In each of the virtual concentric circles configured by, the radiating element is arranged on either side with the virtual orthogonal line as a boundary.

【0033】ここで用いた定数kは、電磁気学上は波数
と言われる定数で、電磁界の周波数をf、物質の誘電
率、透磁率をそれぞれε、μとすると、
The constant k used here is a constant called electromagnetic wave number, and when the frequency of the electromagnetic field is f and the permittivity and permeability of the substance are ε and μ, respectively.

【数15】 k=2πf√(εμ) で、表される。例えば、周波数12GHzで、比誘電率
が2である物質内部における波数は、355.68にな
る。ここで、比誘電率は、真空中の誘電率8.8542
×10−12に対する、その物質の誘電率の比であり、
1以上の値になる。
[Expression 15] k = 2πf√ (εμ) For example, the wave number inside a substance having a frequency of 12 GHz and a relative permittivity of 2 is 355.68. Here, the relative dielectric constant is the dielectric constant in vacuum of 8.8542.
Is the ratio of the dielectric constant of the substance to × 10 −12 ,
It becomes a value of 1 or more.

【0034】ハンケル関数の性質上、誘電体板1,1
0,20,21,51内部の電磁界の波長はわずかに変
化するが、実用上は一定と見なしてもよい。したがっ
て、誘電体板1,10,20,21,51内部の電磁界
の波長を一定と仮定すると、ハンケル関数の計算は必要
なく、等差数列で半径を表し、仮想同心円を設定するこ
とができる。
Due to the nature of the Hankel function, the dielectric plates 1, 1
Although the wavelength of the electromagnetic field inside 0, 20, 21, 51 changes slightly, it may be regarded as constant in practice. Therefore, assuming that the wavelength of the electromagnetic field inside the dielectric plates 1, 10, 20, 21, 51 is constant, calculation of the Hankel function is not necessary, and the radius can be represented by the arithmetic progression and the virtual concentric circle can be set. .

【0035】誘電体板1,10,20,21,51の誘
電率εと自由空間の電磁界の波長λとを用いて、公差d
を、
Using the dielectric constant ε of the dielectric plates 1, 10, 20, 21, 51 and the wavelength λ of the electromagnetic field in free space, the tolerance d
To

【数16】 d=λ/√ε とした等差数列を用いて半径を表し、仮想直交線を境界
に両側それぞれの領域か、または誘電体板面上の全領域
で、仮想同心円を構成し放射素子を配設しても良い。
[Equation 16] A radius is expressed by using an arithmetic sequence with d = λ / √ε, and virtual concentric circles are formed on each side of the virtual orthogonal line as a boundary or in the entire area on the dielectric plate surface. A radiating element may be provided.

【0036】直線偏波を効率よく放射するためには、仮
想直交線の左右それぞれから放射される電波について、
仮想基準線方向の成分が加え合わされることが望まし
い。しかし、仮想同心円上で、同一円周上に放射素子が
位置し、仮想直交線に対称な位置関係であるときには、
図6のベクトルA’とベクトルC’のように、それらの
位相が時間的に一致し、空間的にはπの位相差を持つこ
とになって、仮想基準線方向の成分が打ち消し合うこと
になる。したがって、加え合わせられるようにするため
には、仮想直交線を境界に、左に配設された放射素子3
から放射される電波と、右に配設された放射素子3から
放射される電波に、時間的にπの位相差を持たせ、空間
的に位相を一致させる必要がある。
In order to radiate linearly polarized waves efficiently, regarding the radio waves radiated from the left and right of the virtual orthogonal line,
It is desirable that the components in the virtual reference line direction are added together. However, when the radiating elements are located on the same circumference on the virtual concentric circle and the positional relationship is symmetric with respect to the virtual orthogonal line,
Like the vector A ′ and the vector C ′ in FIG. 6, their phases temporally coincide with each other and spatially have a phase difference of π, so that the components in the virtual reference line direction cancel each other out. Become. Therefore, in order to be added together, the radiating element 3 arranged on the left with the virtual orthogonal line as a boundary.
The radio wave radiated from the radio wave and the radio wave radiated from the radiating element 3 arranged on the right need to have a phase difference of π with respect to time so that the phases are spatially matched.

【0037】仮想直交線を境界に、左に配設された放射
素子3から放射される電波と、右に配設された放射素子
3から放射される電波とで、時間的にπの位相差を持つ
ようにするために、
A radio wave radiated from the radiating element 3 arranged on the left and a radio wave radiating from the radiating element 3 arranged on the right with respect to the virtual orthogonal line as a boundary, have a temporal phase difference of π. To have

【数17】 ζ−ξ=π の関係がある定数ζ、ξを用いて、仮想直交線の両側
で、上記ハンケル関数の偏角を、仮想同心円それぞれの
半径と定数に関係付け、放射素子3を配設する。つま
り、仮想直交線を境界にして一方の側の領域の放射素子
が配設されている、仮想同心円のそれぞれの半径R
(j=1,2,…,n、nは正の整数)に対しては、
Using the constants ζ and ξ having the relationship of ζ−ξ = π, the deflection angle of the above Hankel function is related to the radius and the constant of each virtual concentric circle on both sides of the virtual orthogonal line, and the radiating element 3 To arrange. That is, each radius R of the virtual concentric circles in which the radiating elements in one region are arranged with the virtual orthogonal line as a boundary
For j (j = 1, 2, ..., N, n is a positive integer),

【数18】 Arg{H(kR)}=ζ (0≦ζ≦2π) で、他方の領域の放射素子が配設されている仮想同心円
のそれぞれの半径Rに対しては、
Where Arg {H (kR j )} = ζ (0 ≦ ζ ≦ 2π), and for each radius R j of the virtual concentric circle in which the radiating elements in the other region are arranged,

【数19】 Arg{H(kR)}=ξ (0≦ξ≦2π) とすれば、時間的にπの位相差を持つ。If Arg {H (kR j )} = ξ (0 ≦ ξ ≦ 2π), there is a phase difference of π in terms of time.

【0038】先と同じ理由で、誘電体板1,10,2
0,21,51内部の電磁界の波長を一定と仮定する
と、上記の関係を等差数列を用いて、簡潔に表すことが
できる。誘電体板1,10,20,21,51の誘電率
εと自由空間の電磁界の波長λとをもちいて、最も半径
の小さな円の半径を初項とし、公差dを、
For the same reason as above, the dielectric plates 1, 10, 2 are
Assuming that the wavelengths of the electromagnetic fields inside 0, 21, and 51 are constant, the above relationship can be simply expressed using an arithmetic sequence. Using the permittivity ε of the dielectric plates 1, 10, 20, 21, 51 and the wavelength λ of the electromagnetic field in free space, the radius of the circle with the smallest radius is taken as the first term, and the tolerance d is

【数20】 d=λ/(2√ε) とする等差数列で半径を表し、基準点を中心として仮想
同心円を構成し、半径の小さい仮想同心円から順に、仮
想直交線の左右交互に放射素子3を配設すればよい。こ
こで、λ/√εは誘電体板1,10,20,21,51
内部での電磁界の波長である。
[Equation 20] Radius is represented by an arithmetic progression with d = λ / (2√ε), virtual concentric circles are formed around a reference point, and virtual concentric circles are radiated alternately from left and right in order from a virtual concentric circle with a small radius. The element 3 may be provided. Here, λ / √ε is the dielectric plate 1, 10, 20, 21, 51
It is the wavelength of the electromagnetic field inside.

【0039】図6で、上記のように構成される仮想同心
円上に配設された放射素子A,Dは、時間的に位相差が
πである。よって、ベクトルA’とベクトルD’の仮想
基準線VSL方向の電波の成分は加え合わせられること
になり、仮想基準線VSL方向に直線偏波の電波を効率
良く放射する。図3の放射素子3のパターンは、上記方
法を用いて構成した実施例で、直線偏波の電波を放射す
る。
In FIG. 6, the radiating elements A and D arranged on the virtual concentric circle configured as described above have a temporal phase difference of π. Therefore, the radio wave components of the vector A ′ and the vector D ′ in the virtual reference line VSL direction are added together, and the linearly polarized radio wave is efficiently radiated in the virtual reference line VSL direction. The pattern of the radiating element 3 in FIG. 3 is an embodiment constructed by using the above method, and radiates a linearly polarized radio wave.

【0040】図7は、円偏波の電波を放射する放射素子
11のパターンの実施例である。軸対称モードで誘電体
板10内部を伝搬する電磁界によって、放射素子11に
は内部電磁界の位相に対応した位相の電流が流れるか
ら、ハンケル関数の偏角にしたがって、基準点を中心に
偏角分だけ回転した位置に放射素子11が順次配設され
ていれば、円偏波の電波を放射する。
FIG. 7 shows an embodiment of the pattern of the radiating element 11 which radiates circularly polarized radio waves. An electromagnetic field propagating inside the dielectric plate 10 in the axially symmetric mode causes a current having a phase corresponding to the phase of the internal electromagnetic field to flow in the radiating element 11, so that the current is deviated about the reference point according to the declination of the Hankel function. If the radiating elements 11 are sequentially arranged at positions rotated by an angle, circularly polarized radio waves are radiated.

【0041】図8は、円偏波の放射素子を配設する規則
を説明する図面で、放射素子S,S,Sは、仮想
直線VLに対しての角度と基準点Sからの距離がそれぞ
れ、φ,r,ψ,r,χ,rの位置に配設されて
いる。このとき、誘電体板10の誘電率と電磁界の周波
数で決まる上記定数kを用いて、ハンケル関数Hの偏角
とに、
FIG. 8 is a diagram for explaining the rules for arranging the circularly polarized radiation element, wherein the radiation elements S 1 , S 2 , and S 3 are from the reference point S and the angle with respect to the virtual straight line VL. The distances are respectively arranged at positions of φ, r 1 , ψ, r 2 , χ, r 3 . At this time, using the constant k determined by the dielectric constant of the dielectric plate 10 and the frequency of the electromagnetic field, the deviation angle of the Hankel function H is

【数20】 Arg{H(kr)}=φ## EQU20 ## Arg {H (kr 1 )} = φ

【数21】 Arg{H(kr)}=ψ## EQU21 ## Arg {H (kr 2 )} = ψ

【数22】 Arg{H(kr)}=χの関係で、放
射素子を配設する。
## EQU22 ## Radiating elements are arranged in a relationship of Arg {H (kr 3 )} = χ.

【0042】円偏波放射素子を配設する規則は、特開昭
57−87603号と同じ原理に基づいているが、放射
素子が、特開昭57−87603号では金属板上に形成
されたハの字状のスロット対であり、本発明にかかる平
面アンテナでは誘電体板上の短冊形導体である。また特
開昭57−87603号では、どのスロットも径方向に
対してπ/4の角度をなしているのに対し、本発明では
全ての細長形または短冊形導体の長手方向中心軸線が径
方向に一致している点が異なる。また、特開昭57−8
7603号の、どのスロットも長手方向中心軸線が径方
向に一致するならば、電磁気学上、そのスロットは有効
な電波放射素子とは成り得ない。
The rule for disposing the circularly polarized wave radiating element is based on the same principle as in JP-A-57-87603, but the radiating element is formed on a metal plate in JP-A-57-87603. It is a pair of V-shaped slots, and is a strip conductor on a dielectric plate in the planar antenna according to the present invention. Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 57-87603, all slots form an angle of π / 4 with respect to the radial direction, whereas in the present invention, the central axis in the longitudinal direction of all elongated or strip-shaped conductors is in the radial direction. The difference is that they match. In addition, JP-A-57-8
If the longitudinal center axis of any of the slots of 7603 coincides with the radial direction, the slot cannot be an effective radio wave emitting element electromagnetically.

【0043】先と同じ理由で、誘電体板10中での電磁
界の波長を一定であると仮定すると、上記円偏波を放射
する放射素子11のパターンは、アルキメデスの螺旋を
用いて構成することができる。
For the same reason as above, assuming that the wavelength of the electromagnetic field in the dielectric plate 10 is constant, the pattern of the radiating element 11 that radiates the circularly polarized wave is constructed by using the spiral of Archimedes. be able to.

【0044】即ち、一回転する毎に、誘電体板11中で
の波長の長さλ/√εだけ、中心からの距離が増加する
規則で、構成された仮想アルキメデス螺旋上に、放射素
子を配設する。数学的には、任意のアルキメデスの螺旋
は、点Gと点yとの距離tが、点Gを通る任意の直線
と、点Gと点yを結ぶ直線がなす角α(弧度法)との間
に、任意の定数Kを用いて、
That is, the radiating element is arranged on the virtual Archimedean spiral constructed by the rule that the distance from the center increases by the length λ / √ε of the wavelength in the dielectric plate 11 every one rotation. Arrange. Mathematically, for any Archimedes' spiral, the distance t between the point G and the point y is defined by an arbitrary straight line passing through the point G and an angle α (radian measure) formed by the straight line connecting the point G and the point y. In between, using an arbitrary constant K,

【数23】 t=Kα と表され、前記規則を適用すると、定数Kは、T = Kα When the above rule is applied, the constant K becomes

【数24】 K=λ/(2π√ε) となる。K = λ / (2π√ε) Becomes

【0045】つまり、仮想アルキメデスの螺旋によっ
て、放射素子11を配設するには、上記のαを図8の
φ,ψ,χに置き換え、上記のtを図8のr,r
に置き換える。
That is, in order to arrange the radiating element 11 by the spiral of virtual Archimedes, the above α is replaced with φ, ψ, χ in FIG. 8, and the above t is r 1 , r 2 , in FIG.
Replace with r 3 .

【0046】円偏波の方向、即ち、右旋偏波と左旋偏波
によって、仮想アルキメデスの螺旋の回転する向きを変
える必要があることは明らかである。
It is clear that it is necessary to change the direction of rotation of the virtual Archimedean spiral depending on the direction of circular polarization, that is, right-handed polarization and left-handed polarization.

【0047】図4は、図3実施例の直線偏波を放射する
平面アンテナのI−I’線断面図である。放射素子3が
配設されている誘電体板1面の基準点の真下を給電点と
して、同軸ケーブルで給電するための同軸コネクタ4を
配設し、同軸コネクタ4の内導体に接続された線状導体
5によって、円形導体6と接続されている。
FIG. 4 is a sectional view taken along the line II 'of the planar antenna for radiating linearly polarized waves of the embodiment shown in FIG. A wire connected to the inner conductor of the coaxial connector 4 is provided with a coaxial connector 4 for supplying power with a coaxial cable, with the power supply point being directly below the reference point on the surface of the dielectric plate 1 on which the radiating element 3 is arranged. The conductor 5 is connected to the circular conductor 6.

【0048】線状導体5、円形導体6は、給電点でのイ
ンピーダンス整合をとり、電磁界の反射を少なくして、
誘電体板1内に効率的に電磁界を導くようにするもので
ある。
The linear conductor 5 and the circular conductor 6 are impedance-matched at the feeding point to reduce reflection of an electromagnetic field.
The electromagnetic field is efficiently guided into the dielectric plate 1.

【0049】したがって、線状導体5の長さ、太さ、形
状、円形導体6の大きさは、電磁界の周波数や誘電体板
1の厚みによって、適宜調整する。インピーダンス整合
がとれるなら、円形導体6は無くても構わず、線状導体
5は円形導体6と接続されている必要はない。
Therefore, the length, thickness and shape of the linear conductor 5 and the size of the circular conductor 6 are appropriately adjusted depending on the frequency of the electromagnetic field and the thickness of the dielectric plate 1. If impedance matching can be achieved, the circular conductor 6 may be omitted, and the linear conductor 5 need not be connected to the circular conductor 6.

【0050】整合負荷7は、誘電体板1の端部で、電磁
界の反射を抑制するためのものであり、端部での反射が
少ないときは無くても構わない。
The matching load 7 is for suppressing the reflection of the electromagnetic field at the end of the dielectric plate 1, and may be omitted when the reflection at the end is small.

【0051】線状導体5に代わるものとしては、図9に
示される形状の物が、インピーダンス整合のために有効
である。
As an alternative to the linear conductor 5, a shape shown in FIG. 9 is effective for impedance matching.

【0052】図13の二段テーパ状導体29は、線状導
体5に代わるものとして同軸コネクタに接続した実施例
であり、図9に示されるような形状の導体を配設するこ
とが、広帯域にわたってインピーダンス整合をとるため
に有効である。
The two-stage tapered conductor 29 shown in FIG. 13 is an embodiment in which it is connected to a coaxial connector as an alternative to the linear conductor 5, and the conductor having the shape shown in FIG. This is effective for impedance matching over the entire length.

【0053】また図10の給電点の断面図に示されるよ
うに、誘電体板1の給電点にテーパになった凸部を設
け、同軸コネクタを接合金具57を用いて接続すること
も、インピーダンス整合のために有効である。
As shown in the cross-sectional view of the feeding point of FIG. 10, it is also possible to provide a tapered convex portion at the feeding point of the dielectric plate 1 and connect the coaxial connector using the joining metal fitting 57. Effective for alignment.

【0054】また図11のように、上下に移動できるス
タブを設け、これを調節し、インピーダンス整合をとる
ことも効果的である。
As shown in FIG. 11, it is also effective to provide a stub that can move up and down and adjust the stub for impedance matching.

【0055】図12,13は図3、4の平面アンテナの
指向特性を改良した実施例で、誘電体板を2層にして、
上層の誘電体板21に電磁界を回り込ませ、電波を放射
する。このようにすると、内部の電磁界が強い誘電体板
21の外側では、放射素子の配設密度が、内側よりも均
一に近くなっているので、アンテナの特性の向上が図ら
れる。
12 and 13 show an embodiment in which the directional characteristics of the planar antennas shown in FIGS. 3 and 4 are improved.
An electromagnetic field is caused to wrap around the upper dielectric plate 21 and a radio wave is radiated. With this configuration, the arrangement density of the radiating elements is closer to the outside of the dielectric plate 21 where the electromagnetic field inside is stronger than to the inside, so that the characteristics of the antenna can be improved.

【0056】図12は、円偏波を放射する放射素子のパ
ターンの実施例である。また図13は、図12のII−
II’線断面図である。電磁界を誘電体板20の端部ま
で導く、中間円形導体30が二枚の誘電体板20,21
の境界に設けられている。そして、誘電体板20,21
側面は接地導体22に続いて、下側側面導体24、上側
側面導体25、環状導体26によって、電磁界を上層の
誘電体板21に導く導波路が形成されている。
FIG. 12 shows an example of a pattern of a radiating element that radiates circularly polarized waves. Further, FIG. 13 shows II- of FIG.
FIG. 11 is a sectional view taken along line II ′. The intermediate circular conductor 30 for guiding the electromagnetic field to the end of the dielectric plate 20 has two dielectric plates 20, 21.
It is provided at the boundary of. Then, the dielectric plates 20 and 21
The side surface is connected to the ground conductor 22, and the lower side surface conductor 24, the upper side surface conductor 25, and the annular conductor 26 form a waveguide for guiding the electromagnetic field to the upper dielectric plate 21.

【0057】この構造では、誘電体板20,21端部は
電磁波を上層に導くために適した形状にする必要があ
り、中間円形導体30、下側側面導体24、上側側面導
体25、環状導体26の大きさ、および誘電体板20,
21の厚さ、端部の断面形状を適宜調節する。
In this structure, the ends of the dielectric plates 20 and 21 need to have a shape suitable for guiding electromagnetic waves to the upper layer, and the intermediate circular conductor 30, the lower side conductor 24, the upper side conductor 25, and the annular conductor. 26, and the dielectric plate 20,
The thickness of 21 and the cross-sectional shape of the end are appropriately adjusted.

【0058】また、整合負荷27は、誘電体板21の外
側から内側に向かって伝搬してくる電磁界のうち、電波
として放射されなかった電磁界のエネルギーを吸収する
ための整合負荷27であり、アンテナが十分に大きく放
射素子23の数が多いとき、または放射素子の放射効率
が十分に高くなるように、放射素子23の形状が工夫さ
れているときは、誘電体板21内部電磁界が、中心部で
十分小さくなっているので、整合負荷27は無くても良
い。
The matching load 27 is a matching load 27 for absorbing the energy of the electromagnetic field that is not radiated as a radio wave among the electromagnetic fields propagating from the outside to the inside of the dielectric plate 21. When the antenna is sufficiently large and the number of radiating elements 23 is large, or when the shape of the radiating elements 23 is devised so that the radiation efficiency of the radiating elements is sufficiently high, the internal electromagnetic field of the dielectric plate 21 is , The matching load 27 is not necessary because it is sufficiently small in the central portion.

【0059】直線偏波を放射するパターンにおいても、
図12,13の構成をとって特性を向上することができ
る。
Even in a pattern that radiates a linearly polarized wave,
The characteristics can be improved by adopting the configuration of FIGS.

【0060】本発明にかかるアンテナにおいて、電波の
細長形または短冊状の放射素子は、電波の放射効率を適
切にするため、図14の実施例に示すような形状、また
はこれらの組み合わせの形状にしてもよい。
In the antenna according to the present invention, the elongated or strip-shaped radio wave radiation element has a shape as shown in the embodiment of FIG. 14 or a combination thereof in order to make the radiation efficiency of the radio wave appropriate. May be.

【0061】大電力を必要とする場合や、電気的に指向
性を変える必要のある場合には、本発明にかかる平面ア
ンテナを所要数用いて、アレーアンテナとすればよい。
When a large amount of power is required or when it is necessary to electrically change the directivity, a required number of planar antennas according to the present invention may be used to form an array antenna.

【0062】アンテナ表面には、放射素子パターン保護
のため、適宜レドーム等の保護構造を設けても良い。
A protective structure such as a radome may be appropriately provided on the surface of the antenna to protect the radiating element pattern.

【0063】[0063]

【発明の効果】本発明の平面アンテナは、以上説明した
ように構成されているので、以下に記載されるような効
果を奏する。
Since the planar antenna of the present invention is constructed as described above, it has the following effects.

【0064】エネルギー損失の原因となる導体の使用
が、最小限に押さえられた平面アンテナであるので、ア
ンテナとしての効率が高くなる。
Since the use of the conductor which causes the energy loss is the planar antenna which is suppressed to the minimum, the efficiency as the antenna becomes high.

【0065】全て誘電体に一体化され、また平面のみに
よって構成されているので、中空構造を持つ平面アンテ
ナや、衛星放送に使われるパラボラアンテナのように、
曲面構造を持ち、かつ給電点の一次放射器を特定の位置
に支持しなければならないアンテナに比べ、格段に堅牢
であり、機械的に強くなる。
Since all are integrated with a dielectric and are composed of only planes, like a planar antenna having a hollow structure and a parabolic antenna used for satellite broadcasting,
It is much more robust and mechanically stronger than an antenna that has a curved structure and must support the primary radiator of the feeding point at a specific position.

【0066】平面アンテナであるから屋外に設置した場
合、従来の衛星放送用パラボラアンテナのように三次元
的な構成をしているアンテナに比べ、風雪の影響を受け
難く耐久性が増す。
Since it is a plane antenna, when it is installed outdoors, it is less susceptible to the effects of wind and snow and is more durable than an antenna having a three-dimensional structure like a conventional satellite dish for satellite broadcasting.

【0067】誘電体板に配設された導体は、ほとんどが
平面状に二次元的に配設されており、パターニングによ
って一度に配設することができるので、製造時間の短縮
と製造費用の低減を図ることができ、大量生産に適した
アンテナである。
Most of the conductors arranged on the dielectric plate are two-dimensionally arranged in a plane and can be arranged at a time by patterning, so that the manufacturing time and the manufacturing cost are reduced. The antenna is suitable for mass production.

【0068】円偏波用平面アンテナ、直線偏波用平面ア
ンテナともに、同様の構造をしており、放射素子のパタ
ーンを変えるだけで、偏波を変えた平面アンテナが製造
できることになり、製造コストを押さえることができ
る。
Both the plane antenna for circular polarization and the plane antenna for linear polarization have the same structure, and it is possible to manufacture the plane antenna with the polarized wave changed only by changing the pattern of the radiating element. Can be held down.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明にかかる平面アンテナの基本構成を示
す、内部構造を明示した俯瞰図である。
FIG. 1 is a bird's-eye view clearly showing the internal structure, showing the basic configuration of a planar antenna according to the present invention.

【図2】本発明にかかる平面アンテナの放射素子の形
状、中心軸線を説明する図面である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a shape and a central axis of a radiating element of a planar antenna according to the present invention.

【図3】本発明にかかる平面アンテナの直線偏波を放射
する放射素子のパターンを示す実施例で、平面アンテナ
の正面図である。
FIG. 3 is a front view of a planar antenna in an embodiment showing a pattern of a radiating element that radiates a linearly polarized wave of the planar antenna according to the present invention.

【図4】本発明にかかる平面アンテナの基本的内部構造
を示す実施例で、図3正面図のI−I’線断面である。
4 is an embodiment showing a basic internal structure of the planar antenna according to the present invention, and is a cross-sectional view taken along the line II ′ of the front view of FIG. 3. FIG.

【図5】本発明にかかる平面アンテナの動作機構を示す
ため、誘電体内部の電磁界の姿態を説明する図面であ
る。
FIG. 5 is a view for explaining a mode of an electromagnetic field inside a dielectric to show an operating mechanism of the planar antenna according to the present invention.

【図6】本発明にかかる平面アンテナの直線偏波を放射
する放射素子の配設規則を説明する図面である。
FIG. 6 is a diagram illustrating an arrangement rule of radiating elements that radiate linearly polarized waves of the planar antenna according to the present invention.

【図7】本発明にかかる平面アンテナの円偏波を放射す
る放射素子のパターンを示す実施例で、平面アンテナの
正面図である。
FIG. 7 is a front view of a plane antenna in an example showing a pattern of a radiating element that radiates circularly polarized waves of the plane antenna according to the present invention.

【図8】本発明にかかる平面アンテナの円偏波を放射す
る放射素子の配設規則を説明する図面である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a layout rule of radiating elements that radiate circularly polarized waves of the planar antenna according to the present invention.

【図9】線状導体、テーパー型導体を変形した実施例で
ある。
FIG. 9 is an example in which a linear conductor and a tapered conductor are modified.

【図10】誘電体板の給電部にテーパ状の凸部を設け、
給電点のインピーダンス整合を改良した実施例で、給電
部を拡大した断面図である。
FIG. 10 is a perspective view showing a tapered convex portion provided on a feeding portion of a dielectric plate.
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a power feeding unit in an embodiment in which impedance matching at a power feeding point is improved.

【図11】スタブを使って、給電点のインピーダンス整
合を改良した実施例で、給電部を拡大した断面図であ
る。
FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view of a power feeding unit in an embodiment in which impedance matching at a power feeding point is improved by using a stub.

【図12】図3,図4の平面アンテナを改良した実施例
の正面図である。
FIG. 12 is a front view of an embodiment in which the planar antenna of FIGS. 3 and 4 is improved.

【図13】図12の内部構造を示す実施例で、図12正
面図のII−II’線断面図である。
13 is a cross-sectional view taken along line II-II ′ of the front view of FIG. 12, showing an embodiment showing the internal structure of FIG.

【図14】放射素子の形状を変形した実施例である。FIG. 14 is an example in which the shape of the radiating element is modified.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、10,20,21,51 誘電体板 2、22,52 接地導体 3、11、23,53 放射素子 4、28,54 同軸コネクタ 5、55 線状導体 6、12、56 円形導体 7、27 整合負荷 8 直線偏波の方向 24 下側側面導体 25 上側側面導体 26 環状導体層 29 二段テーパ導体 30 中間円形導体 40 スタブ 57 接合金具 58 テーパ型導体 59 同軸コネクタの内導体と外導体の間を充填する誘
電体
1, 10, 20, 21, 51 Dielectric plate 2, 22, 52 Ground conductor 3, 11, 23, 53 Radiating element 4, 28, 54 Coaxial connector 5, 55 Linear conductor 6, 12, 56 Circular conductor 7, 27 Matched Load 8 Direction of Linearly Polarized Wave 24 Lower Side Conductor 25 Upper Side Conductor 26 Annular Conductor Layer 29 Two-Step Tapered Conductor 30 Intermediate Circular Conductor 40 Stub 57 Joining Metal 58 Tapered Conductor 59 Coaxial Connector Inner and Outer Conductor Dielectric filling space

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01Q 21/06 H01Q 13/22 H01Q 21/22 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01Q 21/06 H01Q 13/22 H01Q 21/22

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】低誘電損失特性を持つ誘電体板と、中央部
に給電用の同軸コネクタが配設された接地導体と、放射
素子とで構成される平面アンテナであって、放射素子が
所要数の細長形導体で構成され、これら全ての細長形導
体の長手方向中心軸線の仮想延長線が、誘電体板上の基
準点を通過するように配設されていることを特徴とする
平面アンテナ。
1. A flat antenna comprising a dielectric plate having a low dielectric loss characteristic, a ground conductor having a coaxial connector for feeding at the center, and a radiating element, wherein the radiating element is required. Planar antenna, characterized in that it is composed of a number of elongated conductors, and that virtual extension lines of the longitudinal center axes of all these elongated conductors are arranged so as to pass through a reference point on the dielectric plate. .
【請求項2】放射素子が基準点を中心とする仮想同心円
上に配設され、しかもこれらの放射素子が、基準点を通
過する仮想基準線に対し線対称に位置し、同時にそれぞ
れの仮想同心円上において、仮想基準線と直交し基準点
を通過する仮想直交線を境界にいずれか一方の側にのみ
配設されていることを特徴とする請求項1記載の平面ア
ンテナ。
2. Radiating elements are arranged on a virtual concentric circle centered on a reference point, and these radiating elements are located in line symmetry with respect to a virtual reference line passing through the reference point, and at the same time, respective virtual concentric circles. 2. The planar antenna according to claim 1, wherein the planar antenna is arranged only on one side with a virtual orthogonal line that is orthogonal to the virtual reference line and passes through the reference point as a boundary.
【請求項3】仮想直交線を境界に一方または両側の領域
において、放射素子が配設されている仮想同心円につい
て、電磁界の周波数と誘電体板の誘電率で決まる定数k
と、一つまたは二つの定数η(0≦η≦2π)とを用い
て、仮想同心円それぞれの半径R(j=1,2,…,
n、nは正の整数)が、ハンケル関数Hの偏角との間
に、 【数1】 Arg{H(kR)}=η の関係があることを特徴とする請求項1、2記載の平面
アンテナ。
3. A constant k determined by the frequency of the electromagnetic field and the dielectric constant of the dielectric plate with respect to a virtual concentric circle in which the radiating elements are arranged in one or both sides of the virtual orthogonal line as a boundary.
And one or two constants η (0 ≦ η ≦ 2π), the radii R j (j = 1, 2, ...
3. n and n are positive integers), and the argument of the Hankel function H has a relationship of Arg {H (kR j )} = η. Plane antenna.
【請求項4】誘電体板面上で、放射素子が配設される点
xと基準点とを結ぶ直線が、基準点を通過する仮想直線
に対してなす角θ(弧度法)と、基準点と点xとの距離
rと、電磁界の周波数と誘電体板の誘電率で決まる定数
kを用いた、ハンケル関数Hの偏角が、 【数2】 θ=Arg{H(kr)} の関係にあることを特徴とする請求項1記載の平面アン
テナ。
4. The angle θ (radiance method) formed by a straight line connecting a point x where a radiating element is arranged and a reference point on a dielectric plate surface with respect to an imaginary straight line passing through the reference point, and a reference Using the distance r between the points and the point x and the constant k determined by the frequency of the electromagnetic field and the permittivity of the dielectric plate, the deviation angle of the Hankel function H is expressed as follows: θ = Arg {H (kr)} The planar antenna according to claim 1, wherein the planar antenna has the following relationship.
【請求項5】低誘電損失特性を持つ誘電体板の一方の面
に接地導体が配設され、対向する面に短冊形導体からな
る所要数の放射素子が配設され、接地導体の中央部に給
電用の同軸コネクタが配設された平面アンテナであっ
て、同軸コネクタの中心軸線の仮想延長線と、放射素子
が配設されている面との交点を基準点とし、全ての短冊
形導体の長手方向中心軸線の仮想延長線が、基準点を通
過するように配設され、かつ全ての短冊形導体の長手方
向中心軸線の中点が、基準点を中心とする仮想同心円上
に位置し、同時に、全ての短冊形導体は、基準点を通過
する誘電体板面上の仮想基準線を対称軸として線対称の
位置に配設され、しかもそれぞれの仮想同心円上におい
て、仮想基準線と直交する誘電体板面上の仮想直交線を
境界に、いずれか一方の側にのみ配設されており、それ
ら短冊形導体が配設される仮想同心円のそれぞれの半径
(j=1,2,…,n、nは正の整数)が、ハンケ
ル関数Hの偏角との間に、電磁界の周波数と誘電体板の
誘電率で決まる定数kと、 【数3】 ζ−ξ=π の関係にある二つの定数ζ、ξとを用いて、仮想直交線
を境界にして一方の側の領域の放射素子が配設されてい
る、仮想同心円のそれぞれの半径Rに対しては、 【数4】 Arg{H(kR)}=ζ (0≦ζ≦2π) で、他方の領域の放射素子が配設されている仮想同心円
のそれぞれの半径Rに対しては、 【数5】 Arg{H(kR)}=ξ (0≦ξ≦2π) で、関係づけられることを特徴とする平面アンテナ。
5. A grounding conductor is arranged on one surface of a dielectric plate having a low dielectric loss characteristic, and a required number of radiating elements made of strip-shaped conductors are arranged on opposite surfaces, and a central portion of the grounding conductor. A planar antenna in which a coaxial connector for power feeding is arranged in the center of the coaxial connector, and the intersection of the virtual extension line of the central axis of the coaxial connector and the surface on which the radiating element is arranged is used as a reference point for all rectangular conductors. The virtual extension line of the longitudinal center axis of is arranged so as to pass through the reference point, and the midpoints of the longitudinal center axes of all the strip conductors are located on a virtual concentric circle centered on the reference point. , At the same time, all strip-shaped conductors are arranged at positions symmetrical about the virtual reference line on the surface of the dielectric plate that passes through the reference point and are orthogonal to the virtual reference line on each virtual concentric circle. With the virtual orthogonal line on the surface of the dielectric plate Is disposed only on the side of each of the radius R j of virtual concentric circle thereof strip-shaped conductor is disposed (j = 1,2, ..., n , n is a positive integer) is the Hankel function H Using the constant k determined by the frequency of the electromagnetic field and the permittivity of the dielectric plate and the two constants ζ and ξ in the relationship of ζ−ξ = π, the virtual orthogonality For each radius R j of the virtual concentric circles in which the radiating elements on one side are arranged with the line as the boundary, Arg {H (kR j )} = ζ (0 ≦ ζ ≦ 2π), and for each radius R j of the virtual concentric circles in which the radiating elements in the other region are arranged, Arg {H (kR j )} = ξ (0 ≦ ξ ≦ 2π), a planar antenna characterized by being related.
【請求項6】低誘電損失特性を持つ誘電体板の一方の面
に接地導体が配設され、対向する面に短冊形導体からな
る所要数の放射素子が配設され、接地導体の中央部に給
電用の同軸コネクタが配設された平面アンテナであっ
て、同軸コネクタの中心軸線の仮想延長線と、放射素子
が配設されている面との交点を基準点とし、全ての短冊
形導体の長手方向中心軸線の仮想延長線が、基準点を通
過するように配設され、短冊形導体の長手方向中心軸線
の中点xと基準点とを結ぶ直線が、基準点を通過する誘
電体板面上の仮想直線に対してなす角θ(弧度法)と、
基準点と点xとの距離rと、ハンケル関数Hの偏角との
間に、電磁界の周波数と誘電体板の誘電率で決まる定数
kを用いて、 【数6】 θ=Arg{H(kr)} なる関係があることを特徴とする平面アンテナ。
6. A grounding conductor is arranged on one surface of a dielectric plate having a low dielectric loss characteristic, and a required number of radiating elements made of strip-shaped conductors are arranged on the opposite surface, and a central portion of the grounding conductor. A planar antenna in which a coaxial connector for power feeding is arranged in the center of the coaxial connector, and the intersection of the virtual extension line of the central axis of the coaxial connector and the surface on which the radiating element is arranged is used as a reference point for all rectangular conductors. A virtual extension line of the central axis of the longitudinal direction of the strip conductor is arranged so as to pass through the reference point, and a straight line connecting the midpoint x of the longitudinal central axis of the strip conductor and the reference point passes through the reference point. The angle θ (degree of arc method) with respect to the virtual straight line on the plate surface,
Between the distance r between the reference point and the point x and the declination of the Hankel function H, a constant k determined by the frequency of the electromagnetic field and the permittivity of the dielectric plate is used, and θ = Arg {H (Kr)} A planar antenna characterized by the following relationship.
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