JPH027703A - 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】 ｌ果上■剋■分団 本発明は衛星放送、衛星通信、移動体通信用等のマイク
ロ波帯に使用する平面アンテナに関する。

従来の技術 数年前から衛星放送が我国で実施され、又ヨーロッパ等
でも衛星放送サービスが予定されている。

衛星放送では、円偏波のマイクロ波が使用され、我国で
は右旋円偏波が使用されており、ヨーロッパでは右旋左
旋百円偏波が使用される。このようなマイクロ波帯にお
ける受信アンテナとしては、パラボラアンテナ、平面ア
ンテナ等がよく知られている。中でも平面アンテナは、
■薄型、平板状であり、取付が容易である、■耐風圧、
耐積雪性が良好である、等の理由によりマイクロストリ
ップバッチアンテナアレイ、マイクロストリップライン
アンテナ、サスペンデッドライン給電アンテナ、トリプ
レート型アンテナ、ラジアルラインスロットアンテナ等
、種々のアンテナが開発されてきた。

従来のアンテナの例を第１０図（ａ、）〜（ｄＺ）に示
す。

第１０図（ａ＝）（ａ２）はマイクロストリップアンテ
ナを放射素子として利用したアンテナの例で、アレイの
一部を平面図（ａｌ）と断面図（ａ２）によって示して
いる。同図中、１５は電波放射素子となる導体を、１６
は導体１５を支持する誘電体基板を、１７は誘電体基板
１６の他方の面に被着したアース導体を、１８は導体１
５に接続した給電線導体パターンを示す。前記導体１５
とアース導体１７は、マイクロストリップ型の不平衡型
共振回路を構成し、円偏波アンテナとして動作する。導
体１５へのマイクロ波の給電は、導体１５と同一面上に
形成した給電線導体パターン１８が、アース導体１７と
ともにマイクロストリップ線路を構成する。

第１０図（ｂｌ）　（ｂｔ）はマイクロストリップアン
テナをアンテナ素子とする他の従来例で、同図中１９は
電波放射素子となる導体を、２０は誘電体基板を、２１
は電波放射素子１９が対向する部分を掘って空胴２１ａ
を形成した導体板を、２２はアース導体を、２３は給電
線導体パターンを示す。この従来例の場合誘電体基板２
０に被着したアース導体２２は、導体１９が対向する部
分を除去した形状をなし、この導体１９は導体板２１を
接地導体とするマイクロストリップアンテナとして動作
する。この構造では、空胴２１ａによって不平衡型共振
回路の等価比誘電率が１に近くなることから共振回路内
部に集中する電磁界の割合が小さくなり、外部へ放射さ
れる電磁界の割合が大きくなる。このためアンテナ素子
の放射効率がよ（なる。又このアンテナへの給電は第１
０図（ａ、）と同様、導体１９と同一面上に形成した給
電線導体パターン２３がアース導体２２とマイクロスト
リップ線路を形成しこれにより給電される。

第１０図（ｃｌ）（ｃｚ）は、給電線にサスペンデッド
ラインを用いた、導波管ホーンアンテナをアンテナ素子
とする平面アンテナの従来例である。同図中、２４は導
波管の励振プローブを、２５はサスペンデッド線路の中
心導体を、２６は導波管ホーン２６ａを形成するための
導体板を、２７は誘電体基板を、２８は導波管及び導波
管のショート面を形成するための導体板を示す。中心導
体２５は、前記導体板２６又は導体板２８に設けた溝２
６ｂ又は２８ｂの中を通り、導体板２６、導体板２８、
誘電体基板２７と共にサスペンデッド線路を形成する。

サスペンデッド線路を伝搬してきたマイクロ波は、励振
プローブ２４に導かれる。励振プローブ２４は、導かれ
たマイクロ波を導体板２６．２８で形成される空胴２６
ａ、　２８ａに導波管モードとして励振する。導体板２
８の空胴２８ａの底面は導波管のショート面となるので
、導体板２６の導波管開口面からマイクロ波が放射する
。

第１０図（ｄｌ）、（ｄｔ）はトリプレート型の線路で
給電し、電波放射素子に電磁結合を利用して給電するア
ンテナの従来例を示したものである。同図中、２９は電
波放射素子を、３０は上側のアース導体を、３１は誘電
体スペーサを、３２は給電線導体パターンを、３３は誘
電体スペーサを、３４は下面のアース導体板を示す。給
電線導体パターン３２は誘電体スペーサ３１，３３．ア
ース導体板３０．３４とともにトリプレート線路を構成
し、マイクロ波を伝搬させる。給電線導体パターン３２
を伝搬して来たマイクロ波は、電波放射素子２９の下部
で電波放射素子２９と電磁結合して電波放射素子２９を
励振する。励振された電波放射素子２９は外部にマイク
ロ波を放射する。

発明が解決しようとする問題点 前述のような従来の平面アンテナはまだ数々の問題点を
抱えている。即ち第１０図（ａ＋）＋　（ｂｌ）のアン
テナでは、給電線路がマイクロストリップ線路であるた
め、線路からのマイクロ波の放射による放射損失があっ
て高利得、高効率なアンテナを実現することが難しい。

又線路損失を低減するために低誘電率、低誘電損失特性
をもつ高価な基板を使用しなければならなかった。

第１Ｏ図（ｃｌ）のアンテナでは、励振プローブ２４と
導波管のショート面までの距離２をλｇ／４（λｇは管
内波長）程度に設計しなければならず、又導波管励振モ
ードのマイクロ波信号を開口面から効率よく外部に放射
させるには導体板２６の厚さをある程度厚くせねばなら
ず、このためアンテナが大きくなると共に重量が重くな
るという欠点を有していた。

第１０図（ｄｌ）のアンテナでは誘電体３１を必要とす
るだけでなく、電波放射素子２９と給電線導体パターン
３２のパターンは両方とも精度が要求され、エツチング
やプリント技術を応用したパターンを電波放射素子２９
と給電線導体パターン３２に採用しなければならず、コ
ストアップの要因になっていた。

本発明はこのような問題点を解決して薄型で高効率な平
面アンテナを提供することを目的とする。

山題巾を”するための　戸 本発明では、空胴を有する２つの導体板の間に電波放射
素子及び給電線路を形成した誘電体基板を挟み込んでア
ンテナ素子を構成している。

電波放射素子の給電線路が挿通ずる部分の導体板に孔を
開けた構造とすることよりアンテナ素子はサスペンデッ
ド線路を形成し、電波放射素子を支持する誘電体基板の
重ね方によって右旋、左旋円偏波のいずれの送受信にも
対応し得るアンテナ構成となる。

作−且 本発明の構成では、アース導体と、この上に配置した導
体板に設けた２つの空胴と、この空胴中にあって導体板
間に挟まれた誘電体基板上に設けられた電波放射素子と
なる導体パターンとでマイクロストリップアンテナと同
じ形態の共振回路を形成し、アンテナ素子として動作さ
せる。この構造ではマイクロストリップ共振回路の等値
化誘電率が１に近いため、第１０図（ｂｌ）の従来例の
場合と同様高効率なアンテナ素子となる。又、更に空胴
を形成した導体板に溝を形成し溝をおおうように導体板
を配置し誘電体基板上に中心導体パターンを設けてサス
ペンデッド線路を形成する。電波放射素子及び給電線路
を円偏波放射素子とする構造では、同一部品でありなが
ら位置関係を変えることによって右旋、左旋円偏波の一
方を送受信することができる。

皇−立−■ 第１図は本発明の一実施例を示す図で、１は電波放射素
子として動作する導体パターンを、２はアース導体とし
て働く第３導体板を、３はプレス技術等により形成した
空胴３ａ及び同様の技術により形成した溝３ｂを有する
第１導体板を、４は誘電体基板を、５は第１導体板３と
同様に空胴５ａを加工した第２導体板を、６は空胴６ａ
にあたる部分がプレス技術等により穴あけされた第４導
体板を、７はサスペンデッド線路の中心導体となる導体
パターンを示す。第１及び第２導体板３．５としては金
属、メタライズドプラスチック等種々の材料が採用可能
である。又第１導体板３と第３導体板２、及び第２導体
板５と第４導体板６は、それぞれ−体で形成されていて
も良い。誘電体基板４は、１５〜２００μｍ程度の薄い
基板から成るフィルム状の誘電体シートであっても良い
。又第１導体板３は、使用波長をλとすると不要モード
の励振を抑制するために約λ／１６以下の寸法に選ばれ
る。第２導体板５はサスペンデッド線路を構成する場合
第１導体板３と同一の厚さとする。

前述のような寸法が選ばれた時、第２図（ａ）に示すよ
うに第１導体板３と第２導体板５を夫々の空胴３ａ、５
ａが一致するように重ねて導体パターン１が前記空胴の
中央付近にくるように誘電体基板４を挟み込んで固定す
る。この状態で導体パターン１と第３導体板２と第１導
体板３と第２導体板５はマイクロストリップ型の共振回
路を形成する。

従って導体パターン１の形状及び寸法は第１０図（ａ＋
）、　（ｂ＋）に示した従来のアンテナと同様の手法に
より設計する。但し導体板３．５の空胴３ａ、５ａの大
きさが導体パターン１の大きさに近づいてくると、導体
パターンｌと導体板３．５との間で生ずる電界により分
布容量が増えるというマイクロストリップ共振回路の縁
端効果の影響が大きくでてくるため電波放射素子の共振
周波数が低くなる。しかしながら実験によれば、１２Ｇ
Ｈ２帯の周波数において導体板３．５の厚みが１ｍｍ、
導体パターン１が直径１３．２ｍｍの円形パターンのと
き、直径２０ｍｍの円形空胴では従来のマイクロストリ
ップアンテナとほぼ同様のアンテナ特性を有することを
確認している。

このとき導体パターン１の下面とアース導体となる第３
導体板２の間は薄い誘電体基板４が存在するのみであり
、大部分は空気層となる。従って等値化誘電率は１に近
く、誘電体基板４の材質、厚み等に対する変化はごくわ
ずかとなり、誘電体基板４としては安価な量産に適した
材質を選択することができる。又、等値化誘電率が１に
近いため電波の放射効率は９０％以上の高効率とするこ
とができる。

上記アンテナ構造において、導体パターン１の形状はマ
イクロストリップアンテナと同様種々の形状を用途に応
じて採用し得る。第３図（ａ）〜（ｈ）は導体パターン
１の例を図示したもので、（ａ）は方形、（ｂ）は円形
、（Ｃ）は方形パターンの中心に対して直交する辺から
９０”の位相差を設けて給電し円偏波を発生させるため
のパターン、（ｄ）は方形パターンに微少な切り欠きＩ
Ａを設けて円偏波を放射させるパターン、（ｅ）は円形
パターンの中央にスロットＩＢを設けて円偏波を放射さ
せるパターン、げ）は五角形、（（至）は三角形、（ロ
）は隋円形のパターンをそれぞれ示す。ここに示した導
体パターンは一例でありこのほかλｇ／４ショート型、
スタブ装荷型の導体パターンも適用できる。

第２図（ｂ）にサスペンデッドライン給電線路を構成す
る部分の断面図を示す。第２図（ｂ）に示すように誘電
体基板４上に作られた導体パターン７をサスペンデッド
ラインの中心導体としてこの導体パターン７を第１導体
板３と第２導体板５に設けた溝３Ｂ、５ｂの中央に配置
している。このようなサスペンデッド線路は、間に空気
層があるため極めて低損失の伝送線路となる。例えばマ
イクロストリップ線路の場合の線路損失は一般に４〜６
　ｄＢ／ｍであるのに対して、特開昭６２−２３２０９
号によればサスペンデッド線路の損失は約２．５〜３　
ｄＢ／ｍ程度で低い。

第４図（ａ）は導体パターン１として第３図（ｅ）に示
した微少のスロットＩＢをもつ円形パターンを使い、サ
スペンデッド線路を用いた並列給電回路を用いてアレイ
化した実施例を示す図である。第４図（ｂ）に示すよう
に第１導体板３と第２導体板５の２枚の導体板でサスペ
ンデッドラインの溝３ｂ、５ｂとアンテナ素子の空胴３
ａ、５ａを形成できるため、衛星放送受信アンテナのよ
うな大面積のアレイでも組立が容易であり低コストでア
ンテナを構成できる。

第５図（ａ）、　（ｂ）は、第１図実施例における第１
導体板３と第２導体板５を導通させてアースがとれるよ
うに、誘電体基板４の両面に予めアース導体を設けてス
ルーホールでアース導体を接続した実施例を示す。第５
図中、９，１１は誘電体基板４の表示に重ねたアース導
体を示し、１０はスルーホールを示す。アース導体９．
１１のパターンは導体板３，５と同一形状に設計し、前
記アース導体９，１１が設けられた基板４を挟み込むこ
とによって導体板３，５の間は、アース導体９，１１及
びスルーホール１０を通して導通することになる。その
結果、導体板２，３゜５．６がすべて導通しアース導体
として安定に動作し、損失の少い安定したアンテナ特性
を得ることができる。

第６図は本発明を電磁ホーンに適用した実施例を示す断
面図である。第６図中、１２は人力コネクタ、１３は入
力コネクタ１２の先端に取り付けた中心導体ピン、１４
はピン１３を導体板２から絶縁するための誘電体である
。前記・中心導体ピン１３の他端は導体パターン１に接
続されている。本実施例の場合、第２導体板５の厚さを
厚くして導波管を形成する。入力コネクタ１２から人力
されたマイクロ波は中心導体ピン１３を通して導体パタ
ーン１に給電し、導体パターン１はマイクロストリップ
共振回路として第２導体板５の空胴内部に電磁波を励振
し第２導体板５の開口面から外部に向かって電磁波を放
射する。本実施例では第１導体板３がλｇ／４に比べて
薄いため、従来の電磁ホーンに比べて小型になる。しか
も励振源として高効率のマイクロストリップ型の共振回
路を用いているため高効率の電磁ホーンを実現できる。

又マイクロストリップアンテナと比較した場合、ホーン
の開口面の大きさを変えることにより利得を制御できる
ので設計の自由度が増す。又電波放射素子となる導体パ
ターン１として第３図（Ｃ）、　（ｄ）、　（ｅ）に示
すような円偏波放射素子を使用する場合、本実施例の構
成では左旋円偏波、右旋円偏波いずれか一方を選択して
受信できる。

第７図（ａ）、　（ｂ）に、第３図（ｄ）の電波放射素
子導体１で、右旋円偏波或いは左旋円偏波を放射するパ
ターンを示す。電波の放射方向の側から見た時、切欠き
ＩＢの位置により第７図（ａ）のように見えるパターン
が右旋円偏波放射用、第７図（ｂ）のように見えるパタ
ーンが左旋円偏波放射用である。図から分かるように、
第７図（ａ）のパターンを裏返しにすると第７図（ｂ）
のパターンに一致する。従って第８図（ａ）、［有］）
に示すように、第１導体板３、第２導体板５、誘電体基
板４は同一で第３導体板２の重ねる位置を変えることに
よって、第８図（ａ）の場合、図の上の方へ円偏波を放
射し、第８図ら）の場合、図の下の方へ第８図（ａ）の
場合とは逆旋回の円偏波を放射する。この時、誘電体基
板４は薄い材質のものを使用すればアンテナ特性に及ぼ
す影響は非常に小さい。

第９図（ａ）、　（ｂ）にサスペンデッドライン給電を
した時の実施例を示す。この場合第３導体板２と第４導
体板６を入れ換えることにより、第８図の場合と同様の
作用をする。従ってこの実施例によれば全く同一部品を
用いて左旋円偏波アンテナと右旋円偏波アンテナの両方
が製造できるので量産する場合に有効である。又右旋左
旋側円偏波で衛星放送等が行われるような場合、ユーザ
ー自身が第３導体板２や第４導体板６を取付けるように
構成しておくとユーザーが好きな偏波の電波を選択して
受信できるので非常に便利である。

光肌■四来 以上説明したように本発明の平面アンテナによれば入手
容易な材料を用いてコストの安い加工法によって薄型で
ありながら高高率なアンテナを実現できる。又同一部品
を用いて取付けの関係により右旋左旋側円偏波の一方を
選択して受信できる。

従ってマイクロ波帯のアンテナとしてその効果は掻めて
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
施例の断面図、第３図は導体パターンの形状を示す図、
第４図（ａ）、第４図（ｂ）は本発明をアレイ化した実
施例の平面図及び断面図、第５図（ａ）。 第５図（ト））は本発明の他の実施例の平面図及び断面
図、第６図は本発明を電磁ホーンに応用した実施例の側
面図、第７図は円偏波放射素子の特性を説明する為の図
、第８図、第９図は一方の円偏波を選択して受信する時
の断面図、第１０図は従来例を示す図である。 １−導体パターン、２−・導体板。 ３・−・第１導体板、４・−誘電体基板。 ５−第２導体板、６−導体板。 ７−・給電線路の導体パターン。 ８・−給電点、９・−アース導体。 １０〜スルーホール、１１・・・アース導体。 １２−人力コネクタ、１３−・金属ビン。 １４−・誘電体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一方の面に電波放射素子を形成した誘電体薄板と
   、前記電波放射素子の上及び下に位置する導体を取り除
   いて空胴を形成した第１、第２導体板と、接地導体板と
   なる第３導体板とを備え、前記第３導体板上に前記第１
   及び第２導体板を前記各空胴がそれぞれ一致するように
   配置し、且つ前記誘電体薄板を、前記第１導体板と前記
   第２導体板の間に挟み込んだことを特徴とする平面アン
   テナ。