JP3990735B2 - アンテナ素子 - Google Patents
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Description
このようなアンテナ素子としては従来周知なものであり、例えばアメリカ特許第5030961号明細書やエレクトロニックレターズ(ElectronicLetters)第30巻、22号、1814−1815頁、1994年発行(ヤマザキ(Yamazaki)著)等に開示されている。比較的広い帯域幅及び互いに干渉されない二重偏波を得るためには、従来は、空中線対網(air−bridge)を平板給電回路網に配設したり(アメリカ特許第5030961号明細書参照)、接地平板層で隔離される2つの異なる誘電基板を配設したり(ヤマザキ著参照)する必要があった。しかし、これらの手段は設計段階や製造工程がかなり複雑であり、これら2つの誘電基板はそれぞれ給電回路網を必要とするので、高コストであった。
本発明の目的はパッチの中央に位置する十字形開口面の長所を生かしながら、簡便で安価なアンテナ素子を提供することであり、特に給電回路網を有する一つの誘電基板を備えたアンテナ素子を提供することにある。
本発明によれば、これらの目的は、スロットのどちらか一方のスロットを励振させる位置で、かつ、開口部の中央を中心として対称的に設けられた一対の給電線を有する第1給電素子と、残りのスロットを励振させる位置で、かつ、第1給電素子と交差することなく、開口部中央の片側に非対称的に設けられた1本の給電線をする第2給電素子とから給電素子を構成することにより達成される。
本発明の特徴は給電素子の配列であり、すなわち、一方の給電素子(第1給電素子)のみが対称であり、他方の給電素子(第2給電素子)は十字形開口面の中央に対して非対称であることと、給電回路網が一つの平板形状に設けられていても各給電線の交差を避けることができるように2つの給電素子が配置されることである。第2給電線は非対称に配列されているので、対応スロットに完全に均衡な励振を起こすことは不可能である。しかし、第2給電素子が開口部の中央位置の至近に配列されたり、好ましくは2つの給電線に分岐された左右対称の給電素子よりもさらに中央位置に接近して配列された場合、スロットにおける電界の不均衡は受け入れ可能な水準内である。
本発明の実施態様において、第1給電素子の給電線、特にマイクロストリップ式の給電線は、実質的に互いに平行に且つ対応スロットとは直角な方向に沿って設けられており、第2給電素子は第1給電素子の各給電線の端部間に挟まれるように、各端部から距離をおいた位置に設けられている。
本発明の前述の特徴並びに別の特徴は添付請求項に記載されるとともにさらに実施例を用いて、下記のとおり添付説明図に沿って説明する。
図1は本発明によるアンテナ素子を示す分解斜視図である。
図2は図1に示すアンテナ素子を上方から見た平面図における給電素子並びに十字形開口面を示す図である。
図3は2チャンネルの二重偏波マイクロ波間の、反射減衰量(反射損失)と隔離を示すグラフである。
図1に概略を示すように、アンテナ素子は、アンテナ素子の放射部分となる矩形(方形)のパッチ2が設けられた上方の比較的厚さの厚い誘電層1と、前記パッチ2に中心を合わせた十字形の開口面4を有する導電性接地面(平板)層3と、下方の比較的薄い誘電性基板5とを備え、前記誘電性基板5はその下側、つまり前記十字形開口面4とは反対側に、基板5の肉厚に相当する間隔を維持して、平板形状の給電回路網6を有する多重構造に構成されている。
図示した実施例では、上方層(誘電層)1は肉厚約15mmのロハセル(Rohacell)フォーム製である。パッチ2は肉厚50μm、寸法54×50mmのアルミニウムホイル製であり、図2とともに、パッチ2は方形(矩形)形状に構成されている。
パッチ2の下方に中心が位置されている十字形開口面4は、パッチ2の下方の中心点4cを交点とする2つの直交するスロット4a、4bから構成されている。一方のスロット4aはパッチ2の長手方向に延在して設けられ、その長さはパッチ2の長手側と同じ長さ、つまり54mmの長さに形成されている。他方のスロット4bはパッチ2の短部側よりやや短い44mmの長さに形成されている。各スロット4a、4bの溝幅は2mmである。
図1及び図2に示される給電回路網6は基板5の下側平面に設けたマイクロストリップ線から構成されている。基板5は誘電性材料(ディックラッド)(DiClad)製であり、給電回路網6と十字形開口面4との間隔に相当する0.7mmの肉厚を有している。
給電回路網6は各開口面スロット4b、4aに電界を励振するように配設されている2つの給電素子7、8を有しており、各給電素子は、アンテナ素子の2つの二重偏波マイクロ波チャンネル各々と結合されている。
第1給電素子7は従来型のフォーク状形態に形成され、共通給電線7c(50Ω)から分岐されている2つの並列マイクロストリップ線7a、7b(各々100Ω)から構成されている。各自由端部もしくはスタブ7aa、7bbはスロット4bから約15mm離れた位置に設けられている。図2に示すように、給電線7a、7bは中心点4cから(スロット4aを中心に)、横軸方向に対称に設けられている。同じく従来どおり、端部7aa、7bbは所望インピーダンス整合を確保するために側方(スロット4bに平行)で、かつ、それぞれ基板5の側部側方向に曲げられている。
一方、第2給電素子8(50Ω)は中心点4c位置から距離をおいた片側のみにスロット4aと直交するように非対称に設けられている。この手段ではスロット4aの一方だけにマイクロ波エネルギーが給電されるが、パッチ2との結合は良好なチャンネル機能を得るには充分である。第2給電線8は、スロット4bと平行で、スロット4aの近傍まで延伸し、中心点4cの方向に曲がってアクティブ部8aとして形成されている。アクティブ部8aはスロット4aと平行でスロット4bの近傍まで延伸している。つまり、アクティブ部8aは給電線7a、7bより中心点4c位置の至近に位置されると共に、給電線7a、7bの間でこれらと接触することなく設けられている。また、スロット4bの近傍まで延伸したアクティブ部8aは、さらにスロット4bと平行に延在するように中心点4cの方向に曲がり、スロット4a上を通過して7a方向に延伸している。具体的には、スロット4a上から約7mmの長さ延伸している。さらに、アクティブ部8aは、スロット4aに平行に、スロット4bとは反対方向に曲がっている。
従って給電線7a、7b、8は全て同一平面上に配置されているが、どの点においても互いが交差することも接触することもないから、設計手順並びに製造工程を簡素化できる。現在一般に使用されている二重の給電回路網に比較して、対応給電回路網6を備えた一つの誘電性基板5だけを用意すればよいから、かなりの節約が約束される。
前述のようなアンテナ素子は両チャンネル間の離隔を良好に行え、同様に、有効放射電力の意味でも優れた品質を有していることを実験で証明した。図3のグラフでは、両チャンネル(S11、S22)の反射減衰量は19dB以上であり、周波数帯域1.85−1.99GHz(すなわちピーシーエス(PCS(Personal Communications System))帯域)における強制隔離量(S21)は約35dBを示している。
前述のアンテナ素子は本発明の特許請求の範囲内であれば変更可能であり、例えば、給電線はマイクロストリップ線に限らず、導線やシールドが対応スロットの対向端部と接触するようはんだ付けされた中央導線や外側シールドを備えた従来の同軸ケーブルでも良い。無論アンテナ素子に1つ以上の放射用のパッチを積層することも可能である。
Claims (7)
- 放射用パッチを有する誘電層と、実質的に前記パッチの中心に位置される2つの交差するスロットからなる十字形開口部を有する導電性接地平板層と、前記十字形開口部を介して前記パッチにマイクロ波エネルギーを給電しパッチから二重偏波マイクロ波ビームを発生させるための給電素子を有する給電回路網を備えた誘電性基板とからなる平板の多層構造のアンテナ素子であって、前記給電素子が、前記スロットのどちらか一方のスロットを励振させる位置で、かつ、前記開口部の中央を中心として対称的に設けられた一対の給電線を有する第1給電素子と、残りのスロットを励振させる位置で、かつ、第1給電素子と交差することなく開口部中央の片側に非対称的に設けられた1本の給電線を有し、前記第1給電素子より前記開口部の中央位置に近い位置に配置された第2給電素子とからなることを特徴とするアンテナ素子。
- 前記第1給電素子の2本の給電線は、実質的に互いに平行で、かつ、対応スロットに対して直角な方向に沿って配設されている請求項1記載のアンテナ素子。
- 前記2本の給電線は、実質的に直線であり、かつ、前記給電回路網に含まれる対応チャンネル線から分岐されている請求項3記載のアンテナ素子。
- 前記第2給電素子の一本の給電線は、前記第1給電素子の2本の給電線の間に位置されている請求項2又は3記載のアンテナ素子。
- 前記給電回路網は、前記接地平板層とは反対側の誘電基板片側に設けられたマイクロストリップ線により構成されている請求項1記載のアンテナ素子。
- 前記第1、第2給電素子の給電線は、それぞれ対応スロットとの交点を超えて一定距離延伸している端部スタブ部分を有している請求項6記載のアンテナ素子。
- 前記端部スタブ部分は前記給電回路網の平面範囲内で一定角度で曲げられている請求項7記載のアンテナ素子。
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