JP6470930B2 - 分配器及び平面アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、分配器及び平面アンテナに係り、さらに詳しくは、いずれも誘電体基板上に形成されたマイクロストリップ線路からなる入力線路及び出力線路が接続され、給電点から入力線路を介して分岐点に供給された高周波電力を２以上の出力線路へ分配する分配器の改良に関する。

マイクロストリップアンテナは、略等幅で延びる給電線路と、給電線路を伝搬する進行波により励振される放射素子とが誘電体基板上に形成された平面アンテナであり、導波管等を用いて給電される。給電線路は、誘電体基板の表面に形成されるマイクロストリップ導体と、誘電体基板の裏面に形成される接地板とにより構成されるマイクロストリップ線路である。この様な平面アンテナでは、放射素子の数に応じて高周波電力を分配するために、分配器が用いられる。分配器は、給電点から入力線路を介して分岐点に供給された高周波電力を２以上の出力線路へ分配する電力分配回路である（例えば、特許文献１及び２）。

特開平１１−３３０８１１号公報 特開２００１−１９６８１６号公報

従来の分配器では、反射量が多く、挿入損失が大きいという問題があった。また、反射量を低減させるために、インピーダンス変成器を設ければ、出力線路の電力分配の比率が変化してしまうという問題があった。

図８は、従来の分配器１００及び１１０を示した図である。図中の（ａ）には、上下方向に延びる入力線路Ｌｉｎを介して供給される高周波電力を出力線路Ｌｏ１〜Ｌｏ３に分配する分配器１００が従来例１として示されている。この分配器１００は、誘電体基板上に形成された導体パターンからなり、入力線路Ｌｉｎ及び出力線路Ｌｏ１〜Ｌｏ３が接続された分岐点１０１を有し、入力線路Ｌｉｎの上端１０２を給電点として高周波電力が供給される。また、出力線路Ｌｏ１及びＬｏ３は、左右方向に延び、出力線路Ｌｏ２は、上下方向に延びている。

出力線路Ｌｏ１〜Ｌｏ３に対する電力分配の比率は、出力線路Ｌｏ１〜Ｌｏ３の特性インピーダンスによって決定される。また、給電線路の特性インピーダンスは、線路幅、誘電体基板の誘電率、誘電体基板の厚さ等によって決定される。このため、出力線路Ｌｏ１〜Ｌｏ３の線路幅を変更すれば、出力線路Ｌｏ１〜Ｌｏ３に対する電力分配の比率を調整することができる。しかしながら、図示した分配器１００では、反射量が多く、挿入損失が大きかった。

図中の（ｂ）には、分岐点１０１の入力側にインピーダンス変成器１１１を備えた分配器１１０が従来例２として示されている。この分配器１１０には、入力線路Ｌｉｎの下端部の線路幅を左右に拡大させた形状のインピーダンス変成器１１１が設けられている。インピーダンス変成器１１１は、入力線路Ｌｉｎと分岐点１０１とを整合させるための整合回路であり、出力線路Ｌｏ１及びＬｏ３の入力側の側辺に隣接して配置されている。インピーダンス変成器１１１の線路長方向の長さは、管内波長の略１／４倍であり、左右方向の長さは、入力線路Ｌｉｎの特性インピーダンスと分岐点１０１の合成インピーダンスとの相乗平均に対応する値からなる。

図９は、図８の分配器１００及び１１０の動作特性を示した図であり、出力線路Ｌｏ２の透過量を１．００とした場合の反射量と出力線路Ｌｏ１及びＬｏ３の透過量とが示されている。分配器１００の場合、出力線路Ｌｏ１及びＬｏ３の透過量が０．８８であるのに対し、反射量は０．８３であり、透過量と同程度の高周波電力が分岐部１０１で反射されることが判る。この様に反射量が多ければ、出力線路Ｌｏ１〜Ｌｏ３に供給される高周波電力が少なくなってしまう。

一方、分配器１１０の場合、反射量は０．０９であり、極めて少なくなっている。しかし、出力線路Ｌｏ１及びＬｏ３の透過量は０．８１であり、インピーダンス変成器１１１を備えない分配器１００と比べ、電力分配の比率が小さくなっていることが判る。この様に出力線路Ｌｏ１〜Ｌｏ３間で電力分配の比率が変化すれば、各放射素子に高周波電力が適切に分配されず、所望の指向性が得られなくなってしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、出力線路の電力分配の比率が変化するのを抑制しつつ、挿入損失を低減させることができる分配器を提供することを目的とする。特に、出力線路の線路幅に対応する値から電力分配の比率が変化するのを抑制しつつ、挿入損失を低減させることができる分配器を提供することを目的とする。

また、本発明は、分配器の挿入損失を低減させつつ、所望の指向性を得ることができる平面アンテナを提供することを目的とする。

第１の本発明による分配器は、いずれも誘電体基板上に形成されたマイクロストリップ線路からなる入力線路及び出力線路が接続され、給電点から上記入力線路を介して分岐点に供給された高周波電力を２以上の上記出力線路へ分配する分配器であって、上記入力線路に形成され、上記分岐点から離間し、線路幅が上記入力線路の上記給電点側の線路幅及び上記分岐点側の線路幅よりも広い矩形状のスタブ領域を備え、上記スタブ領域が、管内波長をλｇとし、整数ｎを用いて、上記給電点側の辺と上記入力線路に略垂直な上記出力線路の入力側の側辺との距離が（λｇ／４）×（２ｎ＋１）と略一致する位置に配置されているように構成される。

この様な構成によれば、伝搬経路の差が半波長の奇数倍になるので、入力線路を伝搬して、スタブ領域の給電点側の辺の位置で反射された反射波と、入力線路に略垂直な出力線路の入力側の側辺の位置で反射された反射波とが干渉によって打ち消し合う。このため、高周波電力が入力線路を介して分岐点に供給された際の反射量を少なくすることができ、分配器の挿入損失を低減させることができる。また、スタブ領域を分岐点から離間させたことにより、スタブ領域と分岐点との間に、線路幅がスタブ領域よりも狭い領域が形成されるので、スタブ領域と出力線路との電磁的な結合を弱めることができる。このため、出力線路の線路幅に対応する値から電力分配の比率が変化するのを抑制することができる。

第２の本発明による分配器は、上記構成に加え、上記スタブ領域が、整数ｍを用いて、線路長方向の長さが（λｇ／４）×（２ｍ＋１）と略一致しているように構成される。この様な構成によれば、伝搬経路の差が半波長の奇数倍になるので、入力線路を伝搬して、スタブ領域の給電点側の辺の位置で反射された反射波と、スタブ領域の給電点とは反対側の辺、すなわち、分岐点側の辺の位置で反射された反射波とが干渉によって打ち消し合う。このため、高周波電力が入力線路を介して分岐点に供給された際の反射量をより少なくすることができる。

第３の本発明による分配器は、上記構成に加え、上記入力線路が、上記スタブ領域よりも上記分岐点側の線路幅が上記スタブ領域よりも上記給電点側の線路幅と略一致しているように構成される。この様な構成によれば、入力線路の線路幅がスタブ領域を設けない場合と同じになるので、出力線路に対する電力分配に関し、スタブ領域を設けない場合に準じた電力分配の比率を実現することができる。

第４の本発明による分配器は、上記構成に加え、上記スタブ領域が、上記入力線路の両側辺から互いに反対方向に突出する２つの突出部分を含むように構成される。この様な構成によれば、入力線路と入力線路に略垂直な２つの出力線路とが分岐点で接続された分配器の場合に、これらの出力線路に対し、高周波電力を均等に分配させることができる。

第５の本発明による分配器は、上記構成に加え、上記分岐点が、上記入力線路と、上記入力線路に略垂直な２つの上記出力線路と、上記入力線路に略平行な１つの出力線路とが接続された十字形状の領域からなるように構成される。この様な構成によれば、入力線路に略垂直な２つの出力線路に対する電力分配の比率が変化するのを抑制しつつ、分岐点による反射量を低減させることができる。

第６の本発明による平面アンテナは、誘電体基板上に形成されたマイクロストリップ線路からなる給電線路と、いずれも上記給電線路からなる入力線路及び出力線路が接続され、給電点から上記入力線路を介して分岐点に供給された高周波電力を２以上の上記出力線路へ分配する分配器と、上記出力線路を伝搬する進行波により励振される２以上の放射素子とを備え、上記分配器が、上記入力線路に形成され、上記分岐点から離間し、線路幅が上記入力線路の上記給電点側の線路幅及び上記分岐点側の線路幅よりも広い矩形状のスタブ領域を有し、上記スタブ領域が、管内波長をλｇとし、整数ｎを用いて、上記給電点側の辺と上記入力線路に略垂直な上記出力線路の入力側の側辺との距離が（λｇ／４）×（２ｎ＋１）と略一致する位置に配置されているように構成される。

この様な構成によれば、伝搬経路の差が半波長の奇数倍になるので、入力線路を伝搬して、スタブ領域の給電点側の辺の位置で反射された反射波と、入力線路に略垂直な出力線路の入力側の側辺の位置で反射された反射波とが干渉によって打ち消し合う。このため、高周波電力が入力線路を介して分配器の分岐点に供給された際の反射量を少なくすることができ、分配器の挿入損失を低減させることができる。また、スタブ領域を分岐点から離間させたことにより、スタブ領域と分岐点との間に、線路幅がスタブ領域よりも狭い領域が形成されるので、スタブ領域と出力線路との電磁的な結合を弱めることができる。このため、出力線路の線路幅に対応する値から電力分配の比率が変化するのを抑制することができる。従って、この平面アンテナでは、分配器により高周波電力が各出力線路に適切に分配され、各放射素子に供給されるので、所望の指向性を得ることができる。

本発明によれば、出力線路の電力分配の比率が変化するのを抑制しつつ、挿入損失を低減させることができる分配器を提供することができる。特に、出力線路の線路幅に対応する値から電力分配の比率が変化するのを抑制しつつ、挿入損失を低減させることができる分配器を提供することができる。

また、本発明による平面アンテナでは、分配器の挿入損失を低減させつつ、所望の指向性を得ることができる。

本発明の実施の形態による平面アンテナ１の一構成例を示した図であり、平面アンテナ１の表面が示されている。 図１の分配器４の構成例を示した図である。 図２の分配器４の動作特性の一例を示した図であり、出力線路Ｌｏ２の透過量を１．００とした場合の反射量と出力線路Ｌｏ１及びＬｏ３の透過量とが示されている。 分配器４の動作特性の一例を示した図であり、入力辺４２ａの位置を変えずにスタブ長Ｌｓを変化させた場合の反射特性が示されている。 分配器４の動作特性の一例を示した図であり、出力辺４２ｂの位置を変えずにスタブ長Ｌｓを変化させた場合の反射特性が示されている。 分配器４の動作特性の一例を示した図であり、距離ｄ_１が管内波長λｇの１／２倍の整数倍となる位置に入力辺４２ａを固定した場合の反射特性が示されている。 分配器４の他の構成例を示した図である。 従来の分配器１００及び１１０を示した図である。 図８の分配器１００及び１１０の動作特性を示した図である。

以下の説明において、上下左右とは、図面の紙面を基準とした上下左右を指す。
＜平面アンテナ１＞
図１は、本発明の実施の形態による平面アンテナ１の一構成例を示した図であり、平面アンテナ１の表面が示されている。平面アンテナ１は、平板状に成形された誘電体基板１０の両面に導電層が形成されたマイクロストリップアンテナであり、導波管（図示せず）を介して高周波電力が供給される。この平面アンテナ１では、誘電体基板１０上に、変換器２、給電線路３、分配器４、放射素子５及び整合素子６が形成されている。導波管は、マイクロ波又はミリ波帯の電磁波を管軸方向に伝送させる中空の構造体からなり、誘電体基板１０の裏面から突出するように配置される。

誘電体基板１０は、誘電体からなるアンテナ用の基板である。例えば、誘電体基板１０には、フッ素樹脂等の絶縁性樹脂からなる矩形状のプリント基板が用いられる。給電線路３は、進行波が伝搬する伝送線路であり、誘電体基板１０の表面に沿って概ね等幅で延びるマイクロストリップ線路からなる。

給電線路３は、誘電体基板１０と、誘電体基板１０の表面に形成されるマイクロストリップ導体と、誘電体基板１０の裏面に形成される接地板（図示せず）とにより構成される。接地板は、給電線路３や分配器４に対してグランド電極として機能する導体パターンであり、誘電体基板１０の裏面全体を概ね覆っている。

変換器２は、導波管と給電線路３との間で高周波電力の変換を行う電力変換回路であり、接地板に形成された開口部２１と、この開口部２１内に形成された整合素子２２と、誘電体基板１０の表面に形成された短絡板２３とにより構成される。導波管は、端面を接地板に接触させた状態で平面アンテナ１に固定される。

開口部２１は、導波管を閉鎖する矩形状の閉鎖領域を形成し、導波管の広壁及び狭壁に対応する寸法からなる。例えば、開口部２１は、接地板を貫通する横長の矩形貫通孔からなり、長辺を導波管の広壁に一致させ、短辺を狭壁に一致させて配置されている。整合素子２２は、電磁波を共振させる共振器であり、開口部２１内に島状に形成された矩形状の導体パターンからなる。

短絡板２３は、導波管を短絡させるための矩形状の導体パターンからなり、開口部２１を覆うとともに、給電線路３を配置するための切り欠き２３ａが形成されている。切り欠き２３ａは、開口部２１の左右方向の中央部に形成され、上下方向に延びる給電線路３の上端部が配置されている。給電線路３の上端部は、開口部２１の長辺及び整合素子２２の下辺を跨いでいる。この平面アンテナ１では、変換器２を給電点として高周波電力が給電線路３に供給される。

分配器４は、入力線路Ｌｉｎ及び出力線路Ｌｏ１〜Ｌｏ３が接続され、給電点から入力線路Ｌｉｎを介して分岐点４１に供給された高周波電力を２以上の出力線路Ｌｏ１〜Ｌｏ３へ分配する電力分配回路である。この分配器４は、高周波電力を３つの出力線路Ｌｏ１〜Ｌｏ３に分配する３分岐型の分配回路であり、入力線路Ｌｉｎ及び出力線路Ｌｏ１〜Ｌｏ３が接続された分岐点４１と、線路幅が入力線路Ｌｉｎよりも広いスタブ領域４２とを有している。

入力線路Ｌｉｎ及び出力線路Ｌｏ１〜Ｌｏ３は、いずれも誘電体基板１０上に形成されたマイクロストリップ線路からなる給電線路３である。入力線路Ｌｉｎは、分岐点４１から上方に向けて直線状に延び、上端部が短絡板２３の切り欠き２３ａ内に配置されている。出力線路Ｌｏ１は、分岐点４１から左方に向けて直線状に延びている。この出力線路Ｌｏ１は、途中で折れ曲がり、下方に延びる給電線路３に接続している。

出力線路Ｌｏ２は、分岐点４１から下方に向けて直線状に延びている。出力線路Ｌｏ３は、分岐点４１から右方に向けて直線状に延びている。この出力線路Ｌｏ３は、途中で折れ曲がり、下方に延びる給電線路３に接続している。スタブ領域４２は、分岐点４１による反射を抑制する反射抑制素子として機能し、入力線路Ｌｉｎに設けられている。

放射素子５は、給電線路３を伝搬する進行波により励振され、電磁波を自由空間へ放射するアンテナ素子であり、給電線路３と交差する方向に延伸する形状を有する。この放射素子５は、一端が給電線路３に接続され、他端は開放されている。放射素子５の素子長は、管内波長λｇの略１／２倍である。管内波長λｇは、給電線路３を伝搬する電磁波の波長である。

この平面アンテナ１では、２以上の放射素子５が給電線路３に沿って形成され、各放射素子５が矩形状の導体パターンからなる。放射素子５の数や形状は、平面アンテナ１に要求される性能や指向特性に応じて決定される。整合素子６は、給電線路３を終端させる終端回路であり、矩形状の導体パターンからなる。この整合素子６は、給電線路３の下端に配置されている。

出力線路Ｌｏ２には、６つの放射素子５が配置され、出力線路Ｌｏ１及びＬｏ３には、それぞれ４つの放射素子５が配置されている。これらの放射素子５は、同位相で偏波面が揃った電磁波を自由空間へ放射するように配置され、いずれも給電線路３の側辺に対し、傾斜している。また、放射素子５は、給電線路３の両側辺に設けられている。

給電線路３の右側の側辺に沿って形成された放射素子５は、互いに同位相で励振されるように所定の間隔で配置されている。例えば、各放射素子５は、管内波長λｇの整数倍の間隔を空けて配置されている。また、これらの放射素子５は、互いに平行となるように配置され、偏波面を揃えている。さらに、所望の指向性が得られるように、各放射素子５の素子幅を異ならせている。例えば、給電点から遠くなるほど、放射素子５の素子幅が大きくなっている。給電線路３の左側の側辺に沿って形成された放射素子５についても、給電線路３の右側の側辺に沿って形成された放射素子５と同様に構成されている。

変換器２、給電線路３、分配器４、放射素子５及び整合素子６を構成する導体パターンは、誘電体基板１０に金属薄膜、例えば、銅箔を貼り付け、誘電体基板１０上の金属薄膜をエッチング加工等によりパターニングすることによって製作される。給電線路３の線路幅は、送受信させる電磁波の周波数、帯域幅及び放射特性に応じて決定される。また、給電線路３の線路幅は、管内波長λｇに比べて短い。

＜分配器４＞
図２は、図１の分配器４の構成例を示した図である。図中の（ａ）には、図１の分配器４が拡大して示され、（ｂ）には、分配器４の変形例が示されている。出力線路Ｌｏ１及びＬｏ３は、いずれも入力線路Ｌｉｎに略垂直な給電線路である。また、出力線路Ｌｏ２は、入力線路Ｌｉｎに略平行な給電線路である。入力線路Ｌｉｎ及び出力線路Ｌｏ１〜Ｌｏ３は、線路幅が概ね一致している。

分配器４は、十字形状の領域からなる分岐点４１と、矩形状のスタブ領域４２とにより構成される。スタブ領域４２は、入力線路Ｌｉｎに形成され、分岐点４１から離間し、入力線路Ｌｉｎの線路幅を左右方向に広げた凸形状からなる。ここで、入力線路Ｌｉｎのうち、スタブ領域４２よりも給電点側の部分を第１領域Ｌａと呼び、スタブ領域４２よりも分岐点側の部分を第２領域Ｌｂと呼ぶことにする。

スタブ領域４２は、線路幅Ｗｓが第１領域Ｌａの線路幅及び第２領域Ｌｂの線路幅よりも広い矩形領域からなる。従って、第２領域Ｌｂは、スタブ領域４２よりも線路幅が狭く、スタブ領域４２と出力線路Ｌｏ１及びＬｏ３との間の電磁的な結合を弱める結合緩衝領域として機能する。

（ａ）に示した分配器４の場合、スタブ領域４２は、入力線路Ｌｉｎの両側辺３ａから互いに反対方向に突出する２つの突出部分を含んでいる。突出部分の左右方向の長さは、入力線路Ｌｉｎの左右で略一致している。すなわち、入力線路Ｌｉｎの右側の側辺３ａから突出する突出部分の長さと、入力線路Ｌｉｎの左側の側辺３ａから突出する突出部分の長さとは、概ね同一である。この様に構成することにより、出力線路Ｌｏ１及びＬｏ３に対し、高周波電力を均等に分配させることができる。（ｂ）に示した分配器４の場合、スタブ領域４２は、入力線路Ｌｉｎの右側の側辺３ａから突出する１つの突出部分を含んでいる。

スタブ領域４２は、突出部分の先端が開放端からなり、オープンスタブに相当する。このスタブ領域４２は、管内波長をλｇとし、整数ｎを用いて、スタブ領域４２の入力辺４２ａと出力線路Ｌｏ１及びＬｏ３の入力側の側辺３ａとの距離ｄ_１が（λｇ／４）×（２ｎ＋１）と略一致する位置に配置されている。入力辺４２ａは、スタブ領域４２の左右方向に延びる２つの辺のうち、給電点側の辺である。ここでいう略一致は、距離ｄ_１と（λｇ／４）×（２ｎ＋１）とのずれが、管内波長λｇに比べて十分に小さいことである。例えば、上記ずれは、λｇ／８以下である。

この様に構成することにより、伝搬経路の差２ｄ_１が半波長（λｇ／２）の奇数倍になるので、入力線路Ｌｉｎを伝搬して、スタブ領域４２の入力辺４２ａの位置で反射された反射波と、出力線路Ｌｏ１及びＬｏ３の入力側の側辺３ａの位置で反射された反射波とが干渉によって打ち消し合う。このため、高周波電力が入力線路Ｌｉｎを介して分岐点４１に供給された際の反射量を少なくすることができ、分配器４の挿入損失を低減させることができる。このことは、給電点側から見た場合の入力インピーダンスが、スタブ領域４２の入力辺４２ａの位置と分岐点４１における出力線路Ｌｏ１及びＬｏ３の入力側の側辺３ａの位置とで整合することによるものと理解することができる。

また、スタブ領域４２を分岐点４１から離間させたことにより、分岐点４１とスタブ領域４２との間に、スタブ領域４２よりも線路幅が狭い第１領域Ｌｂが形成されるので、スタブ領域４２と出力線路Ｌｏ１及びＬｏ３との電磁的な結合を弱めることができる。このため、出力線路Ｌｏ１及びＬｏ３の線路幅に対応する値から電力分配の比率が変化するのを抑制することができる。

スタブ領域４２は、整数ｍを用いて、スタブ長Ｌｓが（λｇ／４）×（２ｍ＋１）と略一致している。スタブ長Ｌｓは、線路長方向、すなわち、上下方向の長さであり、スタブ領域４２の左右方向に延びる２つの辺のうち、給電点とは反対側の辺、すなわち、分岐点側の辺を出力辺４２ｂと呼べば、入力辺４２ａと出力辺４２ｂとの距離に相当する。入力辺４２ａ及び出力辺４２ｂは、いずれも入力線路Ｌｉｎの側辺３ａに略垂直な辺である。例えば、分配器４は、ｄ_１＝（λｇ／４）×３、Ｌｓ＝（λｇ／４）、ｄ_２＝（λｇ／２）の導体パターンからなる。

この様に構成することにより、伝搬経路の差２Ｌｓが半波長（λｇ／２）の奇数倍になるので、入力線路Ｌｉｎを伝搬して、スタブ領域４２の入力辺４２ａの位置で反射された反射波と、スタブ領域４２の出力辺４２ｂの位置で反射された反射波とが干渉によって打ち消し合う。このため、高周波電力が入力線路Ｌｉｎを介して分岐点４１に供給された際の反射量をより少なくすることができる。

なお、出力辺４２ｂと出力線路Ｌｏ１及びＬｏ３の入力側の側辺３ａとの距離ｄ_２は、ｄ_２＝（ｄ_１−Ｌｓ）である。このため、距離ｄ_１がｄ_１＝（λｇ／４）×（２ｎ＋１）であり、かつ、スタブ長ＬｓがＬｓ＝（λｇ／４）×（２ｍ＋１）である場合、距離ｄ_２は、半波長（λｇ／２）の整数倍からなる。

スタブ領域４２の線路幅Ｗｓは、入力線路Ｌｉｎや出力線路Ｌｏ１〜Ｌｏ３の特性インピーダンスによって決定される。例えば、線路幅Ｗｓは、入力線路Ｌｉｎの特性インピーダンスと分岐点４１の合成インピーダンスとの相乗平均に対応する長さからなる。また、第２領域Ｌｂの線路幅は、第１領域Ｌａと略一致している。この様に構成することにより、入力線路Ｌｉｎの線路幅がスタブ領域４２を設けない場合と同じになるので、出力線路Ｌｏ１及びＬｏ３に対する電力分配に関し、スタブ領域４２を設けない場合に準じた電力分配の比率を実現することができる。

図３は、図２の分配器４の動作特性の一例を示した図であり、出力線路Ｌｏ２の透過量を１．００とした場合の反射量と出力線路Ｌｏ１及びＬｏ３の透過量とが示されている。図２の（ａ）に示した分配器４の場合、出力線路Ｌｏ１及びＬｏ３の透過量が０．８８であるのに対し、反射量は０．０９であり、極めて少なくなっている。

この分配器４の動作特性と、インピーダンス変成器１１１を備えた分配器１１０の動作特性とを比較すれば、分配器４は、分配器１１０と同程度に反射を抑えられることが判る。一方、出力線路Ｌｏ１及びＬｏ３の透過量は０．８８であり、インピーダンス変成器１１１を備えない分配器１００に準じた電力分配の比率を実現していることが判る。

図２の（ｂ）に示した分配器４の場合、出力線路Ｌｏ１の透過量が０．８９であり、出力線路Ｌｏ３の透過量が０．８８であるのに対し、反射量は０．１４であり、極めて少なくなっている。この分配器４では、スタブ領域４２が入力線路Ｌｉｎの側辺３ａから突出する長さが、入力線路Ｌｉｎの左右で非対称であることから、電力分配の比率が左右で異なっている。

つまり、スタブ領域４２の突出長を左右で異ならせることにより、出力線路Ｌｏ１及びＬｏ３への電力分配の比率を調整することができる。例えば、出力線路Ｌｏ３側（右側）の突出長を長くすることにより、出力線路Ｌｏ１への電力分配の比率を出力線路Ｌｏ３よりも高くすることができる。

図４は、分配器４の動作特性の一例を示した図であり、入力辺４２ａの位置を変えずにスタブ長Ｌｓを変化させた場合の反射特性が示されている。この図には、横軸をスタブ長（λｇ）とし、縦軸を反射量（ｄＢ）として、反射特性の解析結果が示されている。例えば、入力辺４２ａは、出力線路Ｌｏ１及びＬｏ３の入力側の側辺３ａからの距離ｄ_１が、管内波長λｇの２倍を超える位置に固定される。

この解析結果によれば、反射量は、スタブ長Ｌｓ＝０の場合、すなわち、スタブ領域４２を設けない場合に、−７．１ｄＢであるのに対し、Ｌｓ＝０．１４において極小値（−２６．６）ｄＢ、Ｌｓ＝０．６４において極小値（−２０．８）ｄＢ、Ｌｓ＝１．２０において極小値（−１７．８）ｄＢとなっている。つまり、スタブ長Ｌｓがλｇ／４よりも短い所定値に到達すれば、反射量は、初めて極小となり、スタブ長Ｌｓが長くなるにしたがって、概ねλｇ／２の繰り返し間隔で極小が出現している。

図５は、分配器４の動作特性の一例を示した図であり、出力辺４２ｂの位置を変えずにスタブ長Ｌｓを変化させた場合の反射特性が示されている。この図には、横軸をスタブ長（λｇ）とし、縦軸を反射量（ｄＢ）として、反射特性の解析結果が示されている。例えば、出力辺４２ｂは、出力線路Ｌｏ１及びＬｏ３の入力側の側辺３ａからの距離ｄ_２が、管内波長λｇの１／２倍の位置に固定される。

この解析結果によれば、反射量は、スタブ長Ｌｓ＝０の場合に、−７．１ｄＢであるのに対し、Ｌｓ＝０．１４において極小値（−２９．４）ｄＢ、Ｌｓ＝０．６４において極小値（−２６．９）ｄＢ、Ｌｓ＝１．１３において極小値（−２３．５）ｄＢとなっている。つまり、スタブ長Ｌｓがλｇ／４よりも短い所定値に到達すれば、反射量は、初めて極小となり、スタブ長Ｌｓが長くなるにしたがって、概ねλｇ／２の繰り返し間隔で極小が出現している。

出力線路Ｌｏ１及びＬｏ３の入力線路側の側辺３ａからの距離ｄ_２が、（λｇ／２）×（ｋ＋１）（ｋは１以上の整数）の位置に出力辺４２ｂを固定する場合にも、λｇ／２の位置に出力辺４２ｂを固定する場合と同様の反射特性が得られる。

図６は、分配器４の動作特性の一例を示した図であり、距離ｄ_１が管内波長λｇの１／２倍の整数倍となる位置に入力辺４２ａを固定した場合の反射特性が示されている。この図には、横軸をスタブ長（λｇ）とし、縦軸を反射量（ｄＢ）として、反射特性の解析結果が示されている。例えば、入力辺４２ａは、出力線路Ｌｏ１及びＬｏ３の入力側の側辺３ａからの距離ｄ_１が、管内波長λｇの２倍の位置に固定される。

この解析結果によれば、反射量は、スタブ長Ｌｓ＝０の場合に、−７．１ｄＢであるのに対し、Ｌｓ＝０．４９において極小値（−８．１）ｄＢ、Ｌｓ＝０．９９において極小値（−８．６）ｄＢ、Ｌｓ＝１．４８において極小値（−９．２）ｄＢとなっている。しかしながら、これらの極小値は、目標とする反射量、例えば、−１５ｄＢよりも大きく、また、極小点以外では、スタブ領域４２及び連結領域４３を設けない場合よりも反射量が多く、整合が取れるスタブ長Ｌｓが存在しないことが判る。

この様な反射特性になるのは、給電点側から見た場合の入力インピーダンスが、スタブ領域４２の入力辺４２ａの位置と分岐点４１における出力線路Ｌｏ１及びＬｏ３の入力側の側辺の位置とで同じであり（両位置は、反射波が同位相で合成される位置関係にあり）、スタブ長Ｌｓを変化させても、整合が取れないためと考えられる。

図４〜図６に示した反射特性の解析結果から、（１）スタブ領域４２を距離ｄ_１が（λｇ／４）×（２ｎ＋１）と略一致する位置に配置することにより、整合が取れ、分配器４による反射量が従来よりも少なくなることが判る。特に、（２）スタブ領域４２のスタブ長Ｌｓを（λｇ／４）×（２ｍ＋１）と略一致させることにより、反射量が最も少なくなることが判る。一方、（３）スタブ領域４２を距離ｄ_１が（λｇ／２）×２と一致する位置に配置した場合は、整合が取れず、分配器４による反射量が従来よりも多くなることが判る。

図７は、分配器４の他の構成例を示した図である。図中の（ａ）には、出力線路Ｌｏ３の線路幅が入力線路Ｌｉｎ、出力線路Ｌｏ１及びＬｏ２に比べて狭い３分岐型の分配器４が示されている。図中の（ｂ）には、出力線路Ｌｏ２の線路幅が入力線路Ｌｉｎ及び出力線路Ｌｏ１よりも狭く、出力線路Ｌｏ３の線路幅が出力線路Ｌｏ２よりも狭い３分岐型の分配器４が示されている。

分岐点４１は、いずれも十字形状の領域からなる。スタブ領域４２の線路幅Ｗｓは、分岐点４１の合成インピーダンスに対応して、（ｂ）の分配器４の方が（ａ）の分配器４よりも狭くなっている。この様な入力線路Ｌｉｎに関して非対称な分配器４であっても、出力線路Ｌｏ１〜Ｌｏ３の電力分配の比率が変化するのを抑制しつつ、挿入損失を低減させることができる。

図中の（ｃ）には、高周波電力を２つの出力線路Ｌｏ１及びＬｏ２に分配する２分岐型の分配器４が示されている。この分配器４では、分岐点４１がＴ字形状の領域からなり、出力線路Ｌｏ１及びＬｏ２が入力線路Ｌｉｎと略直角に交差している。この様な分配器４であっても、出力線路Ｌｏ１及びＬｏ２の電力分配の比率が変化するのを抑制しつつ、挿入損失を低減させることができる。

図中の（ｄ）には、高周波電力を４つの出力線路Ｌｏ１〜Ｌｏ４に分配する４分岐型の分配器４が示されている。 この分配器４では、出力線路Ｌｏ１及びＬｏ４が入力線路Ｌｉｎと略直角に交差している。また、出力線路Ｌｏ１及びＬｏ４の線路幅が入力線路Ｌｉｎよりも狭く、出力線路Ｌｏ２及びＬｏ３の線路幅が出力線路Ｌｏ１及びＬｏ４よりも狭くなっている。この様な分配器４であっても、出力線路Ｌｏ１〜Ｌｏ４の電力分配の比率が変化するのを抑制しつつ、挿入損失を低減させることができる。

本実施の形態によれば、高周波電力が入力線路Ｌｉｎを介して分岐点４１に供給された際の反射量を少なくすることができ、分配器４の挿入損失を低減させることができる。特に、入力線路Ｌｉｎに略垂直な２つの出力線路Ｌｏ１及びＬｏ３に対する電力分配の比率が変化するのを抑制しつつ、分岐点４１による反射量を低減させることができる。また、スタブ領域４２を分岐点４１から離間させたことにより、スタブ領域４２と分岐点４１との間に、線路幅がスタブ領域４２よりも狭い第２領域Ｌｂが形成されるので、スタブ領域４２と出力線路Ｌｏ１〜Ｌｏ３との電磁的な結合を弱めることができる。

なお、本実施の形態では、第２領域Ｌｂの線路幅が第１領域Ｌａと略一致している場合の例について説明したが、本発明は、第２領域Ｌｂの線路幅をこれに限定するものではない。例えば、第２領域Ｌｂの線路幅は、スタブ領域４２の線路幅Ｗｓよりも狭ければ、第１領域Ｌａの線路幅よりも広く、或いは、第１領域Ｌａの線路幅よりも狭くても良い。

また、本実施の形態では、距離ｄ_１が（λｇ／４）×（２ｎ＋１）と略一致する位置にスタブ領域４２が配置され、スタブ長Ｌｓが（λｇ／４）×（２ｍ＋１）と略一致している場合の例について説明したが、本発明は、スタブ領域４２の構成をこれに限定するものではない。例えば、スタブ領域４２は、距離ｄ_１が（λｇ／４）×（２ｎ＋１）と略一致する位置に配置されていれば、スタブ長Ｌｓが（λｇ／４）×（２ｍ＋１）と一致していないような構成であっても良い。また、ｄ_１＞Ｌｓを満たしていれば、入力線路Ｌｉｎの第２領域Ｌｂが存在することから、距離ｄ_１が（λｇ／４）と略一致する位置にスタブ領域４２を配置し、かつ、スタブ長Ｌｓが（λｇ／４）と略一致しているような分配器も本発明には含まれる。

１ 平面アンテナ
２ 変換器
２１ 開口部
２２ 整合素子
２３ 短絡板
３ 給電線路
３ａ 側辺
４ 分配器
４１ 分岐点
４２ スタブ領域
４２ａ 入力辺
４２ｂ 出力辺
５ 放射素子
６ 整合素子
１０ 誘電体基板
Ｌｉｎ 入力線路
Ｌａ 第１領域
Ｌｂ 第２領域
Ｌｏ１〜Ｌｏ３ 出力線路
Ｌｓ スタブ長
Ｗｓ スタブ領域の線路幅

Claims (6)

1. いずれも誘電体基板上に形成されたマイクロストリップ線路からなる入力線路及び出力線路が接続され、給電点から上記入力線路を介して分岐点に供給された高周波電力を２以上の上記出力線路へ分配する分配器において、
   上記入力線路に形成され、上記分岐点から離間し、線路幅が上記入力線路よりも広い矩形状のスタブ領域を備え、
   上記スタブ領域と上記分岐点との間に線路幅が上記スタブ領域よりも狭い領域が形成され、
   上記スタブ領域は、管内波長をλｇとし、整数ｎを用いて、上記給電点側の辺と上記入力線路に略垂直な上記出力線路の入力側の側辺との距離が（λｇ／４）×（２ｎ＋１）と略一致する位置に配置されていることを特徴とする分配器。
2. 上記スタブ領域は、整数ｍを用いて、線路長方向の長さが（λｇ／４）×（２ｍ＋１）と略一致していることを特徴とする請求項１に記載の分配器。
3. 上記入力線路は、上記スタブ領域よりも上記分岐点側の線路幅が上記スタブ領域よりも上記給電点側の線路幅と略一致していることを特徴とする請求項１又は２に記載の分配器。
4. 上記スタブ領域は、上記入力線路の両側辺から互いに反対方向に突出する２つの突出部分を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の分配器。
5. 上記分岐点は、上記入力線路と、上記入力線路に略垂直な２つの上記出力線路と、上記入力線路に略平行な１つの出力線路とが接続された十字形状の領域からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の分配器。
6. 誘電体基板上に形成されたマイクロストリップ線路からなる給電線路と、
   いずれも上記給電線路からなる入力線路及び出力線路が接続され、給電点から上記入力線路を介して分岐点に供給された高周波電力を２以上の上記出力線路へ分配する分配器と、
   上記出力線路を伝搬する進行波により励振される２以上の放射素子とを備え、
   上記分配器は、上記入力線路に形成され、上記分岐点から離間し、線路幅が上記入力線路よりも広い矩形状のスタブ領域を有し、
   上記スタブ領域と上記分岐点との間に線路幅が上記スタブ領域よりも狭い領域が形成され、
   上記スタブ領域は、管内波長をλｇとし、整数ｎを用いて、上記給電点側の辺と上記入力線路に略垂直な上記出力線路の入力側の側辺との距離が（λｇ／４）×（２ｎ＋１）と略一致する位置に配置されていることを特徴とする平面アンテナ。

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