JPH01158808A - 平面アレイアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えば衛星放送を受信する場合等に用いて
好適な平面アレイアンテナに関する。

〔発明の概要〕

この発明は、複数の放射部からの信号を夫々能動素子を
介して合成して給電部に供給すると共に、この給電部を
介して直流電圧を能動素子の夫々に供給するようにする
ことにより、Ｓ／Ｎ比を劣化することな（所望のアンテ
ナ利得を得ることができ、しかもアンテナ基板のパター
ンの複雑化及びバイアスパターンとアンテナパターンの
相互干渉によるアンテナの性能劣化を防止するようにし
たものである。

〔従来の技術〕

従来、放射素子の一部を形成する多数の穴を有する金属
又はメタライズドプラスチックで基板を挟み込むサスペ
ンデッドライン給電形平面アンテナにおいて、多数の穴
に夫々対応して互いに直交する一対の励振プローブを共
通の平面上に形成し、一対の励振プローブへの給電信号
をサスペンデッドライン内で位相合成するようにした円
偏波平面アレイアンテナが提案されている。

これにより、薄形化が可能となり、機械的な構成も簡略
化でき、また安価で一般的に入手出来る基板を高周波用
に使用しても高価なマイクロストリップライン用基板を
用いたものと同等以上のアンテナ利得が得られる。

また、サスペンデッドラインは平面アンテナの給電回路
として低損失ラインを形成でき、しかも安価なフィルム
状基板で形成できる等の有利な点があり、放射素子とし
て円形あるいは矩形導波管開口素子を用いるため、比較
的広帯域にわたって利得偏差の少ないアレイアンテナを
構成できる。

−力落形化の手段としてサスペンデッドラインの特長を
生かし、且つ薄形の放射素子を用いて、高効率、広帯域
のものを実現し、同時に薄形・軽量化を同時に達成でき
るようにしたいわゆるパッチ型の平面アンテナが提案さ
れている（特願昭６２−２６３１５７号）。

この平面アンテナは、一対の金属又はメクライズドプラ
スチックで基板を挟み込むサスペンデッドライン給電形
平面アンテナにおいて、金属又はメクライズドプラスチ
ックの一方に設けられた穴に対応する基板上に面状共振
器形プリント素子（放射素子）を配置するように構成し
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、このような平面アンテナにおいて、性能劣化
の原因の大半はアンテナ給電線（サスペンデッドライン
）の損失に起因するもので、従って給電点においてアン
テナ利得が満足に得られないことがある。

そこで、給電点の近くに能動素子を組込むことが考えら
れるが、所望のアンテナ利得は得られても、給電線の熱
雑音等によりＳ／Ｎ比が劣化して好ましくない欠点があ
る。

また、能動素子のバイアス電圧を従来はアンテナの基板
上に構成されたアンテナパターン（給電線、放射素子等
）とは別にバイアスパターンを基板上に設けて直接能動
素子へバイアス電圧を供給するようにしていたので、ア
ンテナの基板のパターンが複雑になると共にバイアスパ
ターンとアンテナパターンの相互干渉によりアンテナ性
能が劣化する欠点があった。

この発明は斯る点に鑑みてなされたもので、Ｓ／Ｎ比を
劣化することなく所望のアンテナ利得を得ることができ
、しかもバイアスパターンによる種々の不都合を解消す
ることができる平面アレイアンテナを提供するものであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明による平面アレイアンテナは、複数の放射部（
８）からの信号を夫々能動素子（２３）を介して合成し
て給電部（１０）に供給すると共に、この給電部（１０
）を介して直流電圧を能動素子（２３）の夫々に供給す
るように構成している。

〔作用〕

複数の放射部（８）からの信号を夫々能動素子（２３）
を介して合成して給電部（１０）に供給する。このとき
能動素子（２３）では途中の給電線（９）による損失を
考慮して利得を上げるようにする。これにより給電部（
１０）では所望のアンテナ利得が得られると共にＳ／Ｎ
比に関しては放射部（８）の近くで能動素子（２３）に
より利得が上げられているので信号成分も大きくなって
おり、これは途中の給電線（９）の熱雑音等の影響を受
けにくいので給電部（１０）でのＳ／Ｎ比が劣化するこ
とはない。また、給電部（１０）を介して直流電圧を能
動素子（２３）の夫々に供給する。

これにより実質的に給電線（９）を介して直流電圧（バ
イアス電圧）を供給できるので、別途バイアスパターン
を設ける必要がなくなり、基板上におけるパターンの複
雑化、バイアスパターンとアンテナパターンの相互干渉
によるアンテナ性能の劣化が防止される。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図〜第３図に基づいて
詳しく説明する。

第１図は円偏波放射素子を複数個サスペンデッドライン
で共和給電する回路構成を示すもので、これによりアレ
イを構成することになる。また第２図の実線部分は第１
図において線Ｉ−Ｉで切断した状態を示しており、第２
図の破線部分は第１図の状態に上側より第２の金属板（
２）が被さった状態を示している。

第１図及び第２図において、（１）は下側プレートとし
ての第１の金属板（又はメタライズドプラスチック板）
、（２）は上側プレートとしての第２の金属板（又はメ
タライズドプラスチック板）、（３）は第１及び第２の
金属板（１）、　（２）で挟持される薄膜の基板（フィ
ルム状のフレキシブル基板）である。

第１の金属板（１）は基板（３）を保持するための凸部
状の突起（４）を有し、第２の金属板（２）は例えば直
径が１４ｍｍの穴いわゆるスロット形の穴（５）とこれ
の近傍に設けられて基板（３）を保持するための凸部状
の突起（６）（第２図）を有する。第１及び第２の金属
板（１）、　（２）で基板（３）を挟持するときに突起
（４）と（６）が−致するように位置決めされる。なお
、このときの第１の金属板（１）と第２の金属板（２）
の厚さは非常に薄くなり、例えば夫々約１ｍｍ程度であ
る。また、第１及び第２の金属板（１）、　（２）で基
板（３）を挟持した際に穴（５）に連通ずる空洞部（７
）が形成されるようになされる。

（８）は基板（３）に第２の金属板（２）の穴（５）に
対応してこの穴（５）と同心円状に被着されたいわゆる
パッチ形の面状共振形プリント素子（放射素子）であっ
て、これ等の放射素子（８）は空洞部（７）を介してサ
スペンデッドライン（給電線）（９）で連結される。こ
の場合略円形をなす放射素子（８）は所定の周波数で共
振する直径とされており、円偏波を受信又は送信するた
めにサスペンデッドラインに対して所定角度例えば４５
°の位置に対向する切欠を設けている。

そしてここでは上述の如く第１の金属板（１）に放射素
子（８）及びサスペンデッドライン（９）をさけるよう
にして基板（３）を保持するための突起（４）を設けて
いる。また、アレイ外周部にも突起（４）を設けている
。その他の部分は空洞部（７）を構成する。これによす
？ＪＥ数個のサスペンデッドライン（９）が同じ空洞部
（７）内を通る場合もあり相互の結合が懸念されるが、
サスペンデッドライン（９）の間隔と空洞部（７）の上
下の壁の間隔を適当に選ぶことにより、必要なアイソレ
ーションがとれ、問題ない。そして、このとき電気力線
は空洞部（７）の上下の壁側へ集中するため、支持する
基板（３）に沿う電界がほとんどなくなり、これによっ
て誘電体損失が低下し、結果的にラインの伝送損失が低
減されることになる。

また、第２の金属板（２）にも第１の金属板（１）に対
応して突起と空洞部を形成する。すなわち第２の金属板
（２）に穿設された穴（５）の近傍及びアレイ外周部に
放射素子（８）及びサスペンデッドライン（９）をさけ
るようにして基板（３）を保持するための突起（６）が
設けられ、その他の部分は空洞部（７）とされる（第２
図参照）。

このように設けられた突Ｗ（４）、　（６）により基板
（３）は均一に保持されるため、たれ下がることなく、
しかも各放射素子、給電部等の周囲は従来と同様上下の
金属板（１）、　（２）が密着されるため、特定の周波
数における共振等は生じない。

第１図において、１６個の放射素子（８）を４個を１組
として４つのグループ０１〜Ｇ４　に分ける。各グルー
プの接続点Ｐ１　は中心よりλｇ／２（λｇは中心周波
数における線路波長）ずらされ、接続点Ｐ２及びＰ３　
はλｇ／４ずらされて接続される。これにより各グルー
プにおいて、右上の放射素子（８）に対して右下の放射
素子（８）は９０°、左下の放射素子（８）は１８０°
そして左上の放射素子（８）は２７０°夫々位相的にず
れていることになり、これにより軸比が改善される。つ
まり、空間位相と給電線位相を変化させて軸比の広帯域
化を図っている。

また、各グループの接続点Ｐ１　及びＰ、〜Ｐ６は給電
部（１０）の給電点（１１）に対して等距離となるよう
に相互接続される。このような構成において、接続点Ｐ
１　及びＰ４〜Ｐ６　の位置を変えて給電位相や電力分
配比を変えることにより各種の指向特性を得ることがで
きる。つまり、接続点Ｐ１　及びＰ４〜Ｐ６に対する給
電点（１１）からの距離を変えることにより位相が変化
し、また、サスペンデッドライン（９）の分岐している
所で線を細くしたり、或いは太くしたりしてインピーダ
ンス比率を変えることにより振幅が変わり、これによっ
て指向特性を任意に変えることができる。

さて、本実施例では基板（３）の放射素子（８）に出来
るだけ近い所例えば接続点Ｐ１　の近くに夫々能動回路
（２０）を挿入する。また、この能動回路（２０）にバ
イアス電圧（直流電圧）を与えるために外部にバイアス
回路（２１）を設ける。バイアス回路（２１）は例えば
コイル（２２ａ）　　及びコンデンサ（２２１１）　　
より成る信号阻止回路（２２）を介して給電部（１０）
の給電点（１０）の近くに接続する。信号阻止回路（２
２）は給電点（１１）側よりバイアス回路（２１）側に
流れ込もうとする信号成分を阻止するもので、そのコイ
ル（２２ａ＞及びコンデンサ（２２ｂ）　　は基板（３
）上にパターン化して形成可能である。バイアス回路（
２１）からのバイアス電圧は信号阻止回路（２２）を通
って後は給電部（１０）からのサスペンデッドライン（
給電線）（９）を介して各能動回路（２０）に供給され
る。

能動回路（２０）としては例えは第３図に示すような回
路構成が使用される。すなわち、第３図において、（２
３）は例えばＧａＡｓ　Ｍ［ＥＳ　ＰＥＴやＧａＡｓ　
ＨＥＭＴ等を用いた低雑音の能動素子であって、その第
１主電極はサスペンデッドライン（９）を介して給電点
（１１）に接続され、その第２主電極は接地され、その
制御電極は導体箔から成るいわゆるパラレルカップル型
の帯域フィルタ（２４）及びサスペンデッドライン（９
）を介して各放射素子（８）に接続される。帯域フィル
タ（２４）は能動素子を用いるとＵＨＦ又はＶＨＦ帯の
妨害を受けやすくなるためその妨害阻止用に用いられて
いる。この帯域フィルタ（２４）としては又いわゆるエ
ンドカップル型のものを用いてもよく、その詳細は特願
昭６２−９６９５１号に記載されている。

また、能動素子（２３）の第１主電極と制御電極の間に
信号阻止回路（２５）、バイアス回路としてのＤＣ，Ｄ
Ｃ変換回路（２６）及び信号阻止回路（２７）が設けら
れる。信号阻止回路（２５）及び（２７）は夫々コイル
（２５ａ）　　とコンデンサ（２５ｂ）　　及びコイル
（２７＆）とコンデンサ（２７ａ）　　から成り、信号
阻止回路（２２）同様信号成分がＤＣ，ＤＣ回路（２６
）側に流れ込むのを阻止するためのもので、いずれも基
板（３）上にパターン化して形成可能である。ＤＣ−Ｄ
Ｃ変換回路（２６）はバイアス回路（２１）からの正の
バイアス電圧を負のバイアス電圧に変換して能動素子（
２３）の制御電極に与える。すなわち、能動素子（２３
）の第１主電極には第２主電極の接地電位に対して正の
バイアス電圧が与えられ、制御電極には第２主電極の接
地電位に対して負のバイアス電圧が与えられる。従って
バイアス回路（２１）からの安定化された正のバイアス
電圧例えば１５Ｖはそのまま能動素子（２３）の第１主
電極に供給されると共に　ＤＣ−ＤＣ変換回路（２６）
で負のバイアス電圧例えば−１Ｖに変換されて能動素子
（２３）の制御電極に供給される。

各放射素子（８）からの信号は能動素子（２３）で増幅
され、サスペンデッドライン（９）を介して給電点（１
１）側に供給される。このとき信号は能動素子（２３）
で十分に増幅されているので、途中のサスペンデッドラ
イン〔９）から発生する熱雑音等は実質的に無視され、
従って給電点（１１）側では十分なＳ／Ｎ比が得られる
ことになる。また、給電点（１１）におけるアンテナ利
得は途中のサスペンデッドライン（９）による損失を考
慮して能動素子（２３）で予め増幅するようにすれば、
常に所望の値を得ることが出来ることになる。

また、バイアス回路（２１）からのバイアス電圧は実質
的にサスペンデッドライン（９）を介して各能動回路（
２０）の能動素子（２３）へ供給するようにしているの
で、専用のバイアスパターンを基板（３）上に設ける必
要がなく、それだけパターンが簡単となる。

また、バイアスパターンがないことから、これと本来の
サスペンデッドライン（９）との相互干渉がなくなり、
アンテナ性能が劣化することがない。

〔発明の効果〕

上述の如くこの発明によれば、複数の放射部からの信号
を夫々能動素子を介して合成して給電部に供給すると共
に、給電部を介して直流電圧（バイアス電圧）を能動素
子に夫々供給するようにしたので、Ｓ／Ｎ比を劣化する
ことなく所望のアンテナ利得を得ることができ、しかも
バイアスパターンによるアンテナ基板のパターンの複雑
化及びアンテナパターンとの相互干渉によるアンテナ性
能の劣化を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す上面図、第２図は第
１図の線Ｉ−Ｉにおける断面図、第３図はこの発明の要
部の一例を示す構成図である。 （３）は基板、（８）は放射素子、（９）はサスペンデ
ッドライン、（１０）は給電部、（２０）は能動回路、
（２１）はバイアス回路、（２２）、　（２５＞、　（
２７＞は信号阻止回路、（２３）は能動素子、（２４）
は帯域フィルタ、（２６）はＤＣ−ＤＣ変換回路である
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　複数の放射部からの信号を夫々能動素子を介して合成
   して給電部に供給すると共に、 上記給電部を介して直流電圧を上記能動素子の夫々に供
   給するようにしたことを特徴とする平面アレイアンテナ
   。