JPH01269302A - 平面アンアナ - 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］ 本発明は、例えば衛星放送受信に使用される平面アンテ
ナに関する。

［従来の技術］ 一般に衛星放送受信用の平面アンテナは、多数の放射素
子が平面」二に配列されており、放射素子との結合及び
給電にはストリップ線路またはマイクロストリップ線路
が用いられ、最終的にストリップ線路・導波管変換回路
を付加して低雑音コンバータを接続し、一体止するのか
普通である。

ところで、衛星放送受信用の平面アンテナは、放射素子
に対する給電線路の損失を如何に低減させるかがアンテ
ナ効率を向上させるポイントとなっており、線路損失を
低減すればパラボラアンテナよりも高効率になることか
知られている。また、平面アンテナは建物の壁面に取（
＝Ｉける場合などのために全体構造の厚さをできるたけ
薄くすることが望まれている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来の平面アンテナにおいては、ストリップ線路・
導波管変換回路が導波管と相互に貫通した構造のため、
接続部の接触抵抗による損失が発生するおそれがあるば
かりではなく、該接続部の組立てが複雑となるという問
題かあった。

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、多
数の分岐路を有する導波管を給電線路に用いた場合に適
する導波管ストリップ線路変換回路を使用した際の給電
線路による回路損失を低減し、アンテナ利得を増加させ
ると共に、構造が簡単で組立てが容易である衛星放送受
信用の平面アンテナを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、導波管回路の端部と導体基板の境界壁面にス
ロット開口部を設け、このスロット開口部とストリップ
線路とを電磁結合させると共に、接続部が最小限の厚さ
となるような構造としたものである。

［作用］ 一般にアンテナは可逆的であるので、便宜上、受信に代
わって送信の場合の作用について説明する。上記のよう
に構成された平面アンテナの導波管ストリップ線路変換
部においては、スロット開口部付近に蓄積された電磁波
と接近させたストリップ線路との間に相互結合か生じる
。この結合方式においては磁界による相互結合を有効利
用したものであり、高周波電流の集中を機械的接続部か
ら離れたスロット開口部付近で行なわせるため、接続部
の接触抵抗によるジュール熱に基づく回路損失が低減で
きる。また、本回路方式はスロット開口部近傍に接近し
てストリップ線路を配置し、開口部付近の蓄積エネルギ
ーあるいは誘導電磁界と強く結合できる構造のため、ス
トリップ線路結合部以外へのエネルギー放射などによる
漏洩電力損失成分を減少させる作用かある。

［実施例］ 以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

第１図（Ａ）はその構造を示す側断面図で、１は低雑音
コンバータ７．２は導波管直角ベンド／、３は平面パネ
ル構造体／である。平面アンテナは、導波管直角ベンド
２を爪側けた平面パネル構造体３と低雑音コンバータ１
とからなる。平面パネル構造体３は積層基板で構成され
るもので、導波管に結合するスロット開口部４を設けた
導体基板５、発泡ポリエチレンシートを用いた絶縁体層
６、絶縁体フィルム上にプリントした導体を持つ給電線
路層７、発泡ポリエチレンシートを用いた絶縁体層８、
絶縁体フィルム上の導体膜９に放射素子として多数の開
口１０を設けた構造の放射素子層１１、発泡ポリエチレ
ンシートを用いた絶縁体層】２、積層構造体を覆う絶縁
体カバー１３より構成される。

第１図（Ｂ）は同図（Ａ）の正面から見た放射素子の構
成を示すもので、ここでは放射素子アレーを４×４に配
列したものを例示する。図中、拾電線路層７の絶縁体ン
ート］４上に給電層導体パターンか、結合された多数個
の放射索子］５と共に印刷形成される。円形パッチ状の
放射素子１５は、導体周辺に切込み部１．６．　　ＩＧ
を設け、ストリップ線路］７から給電されて円偏波を発
生させる。

この円偏波発生手段は公知の技術であり、いわゆる縮退
解除型のアンテナ素子を用いたものであって、アンテナ
素子を回転対象の形状から、９０度異なる方向において
寸法を変形し、そのアンテナ素子に流れる電流か動作周
波数において直交する方向に９０度となるよう前記それ
ぞれの方向に対し、異なるリアクタンスを呈するように
したものである。

衛星放送電波を受信する際は、第１図（Ａ）の放射素子
層１１上の導体膜に設けられた開口１０を経て放射素子
］５て受信されたマイクロ波がストリップ線路］７によ
って集められ、ストリップ線路１８〜２１を経由し、ス
トリップ線路結合部２２からスロット開口部４を通って
低雑音コンバータ］に導かれる。スロット開口部４は周
辺導体の一部か突起状となり、導波管の電界に平行に延
長され、開口のカットオフ周波数が下がっているために
、スロット開口部４が比較的小さい寸法であるにも関わ
らす電磁波を通過させることができる。

特に動作周波数がスロット開口部４のカットオフ周波数
、または、開口の共振周波数に一致しているとき、局所
的に蓄積されるエネルギーが最大となり、前記突起部の
周囲には電磁波エネルギーが集中しているため、板を解
放したストリップ線路からなるストリップ線路結合部２
３と強く結合させることか可能である。この場合、スト
リップ線路の開放端から約４分の１波長の位置にスロッ
トを配置すると磁界による結合がより強化される。

ストリップ線路１７〜２］及びストリップ線路結合部２
２は標準的なストリップ線路の分岐回路で用いられる方
法を採用し、インピーダンスを整合させるためにいずれ
も長さが４分の１波長で導体幅が狭くされる。

なお、上記構成例では説明のために放射素子の数として
４×４の１６素子のものを示したが、通常の衛星放送受
信用のアンテナとして実用的なアンテナ利得を得るため
には、必要に応じて５１２素子から１０２４素子程度に
素子数を増加させる。

また、上記では給電線路層７上に放射素子１５を設け、
放射素子層１１上の開口１０を導波素子として動作させ
たか、これに限るものではなく、例えば給電層上に一端
を開放したス］・リップ線路または直線偏波のパッチア
ンテナ放射素子を配列し、放射素子層を前記回路素子と
結合した円偏波発生素子を配するようにすることも考え
られる。

第２図は導体基板５上の導波管の接続点のスロット開口
部４の他の構成例である。

ここではスロット開口部４をアンテナ放射素子の直下を
避けた位置に細長い溝状に設けられる。

このような形状とすることにより、アンテナ配列を乱す
ことなく、導波管とストリップ線路とを電磁結合させる
ことかできる。さらにこの場合はストリップ線路結合部
２４の開放端部の線路幅を増加し、ストリップ線路の開
放端から電流最大のスロット開口部との結合点までの長
さを短くできるようにしたものが給電用ストリップ線路
２５に接続される。

第３図はさらにスロット開口部４の他の構成例を示すも
のである。

同図でスロット開口部４はストリップ線路２６゜２７で
結合して端子か複数化される。これにより給電線路の配
列の占める面積がさらに低減され、放射素子の配列密度
が高くされることによってアンテナ効率が増加可能とな
るものである。

第４図もさらにスロット開口部４の他の構成例を示すも
のである。

第４図（Ａ）は側断面図、同図（Ｂ）はその正面図であ
って、導体基板のスロット開口部４に接した位置に導波
管直角ベンド２７に埋設された共振スロット２８か備え
られる。この共振スロット２８は、開口の突起部３０を
スロット開口部４を貫通させてストリップ線路結合部に
接近させたもので、導波管側から共振スロット２８を接
触抵抗なく励振することができ、損失を大幅に低減する
。

第５図はさらにスロット開口部４の他の構成例−１０＝ を示すものである。

第５図（Ａ）は側断面図、同図（Ｂ）はその正面図であ
り、低雑音コンバータ１を接続する導波管３ｊの終端に
固定した結合用の線状または帯状導体からなる線状アン
テナ素子３４を開口３３に貫通させた構造となる。この
場合、線状アンテナ素子３４は絶縁体３２を介して導波
管３１の終端に固定され、また、開口３３は単独では動
作周波数よりも高いカットオフ周波数を有している。そ
して、導波管３」の電磁波に結合した線状アンテナ素子
３４のストリップ線路に接近した側の導体」二で導体基
板５に平行に流れる電流によって作られる磁界によって
、ストリップ線路３５側との結合が行なわれるようにな
る。

一般に結合部に導体基板５と垂直な電磁界かできると、
導体基板５に沿って半径方向に広かる漏洩電磁波を励振
する恐れがあるか、上記のような構造ではこの導体基板
５と垂直の電界の誘起を最小にすることができ、特に漏
洩量を減少した低損失の導波管・ストリップ線路変換部
を構成することができる。

なお、以上の実施例では導波管側で電界結合により結合
し、ストリップ線路側では磁界結合させる線状アンテナ
の形状を示したか、これをぎやくとするることも充分可
能である。また、導波管内で線状アンテナの位置あるい
は両端を導波管内壁の適当な位置に接続し、線状アンテ
ナの長さを変えるようにすれば、さらに多くの構造例を
考えることができる。

続いて上記給電回路に代わって４分岐の導波管給電回路
を用い、それぞれ個別のストリップ線路給電系で構成し
た４ブロツクの平面アンテナユニットを統合し、低雑音
コンバータ１に接続して構成した他の実施例を第６図に
より説明する。

同図で導波管給電回路３６は、方形断面の導波管の寸法
の短いＥ面にスロット開口部４を設けたものを同位置開
口を有する導体基板５に接して配置したもので、個々の
スロット開口部とストリップ線路との結合に関しては前
記第１図乃至第５図のそれぞれの構成例と同様の構造を
考えることかできる。すなわち、スロット開口部は導波
管の端部を短絡した導体面に設ける代わりに、端部を短
絡した導波管の軸に沿って４分の１波長離れた位置の側
面に数値と開口を設けるものである。その結果、前記の
短絡面での値にほぼ等しい電流が流れるため、同等の結
合を与えることができる。

」二記他の実施例では導波管の分岐数が４個の場合であ
るが、さらに多くの分岐数のものに適用し、回路損失を
さらに低減することも容易である。

また、」二記第６図ではスロット開口部を導波管のＥ面
に設けたか、これを同様にＥ面の電流値の大きい場所に
設けることも可能である。この場合、給電線路の専有面
積は増すこととなるか、その厚さを大幅に減じることが
できる。

上記第６図の構成に示すように導波管の幅の狭いＥ面に
スロット開口部を設けることで放射素子給電用のストリ
ップ線路との結合を可能にしたため、平面アンテナ上の
給電用導波管の専有面積を大幅に減じることができ、必
要によっては分岐数を増加し、１スロット開口当り４個
またはそれ以下の放射素子と結合するまでの給電回路に
導波管を用いることが可能である。また、分岐数が多い
場合、カットオフ周波数に影響を与えないＥ面の幅すな
わち高さを減じた分岐用導波管をもいれば、導波管回路
による分岐数の制限をほとんどなくすことかできる。平
面アンテナの厚さの若干の増加を許せば、主要給電回路
をすべて導波管で構成することにより給電回路の損失を
大幅に低減することができる。−例として＋−２Ｇ　Ｈ
ｚ帯でのストリップ線路の線路損失を２　ｄ　Ｂ　／　
ｍとすると、導波管の線路損失は０．５ｄＢ／ｍ以下で
あり、寸法０．５Ｘ０．５ｍ角級の平面アンテナで主給
電電線に再分岐回路を用いた場合の損失を概略試算し比
較すると、前者の１ｄＢに対して本発明を適用した後者
は０．２５ｄＢと極めて顕著な改善が見込まれる。

［発明の効果］ 以上詳記した如く本発明によれば、導波管回路の端部と
導体基板の境界壁面にスロット開口部を設け、このスロ
ット開口部とストリップ線路とを電磁結合させると共に
、接続部か最小限の厚さとなるような構造としたので、
多数の分岐路を有する導波管を給電線路に用いた場合に
適する導波管ストリップ線路変換回路を使用した際の給
電線路による回路損失を低減し、アンテナ利得を増加さ
せると共に、構造か簡単で組立てか容易である衛星放送
受信用の平面アンテナを提供することかできる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図（Ａ）は一
実施例の側断面図、第１図（Ｂ）は同図（Ａ）の主要部
の正面図、第２図乃至第５図はそれぞれスロット開口部
の他の構成例を示す図、第６図は本発明の他の実施例を
示す正面図である。 １・・低雑音コンバータ、２・導波管直角ベント、３　
・・平面パネル構造体、４・・スロット開口部、５　・
導体基板、６・・・絶縁体層、７・・・給電線路層、８
　絶縁体層、９・・導体膜、１０・開口、１１・・・放
射素子層、１２・・・絶縁体層、］３・・絶縁体カバー
、１４・・絶縁体ンート、１５・放射素子、１６・切込
み部、１７〜２２．　２５．３５・・・ストリップ線路
、２３．２４．　２Ｇ。 ２７・ストリップ線路結合部、２８・・共振スロット、
３１・・・導波管部、３２・・・絶縁体、３３・・・開
口部、３４・・・線状アンテナ素子、３６・・導波管給
電部。 出願人代理人　　弁理士　鈴江武彦 第２図　　第 （Ａ） 第４図 ３図 （Ａ）　　　（Ｂ） 第５図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）電磁波放射素子を配列した放射電極層と、前記電
   磁波放射素子に電磁結合した給電線路層と、導体基板と
   を有する平面アンテナにおいて、上記導体基板上のマイ
   クロ波信号を導く導波管を接続した位置に設けられ、電
   磁波エネルギーを蓄積するスロット開口部と、 このスロット開口部に接近して配置され、上記電磁波エ
   ネルギーが結合された上記給電線路の結合部と を具備したことを特徴とする平面アンテナ。
2. （２）上記スロット開口部の周辺に上記導波管内の電界
   と平行に延長して設けられた突起部を備え、この突起部
   の周囲に集中した電磁界によりこの突起部に接近して平
   行に配置された上記給電線路の結合部との電磁結合が強
   化されことを特徴とする請求項（１）記載の平面アンテ
   ナ。
3. （３）上記スロット開口部は上記電磁波放射素子の直下
   を避けた位置に線状の面積を極小化した溝で構成された
   ことを特徴とする請求項（１）記載の平面宛名アンテナ
   。
4. （４）上記スロット開口部を横切る位置に、一端を解放
   した２本の給電線結合部を対峠させて配置し、１個の導
   波管から２個の給電線路に分配給電したことを特徴とす
   る請求項（３）記載の平面アンテナ。
5. （５）上記突起部を導体基板開口面を横切って上記給電
   線路層に接近させたことを特徴とする請求項（２）記載
   の平面アンテナ。
6. （６）上記スロット開口部は導体基板面及び導体基板に
   接近して配設した導体板面の一方に、縦横の長さがいず
   れも２分の１波長より充分短く、単独としては動作周波
   数に対してカットオフとなり、導波管内からスロット開
   口部を貫通して給電線路に接近して曲折された形状を有
   する線状アンテナ導体を配置して導波管と給電線路とを
   電磁結合したことを特徴とする請求項（１）記載の平面
   アンテナ。
7. （７）複数個の分岐端子を有する分岐導波管の各端子を
   短絡し、導体基板に接した導波管のＥ面側壁に設けたス
   ロット開口部により給電用ストリップ線路と結合したこ
   とを特徴とする請求項（１）記載の平面アンテナ。