JPH03159403A - 円偏波双方向性ビーム発生方法及び円偏波双方向性ビームアンテナ - 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］ 本発明は天頂からずれた方向に円偏波ビームを放射させ
ることが要求される航空機や車輌等の移動体への搭載に
最適なアンテナ及びそのビーム発生方法に関する。

［従来の技術］ 従来、この種の双方向性ビームアンテナとして、高次モ
ードを利用する円偏波マイクロストリップパッチアンテ
ナがある。

〔発明が解決しようとする課題コ しかしながら、上述したマイクロストリップパッチアン
テナは、円偏波を得るために、２箇所以上より給電する
必要があり、そのため、アンテナへの給電構造が複雑と
なる。

本発明の目的は前記課題を解決した円偏波双方向性ビー
ム発生方法及び円偏波双方向性ビームアンテナを提供す
ることにある。

［課題を解決するための手段〕 前記目的を達成するため、本発明に係る円偏波双方向性
ビーム発生方法においては、約０λｇ（ここに、λｇは
後述の閉回路状導線に沿って流れる電流の伝搬波長をい
う。又、ｎはｎ≧２の整数をいう）の長さをもつ閉回路
状導線に沿って流れる電流の形態を摂動素子によって進
行波形とすることにより、アンテナ面に対し垂直方向に
電流ベクトルが作る電界の総和を零とし、その垂直方向
よりアンテナ面側にずれた方向に最大電界をもっ円偏波
双方向性ビームを発生させるものである。また、本発明
に係る円偏波双方向性ビームアンテナは接地板と、該接
地板上に空気又は誘電体を介してパターン形成され、約
ｎλｇ（ここに、λｇは後述の閉回路状導線パターンに
沿って流れる電流の伝搬波長をいう。又、ｎはｎ≧２の
整数をいう）の長さをもつ閉回路状導線パターンと、該
導線パターン上に進行波分布の電流形態を生じさせる少
なくとも１つの摂動素子と、前記導線パターンに給電す
る単一の同軸結合形励振部又は単一の電磁結合形励振部
とを有するものである。

さらに、本発明に係る円偏波双方向性ビーム発生方法に
おいては、約ｎλｇ（ここに、λｇは後述の閉回路状磁
壁又はスロットに沿って流れる磁流の伝搬波長をいう。

又、ｎはｎ≧２の整数をいう）の長さをもつ閉回路状磁
壁又はスロットに沿って流れる磁流の形態を摂動素子に
よって進行波形とすることにより、アンテナ面に対し垂
直方向に磁流ベクトルが作る電界の総和を零とし、その
垂直方向よりアンテナ面側にずれた方向に最大電界をも
つ円偏波双方向性ビームを発生させるものである。また
、本発明に係る円偏波双方向性ビームアンテナは接地板
と、該接地板上に空気又は誘電体を介して付設された板
状の導体と、該板状の導体に穿設され、約ｎλｇ（ここ
に、λｇは後述の閏回路状スロットに沿って流れる磁流
の伝搬波長をいう。

又、ｎはね≧２の整数をいう）の長さをもつ閉回路状ス
ロットと、該スロット内に進行波分布の磁流形態を生じ
させる少なくとも１つの摂動素子と、前記スロットに給
電する単一の同軸結合形励振部又は単一の電磁結合形励
振部とを有するものである。さらに本発明に係る円偏波
双方向性ビームアンテナは接地板と、該接地板上に空気
又は誘電体を介して配設され、約ｎλｇ（ここに、λｇ
は後述の閉回路状磁壁に沿って流れる磁流の伝搬波長を
いう。又、ｎはｎ≧２の整数をいう）の円周長或いは外
周長をもつ導体パッチと、前記導体パッチの外形に沿っ
て接地板との空間内に形成される閉回路状磁壁上の磁流
形態を進行波分布とする少なくとも１つの摂動素子と、
前記導体パッチに給電する単一の同軸結合形励振部又は
単一の電磁結合形励振部とを有するものである。

〔実施例〕

以下、本発明について図面を参照して説明する。

（実施例ｌ） 第１図は本発明の実施例ｌを示す斜視図、第２図は同平
面図、第３図（ａ），（ロ），第４図（ａ），（ロ）は
給電系を示す構成図である。

図において、接゛地板１上に誘電体層（又は空気層）３
を積層し、接地板ｌと平行な誘電体層３上面のアンテナ
面Ａに閉回路状導線パターン２を円形状に形成する。該
導線パターン２の円周長（閉回路長）Ｃは下式のように
設定する。

Ｃａｎλｇ λｇは円形の閉回路状導線パターン２に沿って流れる電
流の伝搬波長をいう。また、ｎはｎ≧２の整数をいう。

さらに、前記閉回路状導線パターン２は、給電用の単一
の同軸結合形励振部４ａ又は単一の電磁結合形励振部４
ｂを備えている。該単一の同軸結合形励振部４ａでは第
３図（ａ），（ロ）に示すように、同軸ケーブル５の内
部導体５ａが導線パターン２の一部２ａに接続され、そ
の外部導体５ｂが接地板ｌに接続された構造となってい
る。また、該単一の電磁結合形励振部４ｂでは第４図（
ａ），（ｂ）に示すように、導線パターン２と接地板１
との間の誘電体層３内に給電線６が接地板１と平行に埋
込まれており、該給電線６が導線パターン２の一部に電
磁結合される構造となっている。

また、導線パターン２の周方向の一部に、該導線パター
ン２上に進行波分布の電流形態を生じさせる２個の摂動
素子７ａ，　７ｂを内方に向けて設ける。

アンテナ面Ａにおいて、該一方の摂動素子７ａと円形導
線パターン２の中心２ｂとを結ぶ線分と、励振部４ａ又
は４ｂと円形導線パターン２の中心２ｂとを結ぶ線分と
のなす角度αは例えばｎ＝２とすれば、α＝２２．５’ とすることが考えられる。

また、２個の摂動素子７ａと７ｂとは１８０”の位置関
係に配置してある。

尚、実施例では２個の摂動素子を設けたが、少なくとも
１つ以上の摂動素子を備えていればよい。

また、実施例では第４図（ａ）．（ｂ）に示すように電
磁結合形励振部４ｂとしてトリプレート形を用いたが、
マイクロストリップ形を用いてもよい。また、摂動素子
７ａ，　７ｂを内方に向けたが、第２図に点線で示すよ
うに外方に向けて設けてもよい。

本発明は以上の構成により、約ｎλｇの円周長Ｃをもつ
円形の閉回路状導線パターン２に沿って流れる電流の形
態を摂動素子７ａ，　７ｂによって進行波形とすること
により、アンテナ面Ａに対し垂直方向に電流ベクトルが
作る電界の総和をＯとし、その垂直方向よりアンテナ面
Ａ側にずれた方向に最大電界をもつ円偏波双方向性ビー
ムを発生させるものである。次に第５図（ａ）．　（ｂ
）．　（ｃ）．■に基づいて円偏波双方向性ビームの発
生原理について説明する。ｎλｇのうちｎ＝２とした場
合について考察？る。円形の閉回路状導線パターン２に
沿って流れる電流の形態は摂動素子７ａ，　７ｂによっ
て進行波形となり、電流の流れのある時間における電流
値最大ベクトルを観察すると、第５図（ａ）のようにな
る。即ち、導線パターン２の周方向の各ａ，ｂ，　ｃ，
ｄ点での電流ベクトルＩ，，　Ｉ，，　Ｉ，，　Ｉ，は
その方向が互いに逆向きとなる。ここで、２つの相対向
するｂ，ｄ点での電流値最大ベクトルに注目すると、第
５図（ロ）のようになる。第５図（ロ）に示すように、
電流ベクトルＩ，，Ｉ，はその向きが互いに逆向きであ
るので、これらのベクトルＩ，，Ｉ，が作る電界Ｅ■Ｅ
４に関してはＺ軸（アンテナ面Ａに対し垂直方向）方向
では各ｂ，ｄ点からＺ軸上までの距離Ｑ１，わが等しい
（Ｌ＝Ｑ，）ために打消し合ってその総和が０となる（
同様に電流ベクトルＩ，，Ｉ，が作る電界Ｅ，，Ｅ，に
ついてもＯとなる）。

しかし、電流ベクトルＩ，，Ｉ，が作る電界Ｅ，　，　
Ｅ，に関しては、Ｚ軸方向からアンテナ面Ａ側に向けて
ずれるに従い各ｂ，ｄ点からその方向までの距離Ｑ，，
Ｑ４の違いによって位相が同相になる傾向にあり、電界
Ｅヨｌ　Ｅ４が互いに加算され、遂にはその電界値が２
，，２，軸方向で最大となる。さらに２，，２，軸方向
を越えて水平方向（アンテナ面）に近づくにつれてその
電界Ｅ，，Ｅ，が減ずるようになる。したがって、第５
図（Ｃ）のように放射パターンは双方向となる。

上記説明では、Ｚ軸を含み、導線パターン２上のｂ，ｄ
点を通る一つの面内でのことについて考えたが、Ｚ軸を
含み、導線パターン２上のａ，　Ｃ点を通る面でも同様
に双方向性ビームとなり、Ｚ軸を含む任意の面で同様の
ことが生じるので、Ｚ軸のまわりに双方向性ビームが発
生することとなる。

次に、電流の流れの時間を進めた場合を考慮すると，第
５図（ａ）で示した各ａ，　ｂ，　ｃ，　．ｄ点での電
流ベクトルＩ，　，　Ｉ，，　ｒ，　，　Ｉ，の関係を
そのまま保つたまま、第５図（４）に示すように各ａ，
　ｂ，　ｃ，　ｄ点から導線パターン２の周方向に移動
した各ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’点で電流が最大値となる
。この電流が最大値となる点はさらに時間の流れに従っ
て導線パターン２の周方向に移動する。このため、２，
，２，軸方向において作られる合成電界の向きはこの電
流の移動に同期して回転しており、円偏波となる。

尚、同様のことがｎが２以上の場合についても言える。

また、後述する磁流の場合についても同様のことが言え
る。

したがって、本発明によれば、単一の給電系による給電
であっても、導線パターン２に沿って流れる電流形態は
摂動素子？ａ，　７ｂにより進行波分布とすることがで
き、給電系構造を簡素化できる。

（実施例２．３） 第６図は本発明の実施例２を示す図、第７図は本発明の
実施例３を示す図である。

第６図に示す実施例では、接地板ｌ上に積層した誘電体
層（又は空気層）３上に板状の導体８を接地板Ｉと平行
に付設し、該導体８の板面をアンテナ而Ａとして、該導
体８に、約ｎλｇ（ここにλｇは閉回路状スロット９に
沿って流れる磁流の伝搬波長をいう。又、ｎはｎ≧２の
整数をいう）の円周長Ｃをもつ閉回路状スロット９を円
形に穿設し、該スロット９に、スロット９に沿って流れ
る磁流の形態を進行波形とするスロット状摂動素子１０
ａ，１０ｂを連通させて設けたものである。

第７図に示す実施例では接地板１と平行な誘電体層（又
は空気層）３の上面をアンテナ而Ａとして、該誘電体層
３上に、約ｎλｇ（ここにλｇは第８図の閉回路状磁壁
Ｉ２に沿って流れる磁流の伝搬波長をいう。又，ｎはｎ
≧２の整数をいう。）の円周長（閉回路長）Ｃをもつ円
形の導体パッチ１１を配置し、さらに導体パッチＩ１の
外周（外形）に沿って接地板１との空間内に形成される
閉回路状磁壁（第８図参照）１２上での磁流形態を進行
波分布とする摂動素子１３ａ，　１３ｂを導体パッチｌ
１の外周から内方に向けて切欠いて設けたものである。

また、第６図，第７図に示す実施例は円形のスロット９
又は導体パッチＩ１に給電する単一の同軸結合形励振部
４ａ（又は単一の電磁結合形励振部４ｂ）を備えている
。

尚、第６図，第７図に示す実施例において２個の摂動素
子１０ａ，ｊｏｂ，　＋３ａ，１３ｂを設けたが、少な
くとも１つ以上の摂動素子を備えていればよい。また、
第６図ではスロット９に連通させたスロット状摂動素子
１０ａ，　Ｊｏｂを内方に向けて設けたが、外方に向け
て設けてもよい。また、第７図では摂動素子１３ａ，　
１３ｂとして切欠きのものを用いたが、外方に突起状に
突き出た摂動素子を用いてもよい。

また、摂動素子１０ａ，　ＩＯｂ，　＋３ａ，　１３ｂ
のなす角度αは第１図に示す実施例と同様に考えられる
。

第６図に示す実施例における単一の同軸結合形励振部４
ａでは、第９図に示すように同軸ケーブル５の内部導体
５ａがスロット９により囲まれた内側の板状導体８ａに
接続され、その外部導体５ｂがスロット９より外側の板
状導体８ｂに接続される。尚、その接続関係は逆でもよ
い。

また、第７図に示す実施例における単一の同軸結合形励
振部４ａでは、第１０図に示すように同軸ケーブル５の
内部導体５ａが導体パッチ１ｌの外縁より内側に入った
位置に接続され、その外部導体５ｂが接地板ｌに接続さ
れる。

尚、第６図，第７図に示す実施例では第９図，第１０図
に示す同軸結合形励振部４ａに代えて、第４図（ａ），
（ロ）に示す給電線６をトリプレート形又はマイクロス
トリップ形とした電磁結合形励振部４ｂを用いてもよい
。

第６図，第７図（第８図）に示す実施例は、約ｎλｇの
長さをもつ円形の閉回路状スロット９又は磁壁１２に沿
って流れる磁流の形態を摂動素子１０ａ，１０ｂ，　１
３ａ，　１３ｂによって進行波形とすることにより、第
５図（Ｃ）に示すようにＺ軸方向に磁流ベクトルが作る
電界の総和をＯとし、２，，２，軸方向に最大電界をも
つ円偏波双方向性ビームを発生させるものである。この
磁流による円偏波双方向性ビームの発生原理は第５図（
ａ），（ロ），（ｄ）に基づいた上述の説明と同じであ
る。

尚、第１図，第６図に示す実施例では閉回路状導線パタ
ーン２及びスロット９の形状を円形としたが、正多角形
状としてもよく、その場合、正多角形状をなす閉回路状
導線パターン２及びスロット９の外周長（閉回路長）Ｃ
を約ｎλｇの長さに設定すればよい。また、第７図に示
す実施例では円形の導体パッチ１１を用いたが、正多角
形状の導体パッチＩＩを用いてもよく、その場合、正多
角形状の導体パッチＩＩの外形に沿って接地板ｌとの間
に形成される正多角形状をなす閉回路状磁壁１２の外周
長（閉回路長）Ｃは約ｎλｇの長さに設定すればよい。

前記説明でのｎλｇのうち、ｎはｎ≧２の整数をいい、
λｇは閉回路状導線パターン及びスロット、又は閉回路
状磁壁に沿って流れる電流又は磁流の伝搬波長をいう。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、単一の給電系によ
る給電であっても、電流又は磁流の形態を摂動素子によ
り進行波分布とすることができ、給電系構造を簡素化で
きる。さらに、電流又は磁流が流れる閉回路長を約ｎλ
ｇ（ここに、λｇは閉回路状導線パターン及びスロット
、又は閉回路状磁壁に沿って流れる電流又は磁流の伝搬
波長をいう。

又、ｎはｎ≧２の整数をいう。）とし、かつ該電流又は
磁流の形態を進行波分布とするため、アンテナ面に対し
垂直方向に電流又は磁流のベクトルが作る電界の総和を
零とし、その垂直方向よりアンテナ面側にずれた方向に
最大電界値をもつ円偏波双方向性ビームを発生させるこ
とができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例ｌを示す斜視図、第２図は第１
図の平面図、第３図（ａ）　，　（ｂ）　，第４図（ａ
）　，　（ｂ）は給電系を示す図、第５図（ａ），（ハ
），（イ）は円偏波双方向性ビームの発生原理を示す図
、第５図（ｃ）は双方向性ビームを示す図、第６図は本
発明の実施例２を示す斜視図、第７図は本発明の実施例
３を示す斜視図、第８図は実施例３における閉回路状磁
壁を示す斜視図、第９図は実施例２の給電系を示す図、
第１０図は実施例３の給電系を示す図である。 １・・・接地板　　　　　２・・・閉回路状導線パター
ン３・・・誘電体層（又は空気層） ４ａ・・・同軸結合形励振部　４ｂ・・・電磁結合形励
振部７ａ，７ｂ，　１０ａ，　ＩＯｂ，　１３ａ，　１
３ｂ−・・摂動素子１１・・・導体パッチ 第２図 （父） 第３図 （ｂ） 第３図 （α） 第４崗 第４図 （反） 第５図 （Ｃ） （ｄ） 第５図 ７ノ 円形導４トパ・オ 第７図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）約ｎλｇ（ここに、λｇは後述の閉回路状導線に
   沿って流れる電流の伝搬波長をいう。又、ｎはｎ≧２の
   整数をいう）の長さをもつ閉回路状導線に沿って流れる
   電流の形態を摂動素子によって進行波形とすることによ
   り、アンテナ面に対し垂直方向に電流ベクトルが作る電
   界の総和を零とし、その垂直方向よりアンテナ面側にず
   れた方向に最大電界をもつ円偏波双方向性ビームを発生
   させることを特徴とする円偏波双方向性ビーム発生方法
   。
2. （２）接地板と、該接地板上に空気又は誘電体を介して
   パターン形成され、約ｎλｇ（ここに、λｇは後述の閉
   回路状導線パターンに沿って流れる電流の伝搬波長をい
   う。又、ｎはｎ≧２の整数をいう）の長さをもつ閉回路
   状導線パターンと、該導線パターン上に進行波分布の電
   流形態を生じさせる少なくとも１つの摂動素子と、前記
   導線パターンに給電する単一の同軸結合形励振部又は単
   一の電磁結合形励振部とを有することを特徴とする円偏
   波双方向性ビームアンテナ。
3. （３）約ｎλｇ（ここに、λｇは後述の閉回路状磁壁又
   はスロットに沿って流れる磁流の伝搬波長をいう。 又、ｎはｎ≧２の整数をいう）の長さをもつ閉回路状磁
   壁又はスロットに沿って流れる磁流の形態を摂動素子に
   よって進行波形とすることにより、アンテナ面に対し垂
   直方向に磁流ベクトルが作る電界の総和を零とし、その
   垂直方向よりアンテナ方向にずれた方向に最大電界をも
   つ円偏波双方向性ビームを発生させることを特徴とする
   円偏波双方向性ビーム発生方法。
4. （４）接地板と、該接地板上に空気又は誘電体を介して
   付設された板状の導体と、該板状の導体に穿設され、約
   ｎλｇ（ここに、λｇは後述の閉回路状スロットに沿っ
   て流れる磁流の伝搬波長をいう。又、ｎはｎ≧２の整数
   をいう）の長さをもつ閉回路状スロットと、該スロット
   内に進行波分布の磁流形態を生じさせる少なくとも１つ
   の摂動素子と、前記スロットに給電する単一の同軸結合
   形励振部又は単一の電磁結合形励振部とを有することを
   特徴とする円偏波双方向性ビームアンテナ。
5. （５）接地板と、該接地板上に空気又は誘電体を介して
   配設され、約ｎλｇ（ここに、λｇは後述の閉回路状磁
   壁に沿って流れる磁流の伝搬波長をいう。 又、ｎはｎ≧２の整数をいう）の円周長或いは外周長を
   もつ導体パッチと、前記導体パッチの外形に沿って接地
   板との空間内に形成される閉回路状磁壁上の磁流形態を
   進行波分布とする少なくとも１つの摂動素子と、前記導
   体パッチに給電する単一の同軸結合形励振部又は単一の
   電磁結合形励振部とを有することを特徴とする円偏波双
   方向性ビームアンテナ。