JPH0232605A - 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】 皮果上皇■貝立互 本発明はアレイアンテナに関し、特には偏波共用型の平
面アンテナに関する。

ｌ米皇及歪 近年、情報化社会の発展とともに衛星通信、衛星放送等
が盛んになってきた。これらの衛星通信。

衛星放送では１２ＧＨｚ帯の電波が使用され、アンテナ
として利得３０〜４０ｄＢのパラボラアンテナ、平面ア
ンテナ等が実用化され、特に平面アンテナは薄型で設置
が容易であることから脚光を浴びている。

又、衛星通信においては垂直偏波、水平偏波の電波が使
用され、日本の衛星放送では右旋円偏波が、またヨーロ
ッパにおいては、右旋、左旋百円偏波が使用されている
。このような状況下において、１つの平面アンテナで右
旋、左旋百円偏波及び垂直、水平の両直線偏波が受信で
きれば極めて好都合である。

従来の左右両日偏波受信パラボラアンテナを第７図に示
す。図中３１はりフレククを、３２は１次ホーンを、３
３は円偏波直線偏波変換器を、３４は左旋円偏波を受信
するための導波管出力開口を、３５は右旋円偏波を受信
するための導波管出力開口を。

３６は導波管を夫々示している。

上記構造のアンテナでは、衛星から到来する円偏波はリ
フレクタ３１で反射されて１次ホーン３２で受信される
。受信された円偏波は、円偏波直線偏波変換器３３で直
線偏波に変換され導波管３６に導かれる。このとき左旋
円偏波と右旋円偏波では、円偏波直線偏波変換器３３を
通過したあとの直線偏波の電界の方向が異なるという性
質がある。従って開口３４には右旋円偏波の信号は現れ
ずに左旋円偏波のみが出力される。同様に開口３５には
左旋円偏波の信号は現れず右旋円偏波の信号のみ出力さ
れる。

口が　°　しよ゛と　るう しかし従来の百円偏波パラボラ受信アンテナは、リフレ
クタ２４をはじめ、円偏波直線偏波変換器３３及び左旋
円偏波受信のための開口３４．右旋円偏波受信のための
開口３５等を備えねばならず構造が複雑で製作が困難で
あり、また重量が重くなる上、容積としても嵩ぼるとい
う問題があった。更には室外に設置した際、形状的に雨
や雪の影響を受は易く特に雪害を受は易いという欠点が
あった。

本発明はこれらの欠点を除去したアレイアンテナを提供
することを目的とする。

課　を”するための 前記の目的を達成するため本発明では、複数の電波受信
素子をアレイ状に配列し、この配列された電波受信素子
に夫々異なる偏波信号を導出するための第１．第２の給
電点を設け、各給電点における信号を夫々合成する電力
合成器を設け、各電力合成器の出力が入力され３ｄＢハ
イブリツドカプラのように各入力信号の偏波面に対応す
る異なった偏波信号を形成して各出力端子に導出する電
力合成器を設けてアレイアンテナを構成する。

作−里 ３ｄＢハイブリツドカプラ等の異なる偏波信号を出力す
る端子を備えた電力合成器では、２つの入力端子に等振
幅で且つ互いに９０°位相の異なる信号が入力すると、
一方の出力端子は信号が互いに打ち消し合ってアイソレ
ーション端子となり、もう一方の出力端子では信号が互
いに強め合って出力される。即ち２つの入力端子に加え
られる信号の位相関係で信号の現われる出力端子が異な
る。

ところで、直交する２つの直線偏波アンテナ若くは、２
つの給電点をもつ円偏波マイクロストリップアンテナで
円偏波を受信した場合、２つの直線偏波アンテナのそれ
ぞれの給電点、若くはマイクロストリップアンテナの２
つの給電点には、同振幅で互いに９０°位相のずれた信
号が現れ、偏波の旋回方向によって、２つの給電点に現
れる信号の位相関係が異なる。即ち本発明によれば同一
偏波方向の電波を受信するアンテナの出力信号を主ビー
ム方向で同位相となるように、電力合成器で合成し、電
力合成器の出力信号を３ｄＢハイブリツドカプラ等の電
力合成器に入力することにより、電力合成器の２つの出
力端子からそれぞれ左右百円偏波が同時に且つ分離して
取り出し得る。このようなアレイアンテナでは、衛星放
送受信アンテナ等を薄型な構造とすることができる。

叉」Ｌ勇 以下本発明の一実施例を図面を用いて具体的に説明する
。第１図は本発明の一実施例を示す図である。

衛星放送等ではアンテナ素子を５００素子程度配列した
大面積のアレイとして実用に供されるが、発明の要旨は
変わらないので理解を容易にするため本実施例では４素
子アレイの場合を挙げて説明する。

第１図において、マイクロストリップアンテナである電
波受信素子を形成するほぼ正方形の導体パターン１８〜
１ｄは第１の誘電体基板２の一方の主表面に設けられて
いる。前記誘電体基板２の他方の表面には第１の地導体
板３．第２の誘電体基板４、第３の誘電体基板５．第２
の地導体板６及び第４の誘電体基板７が順次積層されて
いる。前記第１の誘電体基板２上に設けられた電波受信
素子１ａ〜ｌｄ間は第１の電力合成器の作用をする“Ｈ
”形状の導体パターン８で結合されている。該導体パタ
ーン８と各電波受信素子１８〜１ｄとの結合点は、第１
の直線偏波で受信した信号を導（第１の給電点９ａ〜９
ｄをなし、導体パターン８上には第１の電力合成器の出
力端子１１が設けられている。前記第１の電力合成器に
対して第２の電力合成器を構成するため、各電波受信素
子１ａ〜１ｄには前記第１の給電点９ａ〜９ｄとは９０
°異なる方向の辺に位置する第２の給電点１０ａ〜１０
ｄが設けられている。該第２の給電点１０ａ〜１０ｄは
前記第１の誘電体基板２゜第１の地導体板３及び第２の
誘電体基板４のいずれをも導体ビン、スルーホール等に
よって貫通し、第２の誘電体基板４と第３の誘電体基板
５の境界に設けた第２の電力合成器に接続されている。

前記第２の電力合成器は、第２図に示すように、前記第
２の給電点１０ａ〜１０ｄ間を結合する導体パターン１
４を有し、該導体パターン１４は前記第１の電力合成器
の導体パターン８に対して９０″回転した“Ｈ”形状を
なし、導体パターン１４にも同様に第２の電力合成器の
ための出力端子１２が設けられている。前記第２の電力
合成器出力端子１２は、各誘電体基板に形成した孔１３
を通して第１の誘電体基板２側に露出し、半田付は可能
な構造に設けられている。尚第２図では各導体パターン
の位置関係を明確にするため、第１の誘電体基板２の表
面の導体パターンを破線で示している。

第３図は本実施例のアレイアンテナを第４の誘電体基板
７面からみた図であり、誘電体基板７の表面には第３の
電力合成器を形成する導体パターン１５が設けられ、各
誘電体基板を貫通して導出された前記第１の電力合成器
の出力端子１１．及び第２の電力合成器の出力端子１２
に接続されている。

第４の誘電体基板７の同表面には前記第３の電力合成器
のための第１の出力端子１６及び第２の出力端子１７が
設けられている。

上記構成からなるアレイアンテナの電波受信素子１は、
第１の誘電体基板２と第１の地導体板３とともにマイク
ロストリップアンテナを形成する。

また導体パターン８は、第１の誘電体基板２．第１の地
導体板３でマイクロストリップ線路を形成し、マイクロ
ストリップ線路構造のＴ型２分配回路を２つ組み合わせ
た第１の電力合成器を形成する。また導体パターン１４
は、第２の誘電体基板４第３の誘電体基板５．第１の地
導体板３．第２の地導体板６とともにトリプレート線路
を形成し、トリプレート線路構造のＴ型２分配回路を２
つ組み合わせた第２の電力合成器を形成する。更に導体
パターン１５は、第４の誘電体基板７．地導体板６とと
もにマイクロストリップ線路を形成し、マイクロストリ
ップ線路構造の３ｄＢハイブリツドカブラを形成する。

第１図、第２図に示すように導体パターン１ａ〜１ｄが
正方形状のパターンで、且つ第１の給電点９８〜９ｄと
第２の給電点１０ａ〜１０ｄがそれぞれ互いに中心に対
して直交する位置に設けられた構造では、円偏波が到来
した際に第１の給電点９８〜９ｄと第２の給電点１０ａ
〜１０ｄには等振幅で第１の給電点９８〜９ｄと第２の
給電点１０ａ〜１０ｄのそれぞれの位相差が９０″とな
るような信号が出力される。第１の給電点９ａ〜９ｄと
第２の給電点１０ａ〜１０ｄの位相関係は、左旋円偏波
のときには第１の給電点９ａ〜９ｄの信号の位相が第２
の給電点１０ａ−１０ｄに比べて９０°遅れた位相にな
り、右旋円偏波のときには９００進んだ位相になる。第
１の給電点９８〜９ｄ及び第２の給電点１０ａ〜１０ｄ
に出力された信号は、それぞれ第１の電力合成器８．第
２の電力合成器１４でアレイアンテナの主ビーム方向が
所望の方向となるように合成される。例えば給電点９ａ
、　９ｂが同位相、９ｃ、　９ｄが９ａ、　９ｂと１８
０６異なる位相、１０ａ。

１０ｂが同位相、ｌｏｃ、１０ｄが１０ａ、１０ｂと１
８０　”異なる位相で合成されたとき、アンテナの主ビ
ームはアンテナ面に対して垂直な方向に主ビームを有し
、前記とは異なる位相で合成されたときには主ビーム方
向はアンテナ面に対して垂直な方向からチルトする、い
わゆるビームチルト型のアンテナとなる。

出力端子１１．１２に出力された信号は、また第３の電
力合成器の３ｄＢハイブリツドカブラにも導かれる。こ
の時出力端子１１．１２に現れる信号の位相は、右旋円
偏波のときには出力端子１１の信号の位相が出力端子１
２の位相に対して９０°進んだ位相となり、左旋円偏波
のときには９０°遅れた位相となる。第３の電力合成器
の導体パターン１５は３ｄＢハイブリツドカブラである
ので、端子１１がら入力した信号は端子１２から入力し
た信号に比べて、出力端子１６では位相が９０°遅れ、
出力端子１７では位相が９０’進む。その結果右旋円偏
波信号に対しては、出力端子１６では２つの入力信号の
位相が同相となり互いに強め合って信号が出力され、出
力端子１７では位相が１８０°ずれるために互いに打ち
消しあって信号が出力され・ない。又左旋円偏波信号に
対しては、同様に出力端子１６には信号が出力されず、
出力端子１７に信号が出力される。従って右旋左旋百円
偏波が到来したときにそれぞれを分離して同時受信可能
となる。

第４図は本発明の他の実施例を示す図で、直線偏波マイ
クロストリップアンテナ素子を形成する導体パターン１
８ａ〜１８ｄと１９ａ〜１９ｄを同一誘電体基板平面に
別の導体パターンとして配置した場合の実施例であり、
マイクロストリップアンテナ１８ａ〜１８ｄと１９ａ〜
１９ｄでは互いに偏波面が直交するように配置される。

従って本実施例では第２の給電点１０ａ〜１０ｄはマイ
クロストリップアンテナ１９ａ−１９ｄに接続され、導
体パターン１４に接続されている。

本実施例のアンテナで受信した場合、第１の給電点９ａ
〜９ｄ及び第２の給電点１０ａ〜１０ｄには、前記第１
図の実施例と同様の信号が出力されるので第１図の実施
例の場合と同様に左旋右旋百円偏波信号を同時に取り出
すことができる。本実施例の場合２つの直交する偏波面
をもつアンテナが別々のアンテナであるため、アンテナ
配置上の自由度が大きくなる。又給電端子９ａ〜９ｄ、
　１０ａ〜１０ｄのアイソレーションがとれる。

第５図は本発明の第３の実施例であり、第１及び第２の
電力合成器は前記実施例と同様に設けられるが、本実施
例は第３の電力合成器の導体パターン１５と出力端子１
１．１２との間にスイッチ２２．２３を配置して構成す
る。第５図中スイッチ２２．２３から導出された端子２
０．２１は直線偏波出力端子であり、また２４ｄ、２４
ｅ、２５ｄ、２５ｅはスイッチ２２゜２３に設けたバイ
アス端子である。

前記スイッチ２２．２３としては、例えば第６図に示す
ような回路図で表せるＳ　Ｐ　Ｄ　Ｔ　（Ｓｉｎｇｌｅ
　Ｐｏ１ｅＤｏｕｂｌｅ　Ｔｈｒｏ儒）スイッチ（単極
双投スイッチ）をＭｔＣ化した回路が用いられる。同回
路において端子ａを入力端子とし、端子す、ｃを出力端
子とし、端子ｄ、ｅをバイアス端子として、バイアス端
子ｄ、ｅからの制御信号によって、入力端子ａに入力さ
れたマイクロ波信号を端子す又は端子Ｃに切換えて出力
する。

第５図において、本実施例では第１の電力合成器出力端
子１１．第２の電力合成器出力端子１２に導かれた信号
は、スイッチ２２．２３に入力される。スイッチ２２．
２３はバイアス端子２４ｄ、２４ｅ、２５ｄ。

２５ｅに加えられる制御信号によってマイクロ波信号を
、端子２０又は第３の電力合成器の導体パターン１５の
入力端、及び端子２１又は第３の電力合成器の導体パタ
ーン１５の入力端に選択して出力する。

端子２０．２１に信号が出力されるときは、２つの直交
する直線偏波信号が出力される。又スイッチ２２゜２３
の両方から第３の電力合成器の導体パターン１５に信号
が入力されるときは端子１６．１７から左右百円偏波信
号が分離して出力される。

尚前記スイッチ２２．２３は雑音指数改善の為に低雑音
増幅器を含む構成であっても良い。又スイッチ２２．２
３の代りにウィルキンソン型電力分配器を配置すれば利
得が３ｄＢ低下するが、制御信号を必要としない構成で
２つの直交する直線偏波信号。

及び左右百円偏波信号を分離して出力できるため、本実
施例のアンテナは通信衛星、放送衛星に向ける際の角度
調整を行うだけで両方の衛星からの信号をすべて受信で
きることになる。

尚本発明は実施例に限定されず種々の型をとり得る。例
えば、アンテナ素子としてグイボール。

スロット等を用いてもよく、又電力合成器等を導波管又
は同軸線路を用いて立体的に構成することも可能である
。又第３の電力合成器として、３ｄＢ方向方向性器、ラ
ットレース回路等に位相調整線路を組み合わせて構成す
ることもできる。

１皿立殖来 以上説明したように本発明によれば、平面状態の極めて
簡単な構成で右旋左旋百円偏波及び直交する直線偏波の
いずれをも受信できる高利得で適用範囲の広いアンテナ
を構成することができる。

しかもアンテナ素子を並べて配置したアレイアンテナと
し、且つ平面アンテナとすることができるため設置や取
り扱いが容易となり、その実用効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、第２図は同実
施例の第２の電力合成器の導体パターンを示す平面図、
第３図は同実施例の裏側平面図、第４図は本発明の第２
の実施例を示す平面図、第５図は本発明の第３の実施例
を示す平面図、第６図は同実施例に適用する５ＰＤＴス
イツチの回路図、第７図は従来装置の斜視図である。 １ａ＝ｌｄ・・・電波受信素子、２・・第１の誘電体基
板。 ３・・・第１の地導体板、４・・・第２の誘電体基板。 ５・・・第３の誘電体基板、６・・・第２の地導体板。 ７・・・第４の誘電体基板。 ８−・・第１の電力合成器の導体パターン。 ９ａ〜９ｄ・・・第１の給電点。 １０　ａ　〜１０　ｄ−第２の給電点。 １１・・・第１の電力合成器の出力端子。 １２−・・第２の電力合成器の出力端子。 １３・・・孔。 １４・・・第２の電力合成器の導体パターン。 １５・・−第３の電力合成器の導体パターン。 １６・・・第３の電力合成器の第１の出力端子。 １７−・−第３の電力合成器の第２の出力端子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）誘電体表面に形成した複数の電波受信素子と、前
   記電波受信素子で受信した第１の偏波信号を導出する第
   １の給電点と、前記電波受信素子で受信した異なる第２
   の偏波信号を導出する第２の給電点と、前記第１、第２
   の各給電点の合成出力が入力として与えられ該入力信号
   の位相関係に対応して異なる偏波信号を導出するための
   ２つ以上の出力端子を備えた電力合成器とを備えたこと
   を特徴とするアレイアンテナ。