JPH03151702A - 平面アレイアンテナ - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、１列えば衛星放送を受信する場合等に用い
て好適な平面アレイアンテナに関する。

〔発明の概要〕

この発明は、多数の穴を有する上側プレートとこの上側
プレートに対向した下側プレート間に基板を挟み込むサ
スペンデッドライン給電形平面アンテナにおいて、上側
プレートを平板薄型プレートとなし、下側プレートの上
記多数の穴に対応する位置に夫々凹部を設けるようにす
ることにより、薄型を保ち乍ら緒特性の向上を図るよう
にしたものである。

〔従来の技術〕

従来、放射素子の一部を形成する多数の穴を有する金属
又はメタライズドプラスチックで基板を挟み込むサスペ
ンデッドライン給電形平面アンテナにふいて、多数の穴
に夫々対応して互いに直交する一対の励振プローブを共
通の平面上に形成し、一対の励振プローブへの給電信号
をサスペンデッドライン内で位相合成するようにした円
偏波平面アレイアンテナが提案されている。

これにより、薄型化が可能となり、機械的な構成も簡略
化でき、また安価で一般的に入射出来る基板を高周波用
に使用しても高価なマイクロストリップライン用基板を
用いたものと同等以上のアンテナ利得が得られる。

また、サスペンデッドラインは平面アンテナの給電回路
として低損失ラインを形成でき、しかも安価なフィルム
状基板で形成できる等の有利な点があり、放射素子とし
て円形あるいは矩形導波管開口素子を用いるため、比較
的広帯域にわたって利得偏差の少ないアレイアンテナを
構成できる。

−万博型化の手段としてサスペンデッドラインの特長を
生かし、且つ薄型の放射素子を用いて、高効率、広帯域
のものを実現し、同時に薄型・軽量化を同時に達成でき
るようにしたいわゆるパッチ型の平面アンテナが提案さ
れている（特願昭６２−１９０７７１号）。

この平面アンテナは、一対の金属又はメタライズドプラ
スチックで基板を挟み込むサスペンデッドライン給電形
平面アンテナにおいて、金属又はメタライズドプラスチ
ックの一方に設けられた穴に対応する基板上に面状共振
器形プリント素子を配置するように構成している。

ところが上述の特願昭６２−１９０７７１号等に記載さ
れているような平面アンテナは多数の面状共振器形プリ
ント素子等のまわりに夫々保持部としてのフランジを設
けているため、製造の段階で切削加工が必要となり、こ
の結果量産性が悪く、コスト的にも高価になる等の欠点
があった。

そこで、多数の穴を有する上側プレートとこの上側プレ
ートに対向した下側プレート間に基板を挟み込むサスペ
ンデッドライン給電形平面アンテナにおいて、上側及び
下側プレートの対応する多数の位置にプレス加工にて形
成した突起を設けてこの突起にて基板を保持するように
構成することにより、何隻切削加工を用いる必要がなく
単純なプレス加工を用いるだけでよいので、量産性が向
上し、コスト的にも廉価となるようになった（特願昭６
２−２６３１５７号）。

第６図は上記特願昭６２−２６３１５７号で開示された
円偏波放射素子を複数個サスペンデッドラインで共相給
電する回路構成を示すもので、これによりアレイを構成
することになる。また第７図の実線部分は第６図におい
て線Ｉ−Ｉで切断した状態を示しており、第７図の破線
部分は第６図の状態に上側より第２の金属板（２）が被
さった状態を示している。

ここでは第１の金属板（１）に導体箔（８）及びサスペ
ンデッドラインをさけるようにして基板（３）を保持す
るための突起（１１）が設けられる。また、アレイ外周
部にも突起（１１）が設けられる。その他の部分は空洞
部（７）を構成する。これにより複数個の導体箔（８）
が同じ空洞部（７）内を通る場合もあり相互の結合が懸
念されるが、導体箔（８）の間隔と空洞部〔７）の上下
の壁の間隔を適当に選ぶことにより、必要なアレツレ−
ジョンがとれ、問題ない。そして、このとき電気力線は
空洞部（７）の上下の壁側へ集中するため、支持する基
板（３）に沿う電界がほとんどなくなり、これによって
誘電体損失が低下し、結果的にラインの伝送損失が低減
されることになる。

また、第２の金属板（２）にも第１の金属板（１）に対
応して突起と空洞部を形成する。すなわち第２の金属板
（２）に穿設された穴（５）の近傍及びアレイ外周部に
導体箔（８）及びサスペンデッドラインをさけるように
して基板（３）を保持するための突起（１２）が設けら
れ、その他の部分は空洞部（７）とされる。

このように設けられた突起（１１）、　（１２）　　に
より基板（３）は均一に保持されるため、たれ下がるこ
となく、しかも各放射素子、給電部等の周囲は従来と同
様上下の金属板（１）、　　（２）が密着されるため、
特定の周波数にあける共振等は生じない。

第６図において、１６個の放射素子が４個を１組として
４つのグループＧ、〜Ｇ４に分けられる。各グループの
接続点Ｐ１　は中心よりλｇ／２（２ｇは中心周波数に
おける線路波長）ずらされ、接続点Ｐ２及びＰ、はλｇ
／４ずらされて接続される。これにより各グループにお
いて、右上の放射素子に対して右下の放射素子は９０°
、左下の放射素子は１８０゜そして左上の放射素子は２
７０°夫々位相的にずれていることになり、これにより
軸比が改善される。

つまり、空間位相と給電線位相を変化させて軸比の広帯
域化を図っている。

また、各グループの接続点Ｐ、及びＰ４〜Ｐ６は給電部
（９）の給電点（１０）に対して等距離となるように相
互接続される。このような構成において、接続点ＰＩ　
及びＰ、〜Ｐ６の位置を変えて給電位相や電力分配比を
変えることにより各種の指向特性を得ることができる。

つまり、接続点Ｐ、及びＰ４〜Ｐ６　に対する給電点く
１０）からの距離を変えることにより位相が変化し、ま
た、サスペンデッドラインの分岐している所で線を細か
くしたり、或いは太くしたりしてインピーダンス比率を
変えることにより振幅が変わり、これによって指向特性
を任意に変えることができる。

ところが、第６図のように多数の突起で基板を保持する
方法は、基板上に穴と同心円状に被着されたパッチ型の
面状共振形プリント素子としての導体箔やサスペンデッ
ドラインを避けるようにして突起を一対のプレート上に
対応して設けているので、突起が成る程度集中して設け
られている所は大体問題はないが、突起が少しまばらに
なっている所は基板を均一に中間に支えるには無理があ
り、部分的に上下方向に位置ずれを起こし、最悪の場合
は基板がたるんでこれに被着されているプリント素子が
プレートに接触するおそれが発生し、この結果アンテナ
の利得が低下する等アンテナの特性を劣化させる等の欠
点があった。

また、一対のプレートに対応して多数の突起を設けなけ
ればならないので、プレートを製造する上で工数がかか
り、生産性が悪い等の欠点があった。

そこで、多数の穴を有する上側のプレートとこの上側プ
レートに対向した下側プレート間に基板を挟み込むサス
ペンデッドライン給電形平面アンテナにおいて、上側プ
レートと基板との間及び基板と下側プレートとの間に対
応する多数の穴を有するスペーサを設けて基板を保持す
るように構成することにより、基板を上下のプレートの
中間に均一な間隔で確実に保持でき、この結果プレート
に対向して設けた突起を大幅に減らすことができ、プレ
ートの製造を簡単にして生産性を向上できるようになっ
た（特願昭６３−１９９５１３号）。

第８図は特願昭６３−１９９５１３号で開示された平面
アレイアンテナの断面構造を示すもので、同図において
、（２０）はリアカバー、（２１）は下側プレート、（
２２）はスペーサ、（２３）はパッチ型の面状共振器形
プリント素子（放射素子＞（２３’）が印刷されている
フィルム基板、（２４）はスペーサ、（２５）は上側プ
レート、（２６）は低発泡スチロールから成るサポート
クツション、（２７）はレードームである。ここで、リ
アカバー（２０）は３ｍｍ、プレート（２１）、（２５
）　　、スペーサ（２２）、　（２４）　　は夫々ｌ　
ｍｍ　、サポートクツションは１２〜ｌ　４ｍｍ　、レ
ードームは１ｍｍで全体として約２０〜２２ｍｍの厚さ
となっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、第８図の如き構造の従来装置の場合、次のよ
うな種々の問題点があった。

■　放射素子（２３’）と接地板としての下側プレー）
　（２１＞との間隔が１ｍ＋Ｔｌのため、フィルム基板
（２３）のたるみによる素子インピーダンスの変化、動
作利得の変化率が大きい。

■　下側プレート（２１）と上側プレー）　（２５）の
間隔が２ｍｌＴｌであるため給電線損失が大きく、例え
ば１２ＧＨｚで１．５ｍｍのライン幅、ラインの特性イ
ンピーダンスＺｏを７６０とした時の給電線損失は１、
６〜１．８ｄＢ　／　ｍであった。

■　素子利得が低い（６，５ｄＢ前後）。

■　素子のインピーダンス整合帯域幅が狭い■　１点給
電共振パッチのため円偏波帯域が狭く、４素子ベアの位
相差給電を必要とする。

■　■、■のため、素子の励振バランスがとりにくい。

この発明は係る点に鑑みてなされたもので、上述の欠点
を一掃し得る平面アレイアンテナを提供するものである
。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る平面アレイアンテナは、多数の穴を有す
る上側プレー）　（３４）とこの上側プレートに対向し
た下側プレー）　（３０）間に基板（３２）を挾む込む
サスペンデッドライン給電形平面アンテナにおいて、上
側プレートを平板薄型プレートとなし、下側プレートの
上記多数の穴に対応する位置に夫々凹ａＢ　（３０’）
を設けたものである。

〔作用〕

下側プレー）　（３０）に凹部（３０’）を設けること
により、定在波比を１．４以下に保てる帯域幅を７００
ＭＨｚ以上と広帯域化することができ、これにより分配
等による素子の励振バランスの劣化を小さくでき、また
インピーダンス変化量を小さく、つまり基板のたるみ等
による特性変化を少なくすることができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図〜第５図に基づいて
詳しく説明する。

第１図は本実施例による断面構造を示すもので、同図に
おいて、（３０）は金属又はメタライズドプラスチック
から成る下側プレート、（３１）は例えばポリエチレン
、ポリプロピレン、ポリスチロール等の低比誘電率、低
損失の誘電体の高発泡材から成るスペーサ、（３２）は
フィルム基板であって、このフィルム基板（３２）には
第２図に示すようなバッチ型の面状共振器形プリント素
子（放射素子）（３２’）が多数印刷される。

第２図は円偏波放射素子を複数個サスペンデッドライン
で共相給電する回路構成を示すもので、これによりアレ
イを構成している。第６図の放射素子の直径１２ｍｍで
あったのに対し、本実施例ではその直径を９．５ｍｍと
している。また、本実施例では２素子ペアの位相差給電
となり、それだけパラメータが少なくなるので励振バラ
ンスを取りやすい等特性的に有利である。

再び第１図において、（３３）はスペーサ（３１）同様
のスペーサ、（３４）は金属又はメタライズドプラスチ
ックから成る平板薄型の上側プレート、（３５）は例え
ば低発泡スチロールから成るサポートクッシ１ ２ ョン、（３６）はレードームである。

多数の放射素子（３２’）に対応してスペーサ（３１）
。

（３３）及び上側プレー）　（３４）には多数の穴が形
成されているのは従来同様である。

さて、本実施例では下側プレー）　（３０）に上側プレ
ー）　（３４）に形成されている多数の穴に対応して凹
部（３０’）を設ける。つまり、放射素子（３２’）か
ら下側プレー）　（３０）までの高さを大きくし、所定
の高さｄを例えば５ｍｍとする。

第７図の従来例ではｄ＝ｌ＋＋＋ｍであり、この時の定
在波比を１．４以下に保てる帯域幅は１２ＭＨｚ２ＭＨ
ｚ近傍第９図に示すように約３００Ｍｔｌｚ程度であっ
たが、本実施例の如（ｄ＝５ｍｍとすると、この時の定
在波比を１．４以下に保てる帯域幅は１．２ＭＨｚ近傍
で例えば第５図に示すように約７００ＭＨｚ　となる。

このように広帯域化が可能となり、これにより分配等に
よる素子の励振バランスの劣化を小さくでき、またイン
ピーダンスの変化量を小さくして、基板のたるみ等によ
る特性変化を少なくすることができ、しかも素子利得も
上昇できる。つまり、放射素子（３２’）と下側プレー
）　（３０）までの高さｄを５ｍｍとすることにより、
上述した従来の問題点の■〜■、■が全て解消される。

また、本実施例では第３図に示すように放射素子（３２
’）以外のライン（給電線）（３２’）に対する下側プ
レー）　（３０）と上側プレー）　（３４）の間隔すを
従来２ｍｍであったものを４ｍｍとする。すなわち、上
述の如く、従来は給電線損失が１．６〜１．８ｄＢであ
ったが、本実施例の如く例えば１２ＧＨｚでライン幅Ｗ
を１．５ｍ＋ｙ＋、ラインの特性インピーダンスＺｏを
ユ１１１Ωとし、下側プレート（３０）と上側プレート
（３４）の間隔を４＋ｎ＋ｎとすると、給電線損失は０
．９〜１．１ｄＢ／ｍと改善された。つまり間隔すを大
きくするとフィルム基板の誘電体損失が低減するからで
ある。もっともこれにより周囲との結合量の増加、高次
モード発生がしやすい欠点を伴うが、適度のパラメータ
を選定することにより問題ない。

このようにライン（３２’）に対する下側プレート（３
０）と上側プレー）　（３４）の間隔すを従来より大き
くすることにより、上述した従来の問題点■を解消でき
る。

また本実施例ではレードーム（３６）の厚さを適当に選
ぶことにより素子利得を上げることができる。

実験の結果レードーム（３６）の厚さを３ｍｍに設定す
ると、＋２．５〜２．９ｔｌＢ従来より素子利得を上げ
ることができる。この対策によっても上述した従来の問
題点■を解消できる。

ここで、第１図において、各部品の厚みを見ると、下側
プレート（３０）が５ｍｍ、スペーサ（３１）、　（３
３）が夫々２ｍｍ、上側プレート（３４）が１ｍｍ、サ
ポートクツション（３５）が１２〜１４ｍｍ　、　レー
ドーム（３６）が３ｍｍであり、全体で２５〜２７ｍｍ
で従来に比し若干厚くなるも薄型を保持できる。

第４図はこの発明の他の実施例を示すもので、第１図の
実施例では下側プレー）　（３０）として摩味のあるも
のを用い、これに凸部（３０’）を切削等で設けるよう
にしたが、第４図に示すように下側プレー）　（３０Ａ
）全体をモールドで形成して薄型平板プレートとなし、
凹部（３０’）も一体にプレス成形するようにしてもよ
い。もっとも、第１図の場合は下側プレー）　（３０）
が厚いのでレアカバーは不要であったが、第４図の場合
は必要に応じてレアカバーを取り付けるようにする。

〔発明の効果〕

上述の如くこの発明によれば、上側プレートを平板薄型
プレートとなし、この上側プレートの多数の穴に対応す
るように下側プレートに凹部を設けるようにしたので、
薄型を保持し乍ら、素子利得や素子のインピーダンス整
合帯域幅、励振バランス等諸特性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す断面図、第２図はこ
の発明による給電回路図、第３図はこの発明の要部の構
成図、第４図はこの発明の要部の他の例を示す構成図、
第５図はこの発明による特性図、第６図は従来例の給電
口回路図、第７図は第６図の線■−■における断面図、
第８図は従来例の断面図、第９図は従来例の特性図であ
る。 （３０）は下側プレート、（３０’）は凹部、（３２）
はフ５ ６ イルム基板、（３４）は上側プレート、（３６）はレー
ドームである。 代　　理　　人 松　　隈　　秀　　盛

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、多数の穴を有する上側プレートと該上側プレートに
   対向した下側プレート間に基板を挟み込むサスペンデッ
   ドライン給電形平面アンテナにおいて、上記上側プレー
   トを平板薄型プレートとなし、上記下側プレートの上記
   多数の穴に対応する位置に夫々凹部を設けたことを特徴
   とする平面アレイアンテナ。 ２、下側プレートが上側プレートに比して厚型プレート
   とされこの下側プレートの上面に上記凹部が形成された
   請求項１記載の平面アレイアンテナ。 ３、下側プレートが上側プレートと同等の薄型平板プレ
   ートとされ、プレス成形にて上記凹部が形成された請求
   項１記載の平面アレイアンテナ。