JPH01314405A - 導波管型平面アンテナ - 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〕 本発明は導波管型平面アンテナに関し、より具体的には
、２種の電波を送受信できる導波管型平面アンテナに関
する。

〔従来の技術〕

通信衛星や放送衛星などとの送受信用アンテナとしては
、パラボラ・アンテナが一般的であるが、近年、風圧や
雪害に強く、設置が容易であるなどの点から、平面アン
テナが注目されている。

このような平面アンテナとしては、直線偏波及び円偏波
に対して種々の構造のものが提案され、その給電方式と
しては、代表的には、マイクロストリップ、３相構造の
トリプレート、導波管型などがある。平面アンテナの一
つとして、軸方向に多数の放射スロットを設けた直線導
波管を横方向に多数並べて導波管アレイとし、全体とし
て平面のアンテナ面を持たせたものが公知である（Ｗ、
Ｊ。

ＧＥＴＳＩＮＧＥＲ，ｌ！１ｌｉｐｔｉｃａｌｌｙ　Ｐ
ｏ１ａｒｉｚｅｄ　Ｌｅａｋｙ−ＷａｖｅＡｒｒａｙ’
、ＩＲＥ　　ＴＩＩＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ　　ＯＮ　　
ＡＮＴＩＥＮＮＡＳ　　ＡＮＤ　　ｒ’Ｒ０ＰＡＧＡＴ
１ＯＮ、ｐｐ１６５−１７２．Ｍａｒｃｈ、１９６２　
）　、また、給電構造を含めて全体が平面構造になった
導波管スロット・アンテナが、本出願と同じ出願人によ
り特許出願されている（昭和６３年特許願第３７２０３
号）。

通信という用途を考えるとき、同時双方向性の見地から
は、送信用と受信用に２つのアンテナが必要でなる。即
ち、通常は、送信キャリアと受信キャリアの両方の周波
数帯域をカバーするアンテナを２つ用意し、一方を送信
用に、他方を受信用に用いていた。導波管スロワ１−・
アンテナなどのように、放射スロットやアンテナ素子が
多数アレイ状に配置されているアンテナの場合には、ア
ンテナ利得を高めようとしてアンテナ面を広（すると、
アレイ素子の位相ズレにより、広い周波数帯域をカバー
できなくなる。従って、平面アンテナで同時双方向通信
を行う場合には、それぞれ送信用、受信用に設計された
平面アンテナを用意することになり、不便である。

これに対しては、２枚の導体板を所定の狭い間隔離して
平行に配置し、その上板に二次元状に十字の放射スロッ
トを配置し、２枚の導体板の間に給電して二次元の一方
の方向を１２ｃ、ＩＩＺに共振させ、他方を１４ＧＨｚ
に共振させるようにして、２周波共用式の平面アンテナ
を構成した例が知られている（後藤尚久、「グレーティ
ングローブ抑圧法と導波管型平面アンテナへの応用」、
電子情報通信学会、信学技報ＡＰ８７−１ｏ　（１９８
７−５）　）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、この２周波共用式平面アンテナでは、２枚の導
体板の間で１２ＧＨｚの電波と１４ＧＩＩｚの電波を的
確に伝播させるために、その間隔を一定に保たなければ
ならない。これは極めて困難であり、製造価格の上昇を
もたらすと共に、アンテナ特性の不安定化、経時変化を
招き易くなる。また、グレーティング・ローブを回避す
るための手段が必要であるという欠点があり、直交偏波
でしか使えないという制限がある。

そこで、本発明は、２種の電波の送受信が可能な導波管
型平面アンテナを提示することをｌ」的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る導波管型平面アンテナは、所定間隔でアレ
イ状に多数の放射導波管を並置してなる放射導波管アレ
イと、当該放射導波管アレイの一端に位置する第１給電
導波管と、当該放射導波管アレイの他端に位置する第２
給電導波管とを具備する。そして、当該放射導波管を２
つのグループに分け、当該第１給電導波管には当該第１
グループの放射導波管に電波結合するための結合窓を設
け、当該第２給電導波管には当該第２グループの放射導
波管に電波結合するだめの結合窓を設け、当該第１グル
ープの放射導波管には第１の電波の送信又は受信用の放
射スロットを設け、当該第２のグループの放射導波管に
は第２の電波の送信又は受信用の放射スロットを設ける
。

〔作用〕

放射導波管アレイ並びに第１及び第２給電導波管は、全
体として平面を構成するように配置でき、全体としては
平坦で、且つ機械的に強固なものにできる。また、第１
グループの放射導波管と第２グループの放射導波管とは
、それぞれ第１給電導波管及び第２導波管により独自に
給電されるので、個別の周波数で送受信できる。更には
、第１グループの放射導波管と第２グループの放射導波
管では、偏波特性に関して放射スロットを独自に設計で
きるので、全体として、２種類の偏波特性を組み合わせ
て利用できる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は、周波数及び偏波の異なる電波を送受信できる
ように構成した本発明の一実施例の斜視図、第２図はそ
の分解図、第３図はその導波構造と放射スロットの配置
を示す図面である。第１図において、１０は周波数ｒ、
　（例えば、１２Ｇｌｌｚ、ｉ２に長λ、＝２５１１ｍ
）で励振される管内波長λ９の給電導波管、１２は周波
数ｒｚ　（例えば、１４，３Ｇｌｌｚ、波長λ２　＝２
１１ｍ）で励振される管内波長λ、の給電導波管、１４
は、給電導波管ＩＯ又は同１２により給電される放射導
波管がアレイ状に並ぶ放射導波管アレイ部、１６．１８
は電波を外部に放射し、外部電波を受信するための放射
スロットである。

放射導波管及び放射スロット１６．１８の詳細について
は後述する。

第２図から分かるように、ベース板２０の上に、λ９／
４の間隔で壁板２２を立ててあり、壁板２２の上に、放
射スロット１６．１８を穿った上板２４を被せである。

これにより、図示例では、８個の放射導波管２６−ｉ（
ｉ＝１〜８）が形成され、放射導波管アレイ部１４とな
る。壁板２２は放射導波管２６−ｉ（ｉ＝１〜８）の導
波管壁になる。放射導波管２６−ｉ（ｉ＝１〜８）はそ
の管内波長が給電導波管１０．１２の管内波長λ９に等
しくなるような導波構造になっている。また第３図から
分かるように、放射スロット１６は、放射導波管２６−
１．２６−３．２６−５．２６−７の上壁部分に位置し
、放射スロット１８は、放射導波管２６−２．２６−４
．２６−６．２６−８の土壁部分に位置する。

ベース板２０、壁板２２、上板２４は、導電性材料又は
、表面に導電性材料を塗布、鍍金した材料からなる。

給電導波管１０の、放射導波管アレイ部１４に対面する
導波管壁には、第２図及び第３図に示すように、それぞ
れ放射導波管２６−２．２６−４゜２６−６．２６−８
を励振するためのスリット状の給電窓２８−１．２８−
２．２８−３．２８−４を設けてあり、給電導波管１２
の、放射導波管アレイ部１４に対面する導波管壁には、
第３図に示すように、それぞれ放射導波管２６−１．２
６−３．２６−５．２６−７を励振するスリット状の給
電窓３０−１．３０−２．３０−３．３０−４を設けで
ある。即ち、給電窓２８−１〜４．３０−１〜４は、給
電導波管１０．１２の管軸方向にλ９／２の間隔で設け
られている。

給電導波管ｌＯ及びこれにより励振される放射導波管２
６−２．２６−４．２６−６．２６−８で構成される第
１アンテナの導波構造及び放射スロット１８の配置関係
を第４図に示し、給電導波管１２及びこれにより励振さ
れる放射導波管２６−１．２６−３．２６−５．２６−
７で構成される第２アンテナの導波構造及び放射スロッ
ト１６の配置関係を第５図に示す。

先ず、第６図により、給電導波管（即ち、その給電窓）
から放射導波管を励振する原理を一般的に説明する。４
０は骨幅がａ、管内波長がλ９の給電導波管、４２は導
波管軸方向にλｇ／２間隔で給電導波管４０のＨ面に穿
たれた給電窓、４４は管内波長がλ９の放射導波管、４
６は放射導波管４４の８面に穿たれた放射スロットであ
る。給電導波管１０．１２の場合と同様に、給電窓４２
は導波管軸方向にλ、／２間隔で設けられているので、
公知の電磁気理論により、給電窓４２には、それぞれ白
抜きの矢印で図示した方向にｔ流が流れ、各給電窓４２
に結合する放射導波管４６は、その電流方向に応じた位
相で励振される。つまり、隣接する放射導波管４６は、
対応する給電窓４２から逆相で励振される。なお、１２
Ｇｌｌｚ（波長λ＝２５鰭）の電波を放射する場合を考
えると、ａ＝２３皇層、λ、　＝２９．８鶴である。

第４図の第１アンテナを説明する。上記の如く、放射導
波管２６−２．２６−６と放射導波管２６−４．２６−
８は互いに逆の位相で励振され、放射導波管２６−２．
２６−４．２６−６．２６−８の導波管壁には、λ、／
２の間隔で、第４図に矢印４８．４９で示すように逆方
向の電流が流れる。従って、同じ方向の電流が流れる部
分、例えば矢印４９の部分に、導波管軸方向に延びる放
射スロットを設ければ、放射導波管２６−２．２６−４
．２６−６．２６−８の管軸方向に垂直な方向に偏波を
持つ電波（垂直偏波）を送受信できる。

これに従い、本実施例では、管軸方向に延びる放射スロ
ット１８をλ１間隔で配置しである。なお、第４図に示
すように、放射導波管２６−２．２６−６の放射スロッ
ト１８と、放射導波管２６−４゜２６−８のそれとは、
管軸方向でλ９／２だけずれている。

第４図のアンテナにおけるグレーティング・ローブを検
討する。放射スロット１８間の最も隣接する距離をｌと
すると、例えば、１２ＧＩＩｚ（波長λ＝２５ｍｍ）の
場合には、給電導波管１０の管軸ａ−２３ｍｍとして、
管内波長λ、　＝２９．８１１であり、従って、Ａ！−
’２１．１＋ｎである。ｌ〈λであるから、本実施例で
は、グレーティング・ローブは発生しない。

第５図の第２アンテナを説明する。放射スロノ１−１６
は、放射導波管２Ｇ−１，２６−３，２６−５，２６−
７の導波管軸方向でλ９／２間隔で穿たれている。但し
、放射スロット１６は、導波管軸に垂直な面に対して交
互に角度θ、−〇だけ傾けて穿たれており、隣接する放
射導波管（例えば、導波管２６−１と同２６−３）との
間では、互いに逆の傾斜角度になるように、配置されて
いる。上述の如くして、放射導波管２６−１．２６−５
と放射導波管２６−３．２６−７とは、給電導波管１２
により互いに逆相で励振され、従って、給電導波管１２
の導波管壁には、第４図と同様に、λ、／２の間隔で、
互いに逆相の電流が矢印のように流れる。放射スロット
１６との関係では、第５図の紙面で、上向きの矢印にな
る位置の放射スロット１６はθ、下向きの矢印になる位
置の放射スロット１６は一θの角度の傾斜方向になって
いる。放射スロット１６のこのような配置により、放射
導波管２６−１．２６−３．２６−５．２６−７の導波
管軸に平行な偏波方向（水平偏波）の電波を送受信でき
る。

例えば、放射導波管２６−１の放射スロノｉ　５０．５
２、及び放射導波管２６−３の放射スロソ）５４．５６
を考える。放射スロット５０と同５６の部分には、第５
図に矢印で示すように、同じ方向で電流が流れ、放射ス
ロット５２と同５４の部分には、放射スロット５０．５
６とは逆の方向に電流が流れる。従って、放射スロット
５０のスロット部分に流れる電流による電波と放射スロ
ット５４のスロット部分に流れる電流による電波との合
成ヘクトルは、放射導波管２６−１．２６−３の管軸方
向を向いており、同様に、放射スロット５２の放射電波
と放射スロット５６の放射電波の合成電波も、同じく、
放射導波管２６−１．２６−３の管軸方向を向いている
。この結果、全体としても、放射導波管２６−１．２６
−３．２６−５．２６−７の導波管軸に平行な偏波方向
の水平偏波用アンテナになる。

第３図のＡ−Ａ線の断面図を第７図に示し、Ｂ−Ｂ線の
断面図を第８図に示す。

上記説明から分かるように、本実施例により、水平偏波
と垂直偏波の同時送信、同時受信、又は一方で送信、他
方で受信を実現できる。通信衛星用Ｖ　Ｓ　ＡＴ（νｅ
ｒｙ　Ｓｍａｌｌ　Ａｐｅｒｔｕｒｅ　Ｔｅｒｍｉｎａ
ｌ）のための直交２周波数方式では、周波数１２ＧＩＩ
ｚを受信用、１４Ｇｌ＋ｚを送信用とし、互いに直交し
た偏波を用いるように規定されており、例えば、第４図
の第１アンテナを周波数１２Ｇｌｌｚ（波長λ１＝２５
ｍｍ）で送信用、第５図の第２アンテナを周波数１４．
３ＧＨｚ　（波長λ２＝２１１ｍ）で受信用とする場合
、給電導波管１０の管軸ａ１＝２３ｎ＋とすると、管内
波長λ、　＝２９．８ｍ−になる。他方、給電導波管１
２では、その管軸をａ２として同じ管内波長λ９を得る
ためには、 λ２ から、ａ２＝１４．８鰭となる。

放射用導波管２６−１　（ｉ＝１〜８）の終端部は、説
明を省略したが、電波吸収材を設けるなどして無反射終
端化するのが好ましい。また、説明を簡略化するために
、導波管壁の厚みについては説明を省略したが、製造に
際しては、この点が考慮されるべきである。図面には、
少数の放射導波管２６−１〜８及び放射スロット１６，
１８を図示したが、これは説明用であり、実際には、よ
り多数の放射導波管及び放射スロットが用いられる。

本実施例では、偏波に関しては、水平偏波と垂直偏波に
適用したが、本発明ではこれに限らず、放射スロット１
６．１８の形状及び配置を変えることにより、円偏波と
直線偏波、円偏波の左回転と右回転というように、種々
の組み合わせを実現できる。また、使用周波数帯域も上
記説明例に限定されない。即ち、一方のアンテナで送信
用の帯域をカバーし、他方のアンテナで受信用の帯域を
カバーさせれば、個々にカバーする帯域が狭くてよいの
で、アンテナ面を大きくでき、従って、高いアンテナ利
得を得ることができる。

要約すると、本発明によれば、偏波、周波数などの電波
特質に関して２種の電波を同時に送受信できるものであ
り、現在の電波利用の制約に制限されずに、送信用、受
信用として多様な利用方法が考えられる。

いうまでもないが、本明細書では、アンテナ工学の慣例
に従い電波送信の場合の用語を使用しているが、本発明
を受信用アンテナに通用することを妨げるものではない
。

〔発明の効果〕

以上の説明から容易に理解できるように、本発明によれ
ば、２種の電波を取り扱うことができるばかりか、簡単
な構造で安価に製造でき、安定した特性を期待できる。

即ち、全体の特性が、基本的には個々の放射導波管の放
射スロットの放射特性により決定されるから、第１に、
特性の理論予測が容易である。第２に、１つの導波管の
部分の特性不良が他の導波管に影響しないので、特性不
具合の原因追求が容易になり、製造段階での調整作業が
掻めて楽になり、量産性に優れている。第３に、機械構
造的には強固なものになるので、長期に安定した特性を
期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の斜視図、第２図は第１図の
分解図、第３図は第１図の導波構造と放射スロットの配
置を示す図、第４図は第１図の第１アンテナの導波構造
と放射スロットの配置を示す図、第５図は第１図の第２
アンテナの導波構造と放射スロットの配置を示す図、第
６図は給電導波管の説明図、第７図は第３図のＡ−Ａ線
の断面図、第８図は第３図のＢ−Ｂ線の断面図である。 １０．１２−給電導波管　１４・−放射導波管アレイ部
　１６．１８−　　放射スロット　２０−ベース板　２
２−壁板　２４−上板　２６−ｉ　　（ｉ＝１〜８）−
放射導波管　２８−１．２８−２．２８−３．２８−４
．３０−１．３０−２．３０−３゜３０−４−給電窓 ＾ｌ 第１図 ら 第　３　図 第４巳

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定間隔でアレイ状に多数の放射導波管を並置し
   てなる放射導波管アレイと、当該放射導波管アレイの一
   端に位置する第１給電導波管と、当該放射導波管アレイ
   の他端に位置する第２給電導波管とを具備し、当該放射
   導波管を２つのグループに分け、当該第１給電導波管に
   は当該第１グループの放射導波管に電波結合するための
   結合窓を設け、当該第２給電導波管には当該第２グルー
   プの放射導波管に電波結合するための結合窓を設け、当
   該第１グループの放射導波管には、第１の電波の送信又
   は受信用の放射スロットを設け、当該第２のグループの
   放射導波管には第２の電波の送信又は受信用の放射スロ
   ットを設けたことを特徴とする導波管型平面アンテナ。
2. （２）第１及び第２の給電導波管と、当該第１の給電導
   波管から給電される複数の放射導波管からなる第１放射
   グループと、当該第２の給電導波管から給電される複数
   の放射導波管からなる第２放射グループとからなり、当
   該第１放射グループの放射導波管には、第１の電波の送
   信又は受信用の放射スロットを設け、当該第２放射グル
   ープの放射導波管には第２の電波の送信又は受信用の放
   射スロットを設けてあり、第１放射グループ及び第２放
   射グループの放射導波管の放射スロットの面を実質的に
   同一面に配置したことを特徴とする導波管型平面アンテ
   ナ。