JPH02164108A

JPH02164108A - 平面アンテナ

Info

Publication number: JPH02164108A
Application number: JP63318547A
Authority: JP
Inventors: Makoto Ando; 真安藤; Naohisa Goto; 尚久後藤
Original assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Current assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 1988-12-19
Filing date: 1988-12-19
Publication date: 1990-06-25

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、例えば放送受信用アンテナ、衛星通信用ア
ンテナ等として好適に使用される、高能率で且つ低損失
のラジアルラインスロットアンテナに関する。

［従来の技術］従来の平面アンテナの１つであるラジアルラインスロッ
トアンテナとしては、例えば第６図で示すよう構造が知
られている。

すなわち、このアンテナは互いに所定の間隔を設定して
平行に配置されるようにした円形の第１乃至第３の導体
板１１．１２．１３を備える。この導体板１１〜１３は
、それぞれ上部、中部および下部の導体板を構成するよ
うになるもので、上部および下部の導体板を構成する第
１の導体板１１と第３の導体板１３とは、１８０＠Ｅベ
ンド１４により電気的に接続されており、第１乃至第３
の導体板１１−１３および１８０”Ｅベンド１４によっ
て、２層構造とされるように上部導波路１５および下部
導波路１６が設定されている。ここで、上記２層の導波
路１５および１６を形成する第１乃至第３の導体板ｔｔ
−ｔａは、それぞれ導波路１５および１Ｂに空気あるい
は低損失材料を設置することにより支持される。

上記第３の導体板１３の中央部分には、給電用開口が形
成され、この開口部に同軸線路１７が接続される。そし
て、この同軸線路１７から給電された電波は、同軸導波
管変換器１８で円形導波管軸対称モードに変換され、下
部の導波路１６内をその中央部から周辺部に向けて伝搬
されるようになる。このようにして周辺部に伝搬された
到達した電波は、１８０’Ｅペンド１４により下部導波
路１Ｂから上部導波路１５に固り込むようになり、上部
導波路１５を周辺部から中央部に向けて伝搬し、その中
央部に設置した電波吸収体１９に到達する。

このように電波が伝搬されるようになる上部導波路１５
を形成する第１の導体板１１には、第６図（Ａ）で示さ
れるように電力放射用開口として多数のスロット２０１
．２０２　、・・・が形成されているもので、上部導波
路１５を伝搬する電波の電力の一部が、その伝搬に際し
てスロット２０１　、２０２　、・・・それぞれから放
射される。

上記スロット２０１　、２０２　、・・・は、それぞれ
直角の関係に設定された２個がそれぞれペア２１１゜２
１２、・・・を構成するようになるもので、各スロット
ペア２１１　、２１２　、・・・はそれぞれのアンテナ
の所望偏波である円偏波あるいは直線偏波を放射するよ
うになっている。そして、この各スロットペア２１１　
、２１２　、・・・が同位相の電波を放射するために、
スロットペア配置ライン２２は、円偏波の場合は図のよ
うにスパイラル状に形成されるようにし、また直線偏波
の場合は同心円状とされるようにする。

いずれの場合も、半径方向のスロットペアの配置間隔は
、導波路内の管内波長λｇの１波長分の長さとなる。

アレイアンテナでは、素子の間隔が自由空間波長以上と
なると、横方向にグレーティングローブが発生し、アン
テナ利得が著しく劣化する。このグレーティングローブ
を抑制するためには、上部導波路１５内に遅波回路２３
を設定し、管内波長を自由空間波長よりも短くするよう
にしている。また周方向の間隔は、導波管内部界の軸対
称性を保つために、より密（約０．５波長程度）に設定
している。そして放射されることなく上部導波路１５内
を伝搬し中央部まで到達した電波は、電波吸収体１７に
吸収される。

第７図は従来のラジアルラインスロットアンテナの他の
例を示すもので、第１の導体板ｉｔと第３の導体板１３
とを平行に配置して１層の導波路２４が形成されるよう
にする。上記導体板ｌｌと１３とは導体リンク２５によ
り電気的に接続され、このリンク２５の内側には電波吸
収体２Ｂが設定される。ここで、上記導体板１１および
１３は、空気あるいは低損失材料を導波路２４に設置す
ることにより支持されている。そして、同軸線路１７に
給電された電波は、同軸導波管変換器１８で円形導波管
軸対称モードに変換し、導波路２４の中央部から周辺部
に伝搬されるようにする。ここで、上記導体板１１には
、第６図（Ａ）に示されたと同様に動作するスロットが
形成されている。

このようなラジアルラインスロットアンテナにあって、
その能率を高くするためには、以下に示ずａ）およびｂ
）の２点の条件を満足する必要がある。

ａ）電力放射面である上部導体板ｌｌ上での電界分布、
すな−わち開口分布が一様に設定される。

ｂ）電波吸収体１９および２Ｂにおける吸収損失を低減
する。

上記スロット開口分布は、電力放射面の中心からの距離
ρに対して、ｅｘｐ　　（α・ρ）／Ｅ「で表現される。ここでαは結合係数である。

上記の条件ａ）を満足するためには、結合係数αを中心
からの距離ρの関数として場所によって変化させる必要
がある。

しかしながら、この結合係数αは上部導波路１５の厚さ
、スロット２０１．２０２　、・・・の長さ、さらにス
ロットベア２１１．２１２　、・・・の間隔によって決
定される。

従来におけるこの種のアンテナの設計では、これら開口
面上の全ての場所において一定とされるように設計して
いるものであり、したがって上記ａ）およびｂ）の条件
を完全に満足させることができず、理論的にも効率の上
限が８０％程度であり、実験的にも７０％程度となって
いた。

一方、スロットの径方向の間隔を調整して電波の放射量
を制御することも考えられている。しかし、実際にスロ
ットベアの間隔が狭すぎると、スロット同士がぶつかり
、また逆に広すぎるとグレーティングローブが発生する
ようになり、設計が非常に困難となり、実現されていな
い。

また、ラジアルラインスロットアンテナでは、上部導波
路１５の内部電磁界が軸対称であることが要求される。

このためには、周方向のスロット間隔をある程度（実験
的には半波長以下）にする必要があるため、周方向間隔
を積極的に変化させる自由度は少ない。したがって、ス
ロット間隔はできるだけ一様に設定した状態で、−様開
口分布の条件ａ）と、低吸収損失の条件ｂ）とが満足さ
れるようにしていた。

また第７図で示されたアンテナでは、中央部から給電し
ているものであり、円筒波の性質上中央部では電波の振
幅が大きい。このため結合係数αを一定にすると、電波
はほとんど中央部で放射され、導波管周辺部まで電波が
到達しない。したがって、スロットペア密度を変化させ
たとしても、上記スロット開口分布を一様にする設計は
一層困難となる。

［発明が解決しようとする課題］すなわち、従来のこの種のアンテナにあっては、電波を
放射する開口を一様に設定する状態で効率良く電波が放
射できない。

この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、ス１
０ット分布を一様な状態から大きく変化させることなく
、電波吸収体での損失が確実に低減できるようにすると
共に、機械的な強度も容易に向上させることができるよ
うにするラジアルラインスロットアンテナ等の平面アン
テナを提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］この発明に係る平面アンテナにあっては、円形の導体板
によって導波路を形成し、この導波路の電力放射面側に
設定される導体板に電波放射用の多数の開口が形成され
るようにするもので、上記導波路の厚さが、その中心か
らの半径の関数に設定されるようにしている。

［作用］上記のように構成される平面アンテナにおいては、上記
導体板に形成される開口でなるスロットの結合量は、導
波路の各部分毎に制御できるようになり、したがってス
ロット配置をほぼ一様な状態とした場合においても、開
口分布を一様としたままで電波吸収体での損失を最少限
にすることが可能となり、アンテナの効率向上が効果的
に図れる。

［実施例］以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

第１図は導波路を２層構造とした場合の例を示すもので
、それぞれ円形状の上部の第１の導体板３１．中部の第
２の導体板３２、および下部の第２の導体板３３を備え
、この第１乃至第３の導体板３１〜３３は平行な状態で
且つ相互に間隔が設定される状態で配置される。そして
、上記第１の導体板３１と第３の導体板３３とは、１８
０”　Ｅベンド３４によって電気的に接続され、第１の
導体板３１と第２の導体板３２との間、および第２の導
体板３２と第３の導体板３３との間に、それぞれ第１お
よび第２の導波路３５および３６が形成される。上記第
１の導波路３５内は、全て比誘電率が３〜２．５程度の
発泡誘電体３７により充填されているので、上記導体板
３１〜３３は上記発泡誘電体３７により支持されるよう
になっている。

ここで、上記第２の導体板３２は、中央部で肉厚となり
、周辺部で肉薄となるように円錐体により構成され、第
１の導波路３５はその厚さが周辺部から中央部に向けて
順次薄くなるように形成される。

このように構成されるアンテナ本体部に対して、同軸線
路３８から電波が給電されるもので、この給電された電
波は同軸導波管変換器３９で円形導波管軸対称モードに
変換され、下層の第２の導波路３Ｂの中央部分から周辺
部に向けて伝搬されるよ′うにする。

上部の第１の導体板３１には、第１図（Ａ）で示される
ように電力放射用開口として多数のスロワ）４０１　、
４０２　、・・・が形成され、電力が第１の導波路３５
を伝搬するとき、その一部が各スロット４０１．４０２
、・・・から外部に向けて放射されるようになる。

ここで、上記各スロット４０１．４０２　、・・・は、
それぞれ２個を一組としてスロットペア４１１．４１２
、・・・が形成されるようになるものであり、この各ス
ロットペア４１１　、４１２　、・・・をそれぞれ構成
する２個のスロットは、互いに直角の方向を向くように
配置される。

この各スロットペア４０１　、４Ｇ２　、・・・は、円
偏波あるいは直線偏波を放射するように配置されるもの
で、各スロットペア４１１．４１２　、・・・で同位相
の電波を放射するために、円偏波の場合は図のようにス
パイラル状のスロット配置ライン４２が設定される。ま
た直線偏波の場合は、スロット配置ラインは同心円状と
される。このいずれの場合も、半径方向のスロットペア
配置間隔は、管内波長λｇの１波長分の長さとされる。

このように構成されると上部の第１の導波路３５は、中
心に近づくにつれて薄くなるものであり、したがって、
電波のスロット結合が強くなって、中心付近ではほとん
ど電波が放射される。この中心部には電波吸収体４３が
設定されるものであるが、この吸収体４３に吸収される
電力は小さくなり、アンテナ効率が上昇し、その特性が
向上されることになる。また、中央部分で第２の導体板
３２が円錐状とされて肉厚となっているものであるため
、構造的にもこれを平板状とした場合に比較して、機械
的な強度が高くなる。

第２図は他の実施例を示すもので、この実施例にあって
は第２の導体板３２が周辺部で下がる傘型に構成され、
上部の第１の導波路３５の厚さを中央部で薄くなるよう
にしている。そして、遅波回路４４には空気と誘電体と
を組合わせた積層遅波回路が用いられている。

尚、この実施例において第１図と同一構成部分は同一符
号を付してその詳細な説明は省略する。

上記遅波回路としては、必ずしも発泡誘電体を使用する
ことはなく、この実施例で示されるように積層遅波回路
を使用するようにしてもよい。但し、この場合管厚によ
らず、管内波長を一定にする必要があり、設計さらに構
造共に複雑化する。

この実施例に示されるように構成すると、第２の導体板
３２はプレス加工により簡単に製作することができ、こ
れにより前記実施例で示したと同様に効果が期待できる
。

第３図に示す実施例にあっては、第２の導体板３２は円
板状の本体３２１の表面に円板を円錐状に加工した導体
円錐３２２を電気的に接触するように配置して構成され
ている。

すなわち、これまでの実施例にあっては、第１の導波路
３５はその中央部から周辺部に向けて全体的に厚さが変
化するように構成したが、この実施例のように電波吸収
体４３に近い中央部付近のみ、その厚さが薄くされるよ
うにしてもよい。この実施例のように構成することによ
り、第２の導体板３２の部分が前実施例と同様にプレス
加工で製作することができるようになる。

これまでの実施例では導波路が第１および第２の導波路
３５および３６からなる２層構造とした例を示したが、
第４図で示すように導波路を１層構造としてもよい。

すなわち、このアンテナにあっては、第１図の（Ａ）で
示されるようなスロット構造が形成される第１の導体板
３１と第２の導体板３２とを平行に設定し、その外周部
を導体リング４５により接続して、１層の導波路３５が
形成されるようにしている。そして、この導波路３５の
中央部分に同軸線路３８を接続し、中央部から電力が供
給されるようにしている。上記導体リング４５の内側に
は、電波吸収体４３が設定される。

この実施例にあっては、第２の導体板３２が中央部で肉
薄に、周辺部で肉厚に形成されているもので、導波炉３
５の厚さは周辺部で薄くなるように構成されている。そ
して、この導波路３５の内部には、空気あるいは低損失
材料を設置している。

同軸線路３８から給電された電波は、同軸導波管変換器
３９で円形導波管軸対称モードに変換され、導波路３５
の中心部分から周辺部に向かって伝搬される。この電波
伝搬に際して、導波路３５の中央部が厚くなっているた
めスロット結合量は小さく、中央部分での電波放射量は
あまり大きくない。したがって、電波は導波路３５の周
辺部に向かって伝搬され、第１の導体板３１に形成され
たスロットの密度が一定であっても、開口分布を一様な
状態とすることができる。

上記実施例では第２の導体板３２の断面形状を、中央部
で薄くなる状態としたが、第５図で示すように第２の導
体板３５をプレス加工によって成型したものを使用する
ようにしてもよい。このようにすれば、このアンテナの
非常に簡単に製作できるようになる。

尚、この発明は上記実施例に示した例のみに限定される
ものではなく、導波管給電の平面アンテナに対して一般
的に応用できるものであり、例えば３層以上の多層構造
のアンテナを構成することもできる。また当然開口の分
布状態も実施例で示したものに限らず、例えば直線的に
配列したもの等、任意な開口配列分布が設定できるもの
である。

［発明の効果］以上のようにこの発明によれば、複数の導体板を平行に
設定して２層あるいは１層の導波路を形成するように構
成され、上部に設定される導体板に電力の放射用の多数
のスロットが配列設定されるラジアルラインスロットア
ンテナが構成されるもので、スロットの結合量が導波路
の各部分毎に制御できるようになるものであり、スロッ
ト配置を開口上でほぼ一様とした場合であっても、開口
面分布をほぼ一様にすることができると同時に、電波吸
収体における損失を最少限に抑さえることが可能とされ
る。そして、この種のアンテナの効率を９０％以上の特
性とすることが可能となる。

したがって、効果的にアンテナ効率の向上を図ることが
でき、また機械的な強度を向上させることも可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るラジアルラインスロ
ットアンテナを示すもので（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（
Ａ）図のｂ−ｂ線断面図、第２図乃至第５図はそれぞれ
この発明の他の実施例を説明する断面図、Ｍ６図は従来
のこの種アンテナを示すもので（Ａ）は平面図、（Ｂ）
は（Ａ）図のｂ−ｂ線断面図、第７図は従来のアンテナ
の他の例を示す断面図である。３１・・・第１（上部）の導体板、３２・・・第２（中
部）の導体板、３３・・・第３（下部）の導体板、３４
・・・１８０＠Ｅベンド、３５・・・第１（上部）の導
波路、３６・・・第２（下部）の導波路、３８・・・同
軸線路、３９・・・同軸導波管変換器、４０１．４０２
　、・・・スロット、４１１．４１２、・・・スロット
ベア、４３・・・電波吸収体。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第図第図築図（Ａ）（Ｂ）第図ｒ、？ｊ　７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）周囲が金属壁で囲まれると共に、一方の面に電力
放射用導波面を形成した第１のラジアル導波路と、この第１の導波路に積層された２層構造で形成され、給
電用開口に接続される給電部を備えた第２のラジアル導
波路とを具備し、これらの導波管路を積層して２層構造で形成し、上記第
１のラジアル導波路は、その厚さが半径方向の関数とな
っていることを特徴とする平面アンテナ。
（２）上記第１および第２のラジアル導波路は、それぞ
れ円形状の第１乃至第３の導体板により分離されるよう
に形成され、上記第２のラジアル導波路の中央部に上記
給電部が形成され、第１のラジアル導波路の中央部に電
波吸収体が設定されるよにするものであり、上記第２の
導体板は第１のラジアル導波路に対応する面が、中央部
分で肉厚になるように円錐面を有するように構成した特
許請求の範囲第１項記載の平面アンテナ。
（３）周囲が金属壁によって囲まれると共に、一方の面
に電力放射用導波面を形成したラジアル導波路と、このラジアル導波路に形成された給電用開口に接続され
る給電部とを具備し、上記ラジアル導波路の厚さが、半径方向の関数となって
いることを特徴とする平面アンテナ。
（４）上記ラジアル導波路は、電力放射用導波面が設定
される円形状の第１の導体板と、中央部に給電用開口を
形成した第２の導体板とによって構成されると共に、上
記金属壁の内面に電波吸収体が設定されてなり、上記第
１および第２の導体板の間に形成される上記ラジアル導
波路は、その厚さが中央部分で厚く、周囲に行くにした
がって薄くなるように設定されるようにした特許請求の
範囲第３項記載の平面アンテナ。