JPH01286602A - ビームチルト平面アンテナ - Google Patents

ビームチルト平面アンテナ

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JPH01286602A
JPH01286602A JP63116360A JP11636088A JPH01286602A JP H01286602 A JPH01286602 A JP H01286602A JP 63116360 A JP63116360 A JP 63116360A JP 11636088 A JP11636088 A JP 11636088A JP H01286602 A JPH01286602 A JP H01286602A
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Japan
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beam tilt
antenna
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radiating
feed line
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JP63116360A
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Atsushi Minase
皆瀬 淳
Naoya Hirohara
広原 直也
Hiroshi Kasahara
浩 笠原
Yoshiichi Wakao
伊市 若生
Yoichi Kaneko
洋一 金子
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Yagi Antenna Co Ltd
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Yagi Antenna Co Ltd
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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、衛星放送受信用のビームチルト平面アンテナ
に関する。
[従来の技術〕 平面アンテナは、そのロープロフィルでフラットである
という特質のゆえに、家屋の壁面への取付け、据付けの
優位性、あるいは積雪による受信障害に対する優位性等
の点から、将来、一般家庭用の衛星放送受信アンテナと
して、従来より多く用いられてきたパラボラアンテナに
取って代わるものと期待されている。
マイクロストリップ素子により構成される平面アンテナ
は、一般に多数のマイクロ波ストリップ放射素子をN段
M列のアレー状に配列し、これらの素子をマイクロ波ス
トリップラインから成る給電回路で励振するよう構成さ
れる。励振の方法は直接励振、電磁励振等がある。この
場合、各素子への励振位相をすべて同位相となるように
給電回路を構成すると、アンテナからの放射ビームはN
段M列のアレー配列面に対して垂直方向(ボアサイト)
を向く。また、上下方向の各素子を適当な位相角度で移
送差給電すると上方にビームチルトしたアンテナを実現
することができる。
[発明が解決しようとする課8] しかし、通常容素子の配列間隔dはアンテナの囲動率が
最高となるように0.8〜0.9λ0(λ0は自由空間
波長)に選定されるが、ビームチルトを行なうために位
相差給電を行なうとグレーティングローブ(目的以外の
方向に生じるレベルの大きな不要放射)が発生し、これ
を除去するために素子間隔dを小さくする必要がある。
−例として、グレーティングローブを抑える23″のビ
ームチルト角を実現するためには、素子間隔d≦0.6
4λ。が必要となる。この条件で衛星放送の周波数帯で
ある12GHz帯で円形マイクロ波ストリップ環状スロ
ット素子を実現しようとすると、素子間隔d−1611
%素子外形約14rAmとなり、隣接素子間の間隙が2
11程度となる。したがって各素子への給電線へのイン
ピーダンス整合を行ないつつ所望の位相差給電が行なえ
るように給電回路を構成することにスペース的に無理が
生じ、給電線路間の不要結合、あるいは放射素子と給電
素子との不要結合が生じてアンテナの性能が劣化し、利
得効率が著しく低下することとなる。
第4図はこうした構成の一例として右旋円偏波の環状ス
ロット放射素子をトリプレート線路より成る給電回路で
励振するよう構成された例を示すものであって、同図(
a)は特に放射素子と給電線路のパターン構成を示す図
、第4図(b)は同図(a)のIV−IV線に沿った断
面図である。図中、1a−1dが環状スロット放射素子
、2が給電線路、3が放射電極層、4が給電線路層、5
が導体基板である。環状スロット放射素子1a−1dは
その各々につき45@方向に一対ずつ切り欠きが設けて
あり、これを矢印の方向からの開放端線路2で給電する
と、紙面から上に向けて右旋円偏波の電波を放射するも
のである。この例では放射素子1aに対し放射素子tb
が、放射素子1dに対し放射素子1eがそれぞれ90°
の遅れ位相で給電されるように給電線路層40が構成さ
れており、したがって放射ビームはアレー面の垂線に対
して23@放射素子1b(IC)の側にビームチルトさ
れた電波が放射される。
給電線路層4が各所で線路幅が異なっているのは放射素
子1a〜1dの入力インピーダンスと線路インピーダン
スの整合及び給電分岐回路のインピーダンス整合のため
に成されたものであり、本例では主線路のインピーダン
スは100[Ω]で設計されている。このインピーダン
スの値は線路幅が電波の線路内波長λgに対してモード
的影響が無視できる範囲で自由であるが、分岐点、折曲
部分での位相の非対象の限界とインピーダンス整合のた
めの不連続部及び素子間隔から定められる配線スペース
等から制限され、適当な値が選定される。
利得効率の高いアンテナを実現するためには、線路損失
を減少させるため、上記制限の範囲内で充分に幅広く構
成した方が有利となる。本例はこうした条件下で最良と
なるよう構成した一例であるが、図に射線で示すA−C
の部分でいずれも不要な結合を生じており、アンテナと
しての利得特性を劣化させている。
なお、上記図における素子間隔は、非ビームチルト面で
ある上下方向は利得効率が最高となる0、8λ0 (λ
0は電波の空間波長)に、また、ビームチルト面である
左右方向はビームチルトによるグレーティングローブを
抑えるため0,64λ0に選定してあり、その結果、配
線スペースが同相給電型アンテナに比べて狭いことが不
要結合を増大させる一因ともなっている。この場合、給
電線路2の幅を例えば211としており、これを0.5
−一程度と小さくすることにより上記A−Cで示した不
要結合部分を減少させることができるが、逆にストリッ
プ線路の伝送損失が増大し、このためにアンテナの利得
効率が低下することとなる。
以上のように平面アンテナは、20〜30%のビームチ
ルト角を持った高利得効率の平面アンテナが実現して始
めてその効果が生ずるものであり、結局、いかに利得効
率を上げつつ所要のビームチルト角を備えた平面アンテ
ナが実現できるかに掛かっている。
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、充
分利得効率が高く、ビームチルト角が20〜30@であ
るビームチルト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及び作用]本発明は、マイ
クロ波ストリップ素子から成るビームチルト平面アンテ
ナにおいて、α°回転配置された相隣接する一対の放射
素子を電気長の等しい給電線路で給電し、 θ  [″  コ  !=f S  l  n−’  
 (α λ o  /  2  π d )(λ0 :
自由空間波長、d:素子間隔)なる関係式で求められる
角度θ[0]のビームチルトを生じさせるようにする一
方、上記放射素子を構成するマイクロ波ストリップ回路
層と上記給電線路で構成するマイクロ波ストリップ回路
層とをアース導体板上に誘電体層とスペーサの少なくと
も一方を介して積層配置し、給電線路と放射素子間の電
磁結合によって放射素子を励振するようにしたものであ
る。
[実施例〕 以下図面を参照して本発明の単位長実施例を説明する。
第1図は本発明を右旋円偏波の環状スロット放射素子を
トリプレート線路よりなる給電回路で励振するよう構成
された4素子アレーアンテナに適用した場合の構成例を
示すものであって、同図(a)は特に放射素子と給電線
路のパターン構成を示す図、第1図(b)は同図(a)
の1−1線に沿った断面図である。図中、lla〜li
dが環状スロット放射素子、12が給電線路、13が放
射電極層、14が給電線路層、15が導体基板である。
環状スロット放射素子11a−11dはすべて同位相で
給電されるが、各素子の向きが90″ずつ回転している
。すなわち、素子tlaが素子11bに対し、また、素
子lidが素子ticに対し円偏波の回転方向を基準に
して901進み位相となるように90″回転配置されて
いるため、結果として位相差給電されたこととなり、素
子tib (あるいは11C)の側にビームチルトされ
た電波が放射される。
上記のような構成の16素子アンテナを上記第4図に示
した構成の16素子アンテナと利得効率について比較し
た図を第2図に示す。
同図で第4図に示した構成の16素子アレーアンテナで
は利得効率が46%であったのが、第1図に示す構成の
16素子アレーアンテナでは利得効率が70%となる。
このように同一のビームチルトを実現しながらもアンテ
ナの利得効率を大幅に向上させることができる。この効
率向上の要因としては、各素子への給電線路長が同相で
ある結果、給電位相差の周波数依存性がなく、高帯域特
性が実現できる点、各素子単体のインピーダンス整合が
多少不充分でも、その不整合に起因する給電位相のずれ
が少ない点があげられる。
以上のような構成によれば、利得効率の充分高いビーム
チルト平面アンテナを実現することができるので、第3
図(a)に示すような従来の平面アンテナの如くアンテ
ナ面を衛星放送(BS)に正対向させるために取付け、
積雪等の障害に対して不利となることがなく、第3図(
b)に示すように取付け、据付けを容品に行なうことが
でき、かつ、積雪等の受信障害に対して有利となる。
[発明の効果] 以上詳記した如く本発明によれば、マイクロ波ストリッ
プ素子から成るビームチルト平面アンテナにおいて、α
°回転配置された相隣接する一対の放射素子を電気長の
等しい給電線路で給電し、θ[” ] ’=s in−
’ (αλo / 2πd)(λ0:自由空間波長、d
:素子間隔)なる関係式で求められる角度θ[]のビー
ムチルトを生じさせるようにする一方、上記放射素子を
構成するマイクロ波ストリップ回路層と上記給電線路で
構成するマイクロ波ストリップ回路層とをアース導体板
上に誘電体層とスペーサの少なくとも一方を介して積層
配置し、給電線路と放射素子間の電磁結合によって放射
素子を励振するようにしたので、充分利得効率が高く、
ビームチルト角が20〜30″であるビームチルト平面
アンテナを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は本発明の一実施例による4素子アレーア
ンテナの放射素子と給電線路のパターンを示す平面図、
第1図(b)は同図(a)のI−■線に沿った断面図、
第2図は第1図の構成を用いた16素子のアレーアンテ
ナの利得効率を従来の構成のものと比較して示す特性図
、第3図はビームチルト平面アンテナと従来の平面アン
テナとの据付は角度の違いを示す図、第4図(a)は従
来の4素子アレーアンテナの放射素子と給電線路のパタ
ーンを示す平面図、第4図(b)は同図(a)のIV−
IV線に沿った断面図である。 1a−1d、lla〜lld・・・環状スロット放射素
子、2.12・・・給電線路、3.13・・・放射電極
層、4.14・・・給電線路層、5.15・・・導体基
板。 (a) (b) 第1図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)マイクロ波ストリップ素子から成るビームチルト
    平面アンテナにおいて、 α°回転配置された相隣接する一対の放射素子と、 これら一対の放射素子を電気長の等しい給電線路で給電
    し、 θ[°]≒sin^−^1(αλ_o/2πd)(λ_
    o:自由空間波長、 d:素子間隔) なる関係式で求められる角度θ[°]のビームチルトを
    生じさせる給電手段と を具備したことを特徴とするビームチルト平面アンテナ
  2. (2)上記放射素子を構成するマイクロ波ストリップ回
    路層と上記給電線路で構成するマイクロ波ストリップ回
    路層とをアース導体板上に誘電体層とスペーサの少なく
    とも一方を介して積層配置し、給電線路と放射素子間の
    電磁結合によって放射素子を励振するようにしたことを
    特徴とする請求項(1)記載のビームチルト平面アンテ
    ナ。
JP63116360A 1988-05-13 1988-05-13 ビームチルト平面アンテナ Expired - Fee Related JPH07101811B2 (ja)

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EP89107666A EP0345454B1 (en) 1988-05-13 1989-04-27 Microstrip array antenna
DE68910728T DE68910728T2 (de) 1988-05-13 1989-04-27 Streifenleiter Array-Antenne.
CN89103173A CN1011168B (zh) 1988-05-13 1989-05-12 微带天线阵
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