JPH03101507A

JPH03101507A - 平面アンテナ

Info

Publication number: JPH03101507A
Application number: JP23920789A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Kaneko; 洋一金子; Atsushi Minase; 皆瀬　淳; Yoshiichi Wakao; 伊市若生; Naoya Hirohara; 広原　直也
Original assignee: Yagi Antenna Co Ltd
Current assignee: Yagi Antenna Co Ltd
Priority date: 1989-09-14
Filing date: 1989-09-14
Publication date: 1991-04-26

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、給電線路としてストリップ線路を用い、これ
を放射素子と結合させて構成される平面アンテナに関す
る。

［従来の技術］一般に雨足放送受信用の平面アンテナは、微弱なマイク
ロ波信号を受信するために高利得のものが要求されてい
る。しかして、その構造は面積を大きくして多数の放射
素子を平面上に配設し、各放射素子と給電線路とを電磁
結合させるもので、受信合成された衛星からの放送信号
は、低雑音コンバータを経て受信機に導かれる。

従来、上記平面アンテナの給電線路としては軽量小型化
に適したストリップ線路が使用されている。さらにこの
ストリップ線路としては、接地導体と帯状導体からなる
マイクロストリップ線路か、または上下接地導体の間に
帯状導体を配した３導体層からなるトリプレートストリ
ップ線路が使用されている。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、これらストリップ線路を用いた平面アン
テナは、線路損失が大きくなり、また放射素子の面積を
大きくした割には利得が向上せず、開口効率が低下する
という問題があった。

第７図は、プリント板を用いた並列給電方式の１２０Ｈ
ｚ帯衛足放送受信用平面アンテナの利得を異なるサイズ
、すなわち、１０２４素子、５１２素子及び２５６素子
に対して実測した値から平面アンテナの損失要因を解析
し、給電線路の単位長当たりの実効損失を求めたもので
ある。

ストリップ線路の予め直線路で測定した損失は３　ｄ　
Ｂ　／　ｍであり、さらに、給電線路長にあまり依存し
ないアンテナ接続端子での線路変換器の損失やアンテナ
面のカバーによる損失０．４ｄＢを差し引くと、給電線
の途中での放射素子や放射素子周辺の励振用給電線との
電磁結合による放射損の成分として、給電線路実装上付
加される損失が２．０ｄＢ／ｍ程度見出だされる。

また、受信アンテナは便宜上送信アンテナとしても等価
であるため、以下、受信アンテナの損失を送信アンテナ
の損失に置換えて考えてみる。巨視的に見れば、アンテ
ナに信号を送る際、目的の放射素子に達する前に給電線
路が途中で回路素子や放射素子に不要に結合してランダ
ムな位相で放射される信号は、目的の主ビームの方向に
は殆ど合成されず、無効な放射となって消費されてしま
うこととなる。一方、この給電線路途中での不要ｔ５　
ＩＱは、局所的な見方をすれば、各放射素子励振り不均
一にし、この不均一励振によって開口効率・５（低減す
ると解釈することもできる。

給電線と放射素子間あるいは給電線相互での不・Ｉ：・
結合は、放射素子の配列間隔に依存するもので、札もが
、放射素子の間隔はアンテナ指向性と放射効率を損なわ
ないために、設計上的０．９波長量丁にすることが必要
となる。

しかしながら、上記の放射素子間隔で配列され７′−放
射素子を同相励振するには、放射素子間の空間が限られ
ているために相互干渉なしに放射素子：、”８対する給
電線路を配設することは困難であった。

また、給電線路をスｉ・リップ線路で構成した場合、線
路損失は線路のストリップ導体幅にほぼ逆比例１′５の
で、上記の不要結合を避けるためには線路幅ヲ・Ｊ八さ
くしなければならず、幅広で低損失なス（・１１．・ブ
線路を配設することができなかった。

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、給電線での不要結合を生じるこ
となく、小形で開口効率の高い平面アンテナを提供する
ことにある。

［課題を解決するための手段及び作用コすなわち本発明
は、幹線となる第１のストリップ線路と、上記放射素子
を所望の振幅と位相で励振する第２のストリップ線路と
により分割構成したストリップ線路をグランド導体板の
上下に別層に配設し、上記グランド導体板に局所的に設
けた結合スロットにより上記第１及び第２のストリップ
線路を相互に電磁結合するようにしたもので、幹線とな
る第１のストリップ線路が放射素子とは別層に配設でき
るために不要結合を生じることなく放射素子を自由に配
列させることができ、アンテナの開口効率を飛躍的に向
上させることが可能となる。

［実施例コ以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図（ａ）は一実施例の断面構成を示す図、第１図（
ｂ）は同図（ａ）の各層のパターン構成を示す図である
。

同図で最下層となるのは誘電体シート１１上に導体膜１
２を形成して構成されたグランド導体層ＩＯであり、こ
のグランド導体層１０の上に発泡ポリエチＬ・ン等から
なる絶縁体スペーサ１３を介して、誘電体層１５上にス
トリップ線路導体１Ｂを形成して構成された幹線給電線
層１４が支持される。この幹線給電線層１４はストリッ
プラインの形式で構成されるちので、さらにその上部に
は発泡ポリエチレン等二一一二なる絶縁体スペーサ１７
を介して、誘電体シー：・１９上に導体膜２０を形成し
て構成された上部グランド導体層１８が支持される。上
部グランド導体層８の上部には、発泡ポリエチレン等か
らなる絶縁体スペーサ２１を介在して、誘電体シートと
マイクロスト・リップ給電線路２４とマイクロストリッ
プ放’！を素Ｊ′−２５，２６からなる放射素子層２２
が配設される。

ン楳系給電線末端であるストリップ線路導体１６とマイ
クロストリップ給電線路２４とは、共通のグラ／１テ導
体となる−り部グランド導体層１８に設けられた結合ス
ロット２８により電磁結合される。

ストリップ線路導体１Ｂの末端２７は開放端であり、回
路的には定在波を作って結合スロット２８による上記電
磁結合を強める作用をなすものであって、本開放端から
４分の１実効波長離れた、線路上の電流最大点付近に設
けられた結合スロット２８を、主として磁界により励振
する。

マイクロストリップ給電線路２４上には結合スロット２
８から励振電流が誘起され、位相反転２分岐された信号
が隣接したそれぞれの放射素子２５．２６を正しい位相
で励振するようになる。

続く第２図は上記第１図に示したアンテナアレーのパタ
ーン構成を示すものである。ここでは、（４Ｘ４−）１
６素子のアレーパターンを示し、破線で示す幹線系給電
線３０は、Ｔ分岐回路３１を経て２分岐され、さらにＴ
分岐回路３２ａ、　３２ｂ。

３３ａ、　３３ｂ、　３４ａ、　３４ｂを経て結合スロ
ット３５ａ〜３５ｄ、　３６ａ〜３６ｄを同位相で励振
する。これら結合スロット３５ａ　〜３５ｄ　、　３８
ａ　〜Ｈｄは、それぞれマイクロストリップ給電線２７
ａ〜２７ｄ、　２８ａ〜２８ｄに電磁結合されるもので
、伝達される信号は図上段のマイクロストリップ給電線
２７ａ〜２７ｄと図下段のマイクロストリップ給電線２
８ａ〜２８ｄとで２分岐されてそれぞれの進行波方向に
対して１８０”位相の異なる電流が生じるものである。

そして、マイクロストリップ給電線２７ａ〜２７ｄ。

２８ａ〜２８ｄそれぞれの両端には、マイクロストリッ
プ給電線２７ａ　〜２７ｄ、　２８ａ　〜２８ｄに対し
て４５″の角度を有する１８０°対向した一対の切欠き
部を有する円偏波放射素子３９ａ〜３９ｄと４０ａ〜４
０ｄ　、　４１ａ　〜４１ｄと４２ａ　〜４２ｄが配設
される。

円偏波放射素子３９ａ　〜３９ｄと４０ａ〜４０ｄ１４
１ａ〜４１ｄと４２ａ　〜４２ｄはそれぞれ１８０’回
転対称となる位置に配置されているため、アレーアンテ
ナ全体としては上記電流の位相差により全部同相の円偏
波が励振され、アンテナ面の対向する正面方向（図紙面
上方向）に主ビームが形成されることとなる。各放射素
子３９ａ　〜３９ｄ　、　４０ａ　〜４０ｄ　。

４１ａ〜４１ｄ、　４２ａ〜４２ｄに切欠き部を設けて
円偏波を発生させる技術は一般に知られた手段であり、
切欠き部を設けた方向に電流が流れるモードの共振周波
数をこれと直交するモードの周波数より高くして両モー
ドの電流値振幅を等しくし、位相を９０°異ならせるこ
とによって目的を達するものである。この場合、放射素
子を構成するマイクロストリップ導体がグランド導体か
ら離れているほど放射素子のＱ値は小さくなり、広帯域
な円偏波特性が得られることは周知である。

上記第１図及び第２図に示したような構成によれば、結
合スロットを介した放射素子への給電線の線長を短くす
ることができるため、上部グランド導体層と放射素子層
との間隔を大きくして放射素子特性を広帯域化しても、
給電線の放射損失を充分低減することができる。

さらに、幹線系の給電線のストリップ線路は、放射素子
周辺の細かな配線の制約がなく、線路幅を充分に大きく
とって導体損失を低減することができる。

また、結合スロットを介しての両線路のインピーダンス
整合は、幹線系の一端を開放にしたストリップ線路の線
路幅と結合スロットに対する交差位置を適宜設定するこ
とにより、広帯域な変換が可能となる。この際、さらに
放射素子周辺の給電線の特性インピーダンスと線路長及
び幹線の開放端の特性インピーダンスの組合わせを適宜
設定すれば、幹線系の末端の開放端スタブのリアクタン
スの周波数特性が放射素子のリアクタンスの周波数特性
を相殺し、インピーダンス整合と円偏波軸比の双方を広
帯域化することが可能となる。

なお、上記−実施例では放射素子間の給電線の線路長を
最短距離で構成し、比較的高いインピーダンスで結合ス
ロットと電磁結合するようにしたが、該給電線路長を結
合スロットから４分の１実効波長程度と長めに設定し、
インピーダンスを低い値に変換してから結合させるよう
にしてもよい。

このようにする１つの方法として、それぞれの放射素子
を元の給電点と共に反時計方向の４５″回転させ、給電
点を放射素子外周に沿って逆Ｓ字状に配線すればよい。

また、次の第３図は放射素子の他のパターン構成を示す
ものである。

同図で、幹線給電線３５に結合した結合スロット３５上
にマイクロストリップ給電線３７が配される。

このマイクロストリップ給電線３７の両端に放射素子４
９．５０が配設される。これら放射素子４９．５０は、
マイクロストリップ給電線３７を中心として１８０°回
転対称に配設される。その一方の放射素子５０について
述べると、放射素子５０は、円盤状の導体４８の外周に
、互いに直交してそれぞれの直線上にあるフィンが対を
なす長さの異なるフィン導体対４５ａ、　４５ｂ及び４
８ａ、　４８ｂが装荷されるものである。この放射素子
５０の円偏波を発生するメカニズムは上記第１図及び第
２図に示した放射素子と同様であり、短いフィン導体対
４５ａ、　４５ｂの方向に流れる電流モードの共振周波
数を動作周波数より高く、長いフィン導体対４６ａ、　
４６ｂの方向に流れる電流モードの共振周波数を動作周
波数より低くすることによって円偏波を発生する。この
ようなアンテナパターンでは、円盤状導体４８の直径を
小さくすれば給電点から見た入力インビーダンスを所望
の値に低下させることができ、さらに結合スロット３５
からの給電線３７の線路長を、片側４分の１実効波長と
し、インピーダンス整合トランスとして利用することが
できる利点を有する。

このフィン装荷型円盤放射素子４９．５０は以上の特徴
の他にも、放射素子寸法の実験による決定の際、それぞ
れの長さをカットして調節し、直交モードのそれぞれの
共振周波数を個々独立に調整するのが容易であるという
長所を併せ持っている。

次いで本発明の他の実施例を説明する。

第４図（ａ）は他の実施例の断面構成を示す図、第４図
（ｂ）は同図（ａ）の各層のパターン構成を示す図であ
り、基本的な構成は上記第１図に示したものと同様であ
るので、同一部分には同一符号を付してその説明は省略
する。

しかして、上部グランド導体層Ｉ８の上部には、絶縁体
スペーサ２１を介在して、誘電体シートとストリップ給
電線路５４とからなる給電線路層５３が支持される。さ
らにこの給電線路層５３上に、発泡ポリエチレン等から
なる絶縁体スペーサ５２を介して、マイクロストリップ
放射素子５７．５８を形成した第３のグランド導体層５
１が配設される。幹線系給電線末端であるストリップ線
路導体１６とストリップ給電線路５４とは、共通のグラ
ンド導体となる上部グランド導体層１８に設けられた結
合スロット２８により電磁結合される。

結合スロット２８での電磁結合により給電線路層５３の
ストリップ給電線路５４上には結合スロット２８から励
振電流が誘起される。このストリップ給電線路５４はそ
の両端が開放端となっており、ここで両方向に２分岐さ
れた信号は第３のグランド導体層５１のマイクロストリ
ップ放射素子５７．５８を電磁結合により励振するよう
になる。

続く第５図は上記第４図に示した断面構造を有するアン
テナアレーのパターン構成例を示すものである。ストリ
ップ給電線路５４ａ、　５４ｂの両端にはそれぞれＴ分
岐部５５ａ、　５５ｂ、　５６ａ、　５６ｂが設けられ
、それぞれ線路長による位相差給電により、第３のグラ
ンド導体層５１上に設けられた円環スロット型放射素Ｔ
５７ａ　、　５８ａ　、　５７ｂ　、　５８ｂを電磁結
合させ、円偏波を励振させている。この際、放射素子５
７ａ、　５８ａ、　５７ｂ、　５８ｂの下部のストリッ
プ給電線路５４の開放端は幅を広くして静電容量を持た
せ、放射素子５７ａ、　５８ａ、　５７ｂ、　５８ｂの
ス０ット部２８を横切る電流を増して電磁結合させれば
、より短いストリップ線路で結合をとることができる。

上記した円環スロット型放射素子５７ａ、　５８ａ。

５７ｂ、　５８ｂは回転対称であり、線路で作った位相
器で励振するため、比較的広帯域な円偏波軸比を得るこ
とができる。

なお、このような放射素子５７ａ、　５８ａ、　５７ｂ
。

５８ｂの配列平面上においては、上段の放射素子５８ａ
、　５８ｂ、　８１ａ、　Ｂｉｂ列の各間隙に対応して
下段の放射素子５７ａ、　５７ｂ、　６０ａ、　８０ｂ
列が位置するよう配列され、斜めに位置する該上段と下
段の放射素子対を同一スロットにより給電励振するよう
にしたので、特定方向に対する実効配列間隔を半分また
はそれ以上にして、ビームの前記特定方向に対するサイ
ドローブを低減することが可能となる。

次の第６図は上記第４図に示した断面構造をＨするアン
テナアレーの他のパターン構成例を示スものである。こ
こでは、放射素子として切欠は部を有した円環スロット
型円偏波放射素子６５ａ。

８５ｂ、　６６ａ、　６６ｂ、・・・が用いられ、電磁
結合によって１給電で円偏波が励振されるようになる。

さらに、結合スロット２８から放射素子８５ａ、　６５
ｂ。

６６ａ、　６６ｂまでを電磁結合により接続するストリ
ップ線路給電線路８３．６４の線路長が等しく設定され
、円環スロット型円偏波放射素子６５ａ、θ５ｂ。

６６ａ、　６６ｂの切欠は部をそれぞれ互いに９０°ず
つ異なるように配列されているため、円偏波の位相に９
０＠の位相差が付与され、合成されたビームはアンテナ
パターンの正面から上方に２０〜３０″のビームチルト
が与えられる。同方向の放射素子８７ａ、　６７ｂ、　
８８ａ、　６８ｂの対の配列に対して、同様に隣接する
素子が互いに９０″の位相差を有するようにするため、
幹線系の給電線であるストリップ線路８９．７０には、
１８０°の位相差を作る位置にＴ分岐部が挿入される。

また、結合スロット２８の上下の給電線路６９と６３．
６４が結合スロ・ソト２８の中心位置から互いにずらし
た位置に配設しであるため、インピーダンス変換の作用
をも有するものである。

上記第６図に示したような各放射素子６５ａ。

６５ｂ、　６６ａ、　６６ｂ、　６７ａ、　８７ｂ、　
６８ａ、　８８ｂの配置は、個々の円偏波放射素子が楕
円偏波であっても、放射素子全体のアレーとしては円偏
波に改善され、円偏波の特性の良否を示す軸比で１０％
程度の比帯域にわたって良好な値となる。

なお、上記−実施例及び他の実施例においては、放射素
子として数種類のマイクロストリップ放射素ｆや円環状
のスロット放射素子を用いたが、これらに限るものでは
なく、他にも線状やバッチからなる任意の形状のマイク
ロストリップ放射素子や、それらの導体部をスロットに
置換えた、いわゆるコンプリメンタリスロット化したも
のであってもよい。

また、結合スロットとストリップ線路あるいはマイクロ
ストリップ線路を直交させるだけでなく、これらを交互
に斜めに交差させれば、放射素子の任意の配列に対する
給電線路の設計がより容易となり、所望の位相での励振
が可能となる。

さらに、放射素子の給電線は位相反転励振型の２分岐回
路であったが、幹線系線路と同一端を開放端として結合
スロットと電磁結合させ、通常のＴ分岐回路を用い同相
で２分岐させたり、これらと前者との組合わせを用いる
ようにしてもよい。

そして、上記−実施例及び他の実施例の構成を応用すれ
ば、大面積の平面アンテナ等で幹線系の給電線をさらに
多層化し、最初の４分岐の配線をたすきかけに配線して
線路長を約１／Ｊ２程度短縮させ、その分の線路損失を
低減させることが可能となる。

Ｅ発明の効果コ以上詳記した如く本発明によれば、幹線となる第１のス
トリップ線路と、上記放射素子を所望の振幅と位相で励
振する第２のストリップ線路とにより分割構成したスト
リップ線路をグランド導体板の上下に別層に配設し、上
記グランド導体板に局所的に設けた結合スロットにより
上記第１及び第２のストリップ線路を相互に電磁結合す
るようにしたので、幹線となる第１のストリップ線路が
放射素子とは別層に配設できるために不要結合を生じる
ことなく放射素子を自由に配列させることができ、開口
効率を飛躍的に向上させることが可能となる平面アンテ
ナを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は一実施例の積層構造を示す断面図、第１
図（ｂ）は同図（ａ）の主要構成層の配線パターンを示
す斜視図、第２図は第１図の放射素子及び給電線路の配
線パターンを示す平面図、第３図は放射素子の他の構成
を例示する平面図、第４図（ａ）は他の実施例の積層構
造を示す断面図、第４図（ｂ）は同図（ａ）の主要構成
層の配線パターンを示す斜視図、第５図及び第６図は第
４図の放射素子及び給電線路の配線パターンを例示する
平面図、第７図は従来の平面アンテナの損失解析特性を
示す図である。１１、１９−・・誘電体シート、１２．２０−・・導体
膜、＋３゜１７、２１．５２・・・絶縁体スペーサ、１
４・・・幹線給電線層、１５・・・誘電体層、３６．８
９．７０・・・（１＃線系）ストリップ線路導体、１８
・・・上部グランド導体層、２２・・・放射素子層、２
４．２７ａ　〜２７ｄ、　２８ａ　〜２８ｄ、　３７．
５４゜６３、８４・・・マイクロストリップ給電線路、
２５．２６゜３９ａ　〜３９ｄ　、　４０ａ　〜４０ｄ
　、　４１ａ　〜４Ｌｄ　、　４２ａ　〜４２ｄ、　４
９．５０．５７．５７ａ、　５７ｂ、　５８．５８ａ、
　５８ｂ。６０ａ、６０ｂ、［ｉｌａ、６１ｂ、６５ａ、８５ｂ、
６６ａ、６６ｂ、　Ｇ７ａ、　８７ｂ、　Ｂ８ａ、　Ｂ
８ｂ−・・放射素子、２８゜３５ａ　〜３５ｄ　、　３
６ａ　〜３０ｄ−・・結合スロット、３１゜３２ａ、　
３２ｂ、　３３ａ、　３３ｂ、　３４ａ、　３４ｂ−Ｔ
分岐回路、４５ａ　、　４５ｂ　、　４６ａ　、　４６
ｂ−７イ＞導体対、５１・・・第３のグランド導体層、
５３・・・給電線路層。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数個の放射素子と、１つの信号端子から複数の
ストリップ線路に分岐されて前記複数個の放射素子を励
振する給電線路とを備えた平面アンテナにおいて、幹線となる第１のストリップ線路と、上記放射素子を所
望の振幅と位相で励振する第２のストリップ線路とによ
り分割構成した上記ストリップ線路をグランド導体板の
上下に別層に配設し、上記グランド導体板に局所的に設
けた結合スロットにより上記第１及び第２のストリップ
線路を相互に電磁結合することを特徴とした平面アンテ
ナ。
（２）上記第１のストリップ線路の線路幅を上記第２の
ストリップ線路の線路幅よりも大きく設定することを特
徴とした請求項（１）記載の平面アンテナ。
（３）１つの給電線の線路方向に対して４５゜の角度で
見たときの縦方向と横方向の寸法を異ならせ、１給電で
励振した円偏波方式の放射素子を用いることを特徴とし
た請求項（１）及び（２）のいずれか記載の平面アンテ
ナ。
（４）直交２給電方式により個々の放射素子を９０゜位
相差励振することを特徴とした請求項（１）及び（２）
のいずれか記載の平面アンテナ。
（５）上記第１のストリップ線路はトリプレートストリ
ップ線路、上記第２のストリップ線路はマイクロストリ
ップ線路で構成し、上記放射素子はマイクロストリップ
アンテナで構成することを特徴とした請求項（１）乃至
（４）のいずれか記載の平面アンテナ。
（６）上記マイクロストリップアンテナは導体円盤外周
４分割点において外方に延在されたフィン状導体を形成
し、直交するフィン状導体対を形成したフィン装荷型円
盤アンテナとすることを特徴とした請求項（５）記載の
平面アンテナ。
（７）上記フィン装荷型円盤アンテナの直交するフィン
状導体対の長さを異ならせて構成し、上記導体円盤外周
部からの一点給電により円偏波を励振させることを特徴
とした請求項（６）記載の平面アンテナ。
（８）上記第２のストリップ線路のマイクロストリップ
導体から共通のグランド導体板までの距離を上記第１の
ストリップ線路からの距離より大きく設定することを特
徴とした請求項（５）乃至（７）のいずれか記載の平面
アンテナ。
（９）上記第１及び第２のストリップ線路を共にトリプ
レートストリップ線路で構成し、上記放射素子は第２の
ストリップ線路の表面側のグランド導体に設けたスロッ
トにより第２のストリップ線路と放射素子とを電磁結合
するスロット放射素子とすることを特徴とした請求項（
１）乃至（４）のいずれか記載の平面アンテナ。
（１０）放射素子配列平面上において上段の放射素子列
の各間隙に対応して下段の放射素子列が位置するよう配
列され、斜めに位置する該上段と下段の放射素子対を同
一スロットにより給電励振することを特徴とした請求項
（４）乃至（９）のいずれか記載の平面アンテナ。
（１１）上記第１及び第２のストリップ線路を１つの結
合スロットの上下の互いに異なる位置で電磁結合させる
ことを特徴とした請求項（４）乃至（１０）のいずれか
記載の平面アンテナ。
（１２）上記第１及び第２のストリップ線路を１つの結
合スロットの上下の互いに異なる角度で交差させて電磁
結合させることを特徴とした請求項（４）乃至（１０）
のいずれか記載の平面アンテナ。
（１３）上記第１のストリップ線路を多層化し、各層の
ストリップ線路を相互に結合スロットにより電磁結合す
ることを特徴とした請求項（１）乃至（１２）のいずれ
か記載の平面アンテナ。