JPH0341804A - 進行波給電式同軸スロットアンテナ及び送・受信方式 - 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） この発明は衛星放送、衛星通信、レーダ等に奸適な進行
波給電方式による同軸スロットアンテナおよび送・受信
方式に関するものである。

（従来の技術） 衛星受信には高利得のアンテナを必要とする。

この高利得は鋭い指向性によって得られるものでパラボ
ラアンテナが使用されているが、赤道−に空３６．００
０Ｋｍの位置から伝わってくる静止衛星の電波に対し、
枕型で店い受信面積を必要とし、鋭い指向性の先端は絶
えず衛星の方を向いて風圧に耐えて固定され、鋭い指向
性は少しの動きも許されず、場所を取り設置にあたり正
確性と強固な固定が必要となるので、家屋等では置き場
所や取り付けに困ることがしばしばである。

また、最近多数のアンテナ素子を面一にに配置した平面
アンテナの開発も進められている。なお、電磁気学的な
原理から見れば平面アンテナはパラボラアンテナと同一
である。この平面アンテナは平らな板で作るので各家庭
で取付ける場合、家屋の壁面を利用してピタリと密着さ
せることができる有利さはある。しかし、壁面にピタリ
と付けて指向性の先端を衛星に向けるという理想的な製
品には至っていない。

また、一般の平面アンテナは極めて高い周波数の電波を
捕捉するため、アンテナアレイと称してエレメントを多
数用いるので、集める間に電磁波エネルギのロスがあり
、これを補償することを見込んでさらに大となり、この
極めて高い周波数の電圧を合成することはその開発に多
大な費用と大変な努力を必要とするので、現状では売れ
る態勢にはなっていない。

また、レーダアンテナの場合は導波管スロットアンテナ
が用いられてきたが、高価につきその価格低減が強く要
望されている。

一方、同軸給電線の伝送理論は古くから解明されており
、その製品は広く実用化されているが同軸伝送路に多数
の共振長のスロットをあけ、同軸の軸線に対する傾斜角
を変えてビームアンテナとする製品はない。それは一般
に同軸ケーブルはその遮断周波数より遥かに低い周波数
で用いるのが普通であって、このような使い方において
、長さ。

傾斜角を満足するスロットを外部導体にあけようとする
と、スロットの長さがケーブルの直径に比して長くなる
ため、螺旋状のスロットをあけることになり、アンテナ
アレイとしては実用にならない。このような理山からア
ンテナアレイを構成し、ビームアンテナとした例は従来
全くない。要するに同軸に共振長のスロットを任意の傾
斜角であけるためには同軸の遮断周波数ぎりぎりのとこ
ろを使用せざるを得す、低い周波数では大変太い同軸と
なり役に立たず、高い周波数では導波管を用いるという
常識的な概念のため、着想に至らなかつたちのと思われ
る。ちなみに放送衛厚の周波数を１２ＧＩＩｚとして計
算してみると、空間波長λ０＝２５…ｍとなり、スロッ
トアンテナの共振長は約λ。／２＝１２．５ｍｍとなる
（実際には波長矯縮効果によりこれより若干短くなる）
。外部導体の内径１０ｍｍの同軸ケーブルでも１２ＧＩ
Ｉｚは伝送できるので、このケーブルにスロワ；・をあ
けることを考えると外部導体の内周長は３１．４ｍｍと
なり、１０１１１程度のスロットを任意の間隔であける
ことは充分容易である。外部導体の内ＦＭ１０ｍｍ程度
の同軸ケーブルはＶＨＦあるいはＵＨＦ用商晶上巳て市
場に出ており、製造、取り扱いの便利さからＣＡＴＶ用
として多く用いられている。しかも同軸ケーブルの外部
導体は厚みが薄い上、絶縁体が姐板の作用をしてケーブ
ルにスロットをあけることは極めて容易であり、しかも
同軸ケーブルは大量に生産されているので価格自身も安
く人手することができる。

また、衛星やレーダのような高い周波数では伝送路とし
て用いる場合には、導波管の方が同軸ケーブルに比べて
伝送損失が少ないので６利であるが、アンテナとして用
いる場合には使用長が短いため、はとんど問題とならず
、むしろ経済性、開発の容易さを考えると同軸スロット
の優位性が大きい。

しかしながら、このような高い周波数ではこの程度の太
さのケーブルを遮断周波数ぎりぎりまで測定した実績が
ないため、コネクタもないのが実状であり、精分！Ｉ！
）としての問題は若干あるが、測定器としてはさらに高
い周波数まで同軸出力端子を持っているので測定上の問
題としては少ない。

ところで、同軸ケーブルを加工して同軸スロットとする
構想は経済性を考えての発想であって、金属板を丸めて
同軸伝送路とし、これにスロットをあけた場合も理論−
１−は同じこととなるので本発明の中に含まれるもので
ある。

この同軸スロットは単独でも種々の目的に使えるが、実
際には開目面を大きくして、利得を４二ばて使用する場
合が多いと考えられる。このような使い方の場合には、
この間軸スロットは一次放射器として機能することとな
る。

衛星は肉眼では見えない。天空の見えない衛星に鋭いビ
ームを合わせることは非常にカ（シい。見えない星を天
体望遠鏡で見るようなものである。

そこで、垂直な壁面にこの挿のスロットアンテナを取り
付ければ仰角は衛星に合わせて製造されているので、方
位角さえ合わせれば良く、このことは取付上極めて有利
な条件となる。

また、この種のスロットアンテナは現住例えば新幹線の
電話通信用と、して用いられているが（特公昭５８−２
１８４９号公報）、これは極く近くを走行する列車との
通信用て電波が遠くまで飛ばないようにしたもので、ス
ロットの長さは共振長より遥かに短く指向性合成や偏波
特性までは考えていない。

（発明が解決しようとする課題） この発明は上記のような問題点に鑑みなされたもので、
構造簡単にして容易に壁面等に取り１＝Ｊけることがで
きるとともに、指向性合成および偏波特性に優れ、かつ
、工業的実施が可能な進行波給電式スロットアンテナお
よび送・受信方式を提供することを目「白とするもので
ある。

（発明の構成〉 この発明は上記の如き目的を達成するため、下記事項を
特徴とするものである。

（１）同軸給電線の外部導体の軸線に対し、θの傾斜角
を持つ大略共振長のスロットを形成し、そのスロワ！・
と線路との結合度を適正に形成することにより、所要の
指向性および偏波特性を得るように構成したことを特徴
とする進行波給電式同軸スロットアンテナ。

（２）請求項１記載のスロットアンテナであって、θが
±４５°の傾斜角であることを特徴とする進行波給電式
同軸スロットアンテナ。

（３）請求項１記載の同軸スロットアンテナとパラボナ
反射板とを組み合わせたことを特徴とする送・受信方式
。

（４）請求項１記載の同情スロットアンテナを多条だ１
１列に接続して面アンテナを構成するとともに、この多
条の同情スロットアンテナを１系統の導波管に接続して
導波管内の位１１１と同軸スロットアンテナの結合度の
適正化のもとに導波管を混合回路として構成することを
特徴とする送・受信１１式。

（５）請求項１記載の同軸スロワ！・アンテナにおける
メインビームの方向と出力端子の方向との角度を９０°
以下とすることを特徴とする送・受信方式。

（６）請求項１記載の同軸スロットアンテナであって、
外部導体の内径りが下記条件を満たしていることを特徴
とする進行波給電式同＋＋ｈスロットアンテナ。

記 上記最大条件を満足し、最少条件として下記条件を満た
すこと １系列方式の場合は ２条列方式の場合は （似しε、はケーブルの絶縁体の比誘電”Ｆ−、ｆは伝
送周波数＋ＺＯは特性インピーダンス、ｖｏは電波の空
間における速度、λ０は空間における波長、０服はスロ
ットの軸線との最大傾斜角、Ｙは軸線Ｘ、−Ｘ、とＸ２
−Ｘ２の間隔である）（７）１’Ｊ求項１記載の同軸ス
ロットアンテナの共振状態近傍において、傾斜ｆｒ＋θ
およびスロワＩ・の長さを変化させることによって、各
スロットからの放射電力量を制御するとともに、アンテ
ナ全体として所要の指向性を得るため、伝送電力とスロ
ットとを結合したことを特徴とする送・受信方式。

（８）請求項１記載の同軸スロットアンテナの軸線Ｘ、
−Ｘ、およびＸ２−Ｘ２に対し、＋〇とθのスロットを
設けるとともに、これらスロワＩ・間の給電位相差を利
用して所要の偏波特性を得るように構成したことを特徴
とする送・受信方式。

（９）請求項１記載の同軸スロットアンテナの外部導体
の直径がスロットの放射電界指向性およびＱと相関する
ことを利用して指向性およびＱを制御することを特徴と
する送・受信方式。

（１０）請求項１記載のスロワＩ・アンテナであって、
スロット脊面の外部導体を東ね合わせるとともに、重合
部が絶縁されていることを特徴とする進行波給電式同軸
スロットアンテナ。

（１１）請求項１記載の同？＋ｈスロットアンテナの中
心導体と外部導体との間に位相補償回路を設けたことを
特徴とする送・受信方式。

（１２）１条の同軸スロットアンテナには軸線に対し＋
θ゜のスロットを設ける一方、他の１条の同軸スロット
アンテナには−θ゜のスロワｈを形成するとともに、そ
れぞれの放射電界間の位相差を利用することによって所
要の偏波特性を得、かつ同軸スロットアンテナの出力端
を混合回路に接続したことを特徴とする送・受信方式。

（１３）同軸スロットアンテナと送・受信装置との間に
コネクタを介在させるとともに、このコネクタ内にスロ
ット付き同軸ケーブルの特性インピーダンスと送・受信
器の人力インピーダンスの特合をとるトランスフ第一マ
ーを内蔵していることを特徴とする送・受信方式。

（１４）請求項１記戦の同軸スロワ］・の前面に偏波面
矯正用のスクリーンを装備し、一次放！１１器として機
能するように構成したことを特徴とする送・受信方式。

（実施例） 第１図に示すものは請求項１，２記載の進行波給電式同
軸スロットアンテナの斜視図で、１は同軸スロットアン
テナで、主として円筒体の外部導体１ａとその中央にあ
る中心導体１ｂと、外部絶縁被覆部１ｃとから構成され
ているとともに、外部導体１ａには軸線ｘ−Ｘに対し±
θの傾斜角を持つ一対のスロット２ａ、２ｂが形成され
、そのスロットと線路との結合度を適正にすることによ
り所要の指向性および偏波特性を得るように構成されて
いる。

第１図に示す同軸スロットアンテナでは外部導体１ａに
は互いにその一端において直角を形成する一対のスロッ
ト２ａ、２ｂとがピッチ間隔Ｐをもって多数配列されて
いるとともに、これらにスロット２ａ、２ｂは軸線Ｘ−
Ｘ　（中心導体１ｂにＩＩ　Ｉ形となる）に対し、適度
の傾斜角４５°をもって傾斜に配列されている。

なお・アンテナ素子として同軸給電線の外部導体１ａに
あけられるスロット２ａ、２ｂはその形状、配置におい
て極めて重要な要素であり、乗直な壁面に固定して、し
かも−Ｌ空の衛星に指向性を向けるためにはスロット２
ａ、２ｂの間隔Ｐが重要な要素であり、偏波面対応はス
ロットの間隔とその向きによって決まるといって良い。

また全体が有効に機能するためにはスロットと線路との
結合度が重要な要素となる。このように同軸スロットア
ンテナがアンテナとして機能を発揮するには給電線とし
ての同軸線路の特性とアンテナとじてのスロットの特性
をいかに巧妙に組み合わせるかにかかっている。

本発明者はこれらのことを頭において請求＞１７１２記
載の発明では一対のスロット２ａ、２ｂをその一端が直
角になるようにして軸線Ｘ−Ｘに対して±４５°の傾斜
角を持たせ所要の指向性、偏波特性が得られるように工
夫したもので、疎に結合するにはスロット２ａ、２ｂの
長さを共振長に対して短（、密にするには共振長に近付
けることによって調整できる。

第２図は請求項３の発明を示すもので、これは同軸スロ
ットアンテナ１をパラボラ反射板３と組み合わせ、さら
に高利得を得んとした場合の正面図で、同軸スロットア
ンテナ１のスロワＩ・２ａ。

２ｂはパラボラ反射板３の方に向き、スロットアンテナ
１の出力端は送・受信装置（衛生受信の場合はコンバー
ター）４に接続されている。

第３図は同軸スロットアンテナ１を多数・ｌに、列した
場合の正面図で、！１１２列したスロットアンテナ１の
出力端には混合回路および送・受信装置５が接続されて
いる。

また、第４図は第３図の多数並列に配列した同軸スロッ
トアンテナ１を家屋の壁面に取り付けた場合の正面図で
ある。

このように請求項１．２記載の発明にあっては、同軸給
電線に多数のスロットをあけた同軸スロットアンテナを
用い、このスロット間隔および結合を適正にすることに
より、鋭い指向性と偏波特性を得て、取り扱いやすい衛
星放送、衛星通信用アンテナとして使用することができ
る。

また、壁面の利用は構造上の性格−し、上下方向に細長
い方が活用し易く、その点同軸スロットアンテナを長く
作ることは容易で、製造段階で長く作って、これを適当
に切断してアンテナを構成することは原価低減の利点も
ある。

第５図に示すものは、請求項４記載の発明に関するもの
で、これは多条の同軸スロットアンテナ１を多数並列に
配列するとともに、これらスロットアンテナ１の出力端
に混合回路１０を接合したものである。

すなわち、第１図に示す如き同軸スロットアンテナ１を
実際に使用するにあたっては、かかる同軸スロットアン
テナ１を多数１１ｋ列に配列した方が高利得を得られる
ものであるが、この同軸スロットアンテナ１を並列に接
続して面アンテナを構成する際には、これら出力を合成
する何等かの混合回路が必要である。

一般に混合回路はプリント基板やインダクタンス、キャ
パシタンス等の部品を用いて構成されるが、衛星放送、
衛星通信、レーダー等に用いられる極めて高い周波数（
Ｇｌｌｚ帯）では浮澹容竜、浮遊インダクタンス等が大
きくなり、到底使用に耐えなくなり、これらの集中定数
や分布定数では最早耐えられない領域となる。

一方マイクロ波以」二の周波数帯では導波管を給電線と
して用い、同軸線路との接合にトランスジューサ回路を
用いて、導波管系と同軸系との１．：１の文・１応のみ
を行わせているが、多条の同軸スロットアンテナを１系
統の導波管に接続して多条の同軸スロワＩ・アンテナの
出力を導波管を媒体として混合する廃合凹路はなく、こ
のように構成することによりＣＩＩＺ帯のエネルギ損失
の少ないアンテナ装置を得ることができる。

なお、この際に導波管内の位４１１と同軸スロットアン
テナとの結合度を適正化することが必要であることは勿
論である。

つまり、請求項４に記載の発明に用いられる同軸スロッ
トアンテナ１は、第１図に示すものが使用されるもので
、多条の並列に接続してなる同軸スロットアンテナ１の
各々はその先端が直Ｆ（１に交わり、軸線Ｘ−Ｘに対し
±４５°の傾斜角をもつ多数のスロット２ａ、２ａがピ
ッチＰをもって設けられているとともに、各同軸スロッ
トアンテナ１はその上端にある導波管混合回路１０と接
続され、給電線１１を経て受信装置に導かれる。

また、メインビームの方向は同軸線路内の進行波の位相
とスロットの位置により決定され、電波到来方向に対し
てメインビームを合わせようとするとき、第６ａ図の如
くその出力端を同軸スロットアンテナ１の下端より取り
出すような場合はスｄロットのピッチＰ、が長くなり、
その結果サブローブが発生して利得が低下し、一方第６
ｂ図の如く出力を同軸スロットアンテナ１のに端より取
り出すようにするとピッチＰ２が小さくなり、ザブロー
ブが非常に小さくなって充分な利得が得られることが明
らかになった。これは同軸スロットアンテナ内の電波速
度は必ず光の速度より遅くなり、絶縁体の誘電率の閉方
向に逆比例する現象によるものである。

すなわち、電波到来方向Ａに対しメインビーム５ａ、５
ｂを合わせたもので、同軸スロット１の下端方向との角
度は鈍角（〉９０°）となり、同軸スロットアンテナ１
の」１端方向との角度は鋭ｒＱ（＜９０”）となること
がわかる。従って第６ａ図では同軸スロットアンテナの
出力をその下端より取り出すのでその１１１度は９０°
以］−、で、この場合はスロットのピッチＰ、が艮くな
り、その結果大きなサブローブ６ａ、６ｂが発生して出
力ＤｇＴより取り出される利得は低下してしまう。

それに対し、第６ｂ図に示す請求項５の発明では同軸ス
ロットアンテナ１の出力をその１．端側より取り出すの
でその角度は９０°以下となり、この場合はスロットの
ピッチＰ２が小さくなり、その結果サブローブ６ｃは非
常に小さくなって、出力端子より取り出される利得は大
となる。

なお、Ｂ、、Ｂ２は円偏波受信対策対である。

第７図〜第１０図に示すものは請求項６に記載の発明を
示すもので、これは同軸スロットアンテナにおける同軸
ケーブルの寸法に関するものである。

第７図に示す同軸スロットアンテナは第１図に示すもの
と同様のもので、円筒形の外部導体１ａとその中心導体
１ｂと外部液ｍ１ｃとから構成されているとともに、図
示するようにこの場合には左にかりあるいは右上がり（
この場合はθはｆｔ　）の１系統のスロット２ａ力叫由
線Ｘ−Ｘに対しθ１・・・θｎの角度をもって配列され
ている。また、第８図の場合は左上がりおよび右上がり
（この場合はθは負）の２系列のスロワｉ・２ａ、２ｂ
が軸線Ｘ、−Ｘ、とＸ２−Ｘ２に対しθ１〜θｎのｆｒ
＋度をもって配列されている。

第７図の例を１系列式、第８し１の例を２系列式と呼称
することとする。

１系列式の場合はスロット２ａ間の間隔、２系列式の場
合はスロット２ａ問およびスロ・ント２ｂ間の間隔はピ
ッチＰをもって多数配列され、スロット２ａと２ｂ間の
間隔はＰｃ、軸線Ｘ＋　　Ｘ＋とＸ２−Ｘ２の間隔はＹ
である。

すなわち、第９図に示すように同軸ケーブルの外部導体
１ａの内径をり、中心導体１ｂの外径をｄ、絶縁体１ｄ
の比誘亀甲をε２とし空間における電波の速度をＶ。と
じたとき、電波伝送周波数ｆと線路内波長λｇとの関係
は次式でｌ、＋えられる。

λｇ＝Ｖｏ　／ｆＪｅ、　　　　　　　　　−（１）一
方同軸ケーブルがＴＥＭモードで伝送できる限界は λＣ：π（Ｄ＋ｄ）／２　　　　　　　・・・（２）で
ある。但しλＣは遮断波長である。

これにより遮断波長に相当する遮断周波数ｆｃｆ　ｃ　
：Ｖｏ　／λｃＪｅ、−（３）となり、これ以−１−の
高い周波数をＴＥＭモードで送ることはできない。すな
わち、同軸ケーブルはその寸法に対応した遮断周波数が
ｎ在し、太いケーブルはど遮断周波数は低くなる。逆に
いえば伝送周波数が与えられると、使用できるケーブル
の最大寸法は自ずから規定されてしまうこととなる。

通マｔ′の伝送周波数は遮断周波数より遥かに低いとこ
ろを使用するので問題はないが、衛星放送（１１，７Ｇ
ＩＩｚ〜１２．０４ＧＩＩｚ）等の非°２：すに高い周
波数では、外部導体の内径りは１−数ｍｍが限界である
。

一方第９図の如く、同軸ケーブルにスロットをあけ、こ
れを進行波給電スロットアンテナとして使うためには、
必要なスロット長を外部導体１ａにあけることができる
だけのケーブルの太さが必要である。

また、スロットの軸と同軸の軸との間にはある角度をも
たせる必要があり、この角度によってスロットは同軸ケ
ーブルと結合し放射が起き、スロットの長さはそのスロ
ットカリ（振したとき最大放射をする。

多数のスロットをあけてアンテナアレイとするためには
、スロットの長さおよびスロットの傾斜角を変えてアン
テナ開口長（＾ｐｅｒｊｕｒｅ）が有効に動作するよう
結合度を調整する必要があるが、長さとしては共振長ま
であれば充分である。」（裾長は空間波長をλ。とした
とき、波長石綿効果によりλｏ　／　２より若干短くは
なるがλｏ　／　２を取っておけば十分である。

角度θについて、実験によればθ＝４５°の共振スロッ
トは１つのスロットから伝送電力の約１（１０近くが放
射されることがわかったので、最大傾斜角としては４５
°を見込めば大略１分である。

スロットと線路との結合はアンテナ全体としての放射指
向性と偏波特性との総合特性に基づいて決定されなけれ
ばならないが、一般に給電ｎから離れるほど密結合にす
る必要がある。よってアンテナ系として最大結合を必要
とするスロットの長さと、傾斜（ｒｓを確保できるケー
ブルの太さが必要となる。この最大傾斜ｆ＋θ呵とすれ
ばθ圏の共振長スロットが外部導体の周囲長（πＤ）以
内に収まる条件は、 １系列方式の場合は ２系列方式の場合は Ｄ＞（表影ｓｉｎθ聯＋Ｙ）　／π−°−°−（５）と
なる。このＹは第８図の軸線Ｘ、−Ｘ、とＸ２−Ｘ２と
の間隔でＸ＋　　Ｘ＋Ｊ二のスロット２ａとＸ２−Ｘ２
上のスロット２ｂが確保できるための間隔であると同時
に、その間隔によってスロットの偏波特性の改善に寄与
せしめることを目的とするものである。

なお、Ｙ＝Ｏの場合は２系列方式と１系列方式とは同−
式となり、最小寸法に関しては同じことになる。

なお（４）式、　（５）式で１ｊ、えられている条件は
最低寸法であるが、実際の加圧ではスロット間に加工上
のギャップがないと破れてしまうことになり、また電気
的相互干渉を避けるためには（４）式、（５）式の値よ
り太いものが必要となる。。

スロットの形状としては矩形の変形として波型（〜）、
アレイ型（Ｃ＝Ｑ）、Ｌ型、クラッチ型（１）、十字型
、マンジ型（ｉ’１４　）といろいろ考えられるが、こ
れらは矩形より石線されるので、ケーブルの太さとして
は（４）、　　（５）式の；Ｊ゛法は加工性からしても
必要最低限の＝Ｊ’法である。

従って以上のような条件から明らかなように、第１０図
の模式図に示す如くスロット付き同軸ケーブルの寸法す
なわち、外部導体１ａの内径りは伝送モードからくる最
大値と、外部導体１ａに必要なスロットをあけるに必要
な最小値との間になければならず、外部導体の内径りは
次式の条件を満たすことが不可欠である。

一方傾斜ｆｆ１θ崩の共振長スロットが外部導体の周長
（πＤ）以内に収まる条件は、 １系列方式の場合は Ｄ−土ｓｌｎ　ｅｚ・・・・・・（４）２π ２系列方式の場合は しかして、衛星放送の周波数において５Ｉ算してみると
、外部導体の内径りは数曲〜十数ｍｍの範囲内に限られ
ることがわかり、現在多量に生産されている同軸ケーブ
ルの手頃なサイズがそのまま利用できるという大きな利
点がある。

第１１図は請求項７に記載の発明に関するもので、この
図はスロットからの放射電力を示すと共に同軸の軸線と
スロットの傾斜ｆｒ＋θをパラメータとして、スロット
の長さが共振長ｌｏからずれるにつれて放射電力が変化
する様子を示したものである。この図から叩らかなよう
に、アンテナ系としてアパーチュアーを６効に活用し、
あるいは所要の指向性を得るためには、スロワＩ・の放
ＩＪ電力を制御する必要がある。実験によればスロット
は共振状態近傍にないと指向性合成がうまくとれないの
で、共振状態に近い状態で動作させなければならない。

そこで、多数のスロットの動作を適正にするためには共
振状態に近い範囲で傾斜角θとスロットの長さを適正に
して線路との結合を図り、これによりアンテナの開口長
を６効に動作させることができる。

第１２図は請求項８の発明に関するものであり、スロッ
ト２ａとスロット２ｂの電界の向きとその位相差φを示
したもので、両電界間のｆｒＨ度が９０°で位相差が９
０°のとき円偏波となり、電界間の角度が１８０°てｆ
）″１．相差が１８０°のときは一線偏波となる。

請求項７記載の条件と請求項８記載の条件とはそれぞれ
独立した条件であり、両者をともに満足させることはで
きないかも知れないが、ｆｔｈ線ＸＸ１とＸ２−Ｘ２の
間隔Ｙとスｃｙット２ａ、２ｂ間の間隔Ｐｃ（第８図参
照）を適正化することによって所要の偏波特性に近い特
性を得ることができる。

第１３図は請求項９の発明に関するものであり、同軸ケ
ーブルの内径りが請求項６の範囲内にあっても、Ｄが波
長に比較して小さいときは同軸を中心として無指向性に
近く、Ｄが波長に比較して大きくなると、スロットのあ
る方に多くの電力が放射され、その反対側には放射電力
が少なくなることを示したものである。しかして、受信
を目的にしたアンテナの場合は高利得を得るため特定の
指向セＬを持っている方が良く、殊に前後比が大きい方
が良いことが多い。このことから外部導体１ａの内径り
はＴＥＭ伝送が可能な範囲内で大きいノｊが使用される
ことになる。

またスロットのＱは受信周波数帯域幅にかかわるもので
あるが、内径りが大きいはどＱは低くなることが実験に
よりわかった。すなわち、同軸ケーブルの太さが指向性
およびスロットのＱに効果的であることを利用して指向
性および周波数帯域に適した太さの同軸ケーブルを選択
することができる。

第１４図〜第１６図は請求項１０に記載の発明を示すも
ので、スロットＳからの放射電界は第１４図に示す如く
、線路との結合によってスロットＳに起電力が起き、そ
の結果スロットを取り巻くように電流Ｉが流れる。そし
て、その放射電界の向きＴはスロットＳの軸と直角であ
る。

ところで第１４図に示す如く、同軸ケーブルの線径が波
長に比べて細くスロットＳの中央から見たとき、スロッ
トＳを取り巻く電流Ｉの流れに対応するインピーダンス
より、同軸ケーブルの外周を１周するインピーダンスの
方が低いと、電流【は同軸ケーブルを１周する電流成分
が多くなり、放射電界Ｔは第１４図に示すように同軸ケ
ーブルの軸と直交する平面−Ｌに一致するようになって
しまう。すなわち、スロワｌ−の傾斜ｆ「１とは１１匹
関係に偏波面は同軸ケーブルの軸と直交することになり
、偏波対応の受信アンテナとはならなくなってしまつ０ そこで、第１５図に示す如く外部導体１ａがスロットの
背面で重ね合わされており、その重合部１５が絶縁相に
より絶縁されている構成によれば、同軸ケーブルの中を
伝送するモードはＴＥＭであり、スロットＳに誘電され
た起電力によって同軸ケーブルに環状に流れようとする
電力に対してインピーダンスが高くなるので好都合であ
る。

すなわち、同軸ケーブルの径は第１６図の如くＴＥＭモ
ードで可能な限り太い方が好ましく、また第１５図に示
す如くスロットＳのずテ面に外部導体の重なり面があっ
て、その重合部１５が絶縁されている同軸ケーブルによ
れば、−層スロットのイテ面に流れこむ電流を少なくす
ることができる。

第１７図に示すものは請求項１１に記載されている（ｌ
相補償回路の等価回路図である。

進行波給電式スロットアンテナにおいては、主ビームの
方向は同軸ケーブル内の伝送ｆ１″ｌ相とスロットのピ
ッチによって変化する。スロットのピッチは物理的にあ
けられ固定されるが、伝送周波数には帯域幅を持ってい
るので、ケーブル内の伝送位相は周波数とともに変化す
る。しかるに↑ビームの方向は必要とする周波数帯域内
において固定されなければならない。このｆ〜の相を補
償するには、中心導体１ｂと外部導体１３間に第１７図
に示す如き位相補償回路２０を線路の要所、要所に取り
付ける必要がある。位相補償効果は共振性素子によって
得られるが、原理的には第１７図に示す如き等価回路と
なる。すなわち、第１７ａ図は周波数に対し、そのサセ
プ・タンスを表したもので、同図のａ−ｂ間においてサ
セプタンスは右下がりの特性を持ち、この区間ａ−ｂを
利用することによって線路の位相を補償することができ
る。その結集主ビームの方向は必要帯域内において固定
され、第１７ｂ図の如くなる。

なお上記の如き位相補償回路２０を水上の同軸スロット
アンテナに実施するには第１８図に示す如く中心導体１
ｂと外部導体１３間に金属棒２０（位相補償回路２０に
相当）を介在させることにより容易に構成することが可
能である。

第１９図に示すものは請求項１２の発明に関するもので
あり、この発明にあっては１条のスロット同軸Ｃ７の軸
線に対し＋θ゜のスロットＳ、を設ける一方、他の１条
のスロット同重山Ｃ２には一θ゜のスロットＳ２を設け
て一対のスロット同軸を用意するとともに、それぞれの
放１＝１電界間の位相差を利用することにより所要の偏
波特性を得、かつ上記一対のスロット同軸ケーブルの出
力端を混合回路３０に接続することにより高利得の受信
が可能である。

第２０図に示すものは請求項１３の発明に関するもので
あり、同軸スロット１と送受信器５０とはコネクタ４０
を介して接続されるが、両者のインピーダンス幣合には
トランスフォーマ−４１を必要とする。このトランスフ
ォーマ−４１は通常中心導体の直径をある区間に亘り変
化させることによって行われるが、衛星放送の周波数で
は１／４波長が６１程度になってしまうので、コネクタ
４０の中だけでトランスフォーマ−４１を構成でき、イ
ンピーダンスの整合を取ることができる。

第２１図は請求項１４の発明に関するもので、これは同
軸スロット１のスロワ１−２ａ、２ｂと線路との結合は
その長さと傾斜ｆ（１によって決まるが偏波面を所要の
角度とすることとは独立現象である。よって、所要の偏
波特性を得るため、放射電界の偏波面を矯正する必要が
ある。そこで、本発明にあっては多数のスロワ）−６０
ａ・・・をあけた金属円筒６０、すなわちスクリーン６
０を同軸スロット１の外周に配置した。このように構成
することによって」二足スクリーンは侃波面矯正効果を
持っているので同軸スロット１と組み合わせることによ
って所要の偏波特性を得ることができる。

（発明の効果） この発明は上記の如く構戊されているため、次のような
優れた効果が奏し得られる。

（１）請求η１１記載の発明によれば、外部導体の軸線
に対し±θの傾斜角を持つスロットを設け、このスロッ
ト間隔および結合を適正にすることによって鋭い指向性
と偏波特性を得るように構成したため、優れた特性で、
かつ取り扱いやすい衛星放送、衛厘通信ならびにレーダ
ー用アンテナとして使用できる。また壁面の利用は吐造
物の性格上、１゛、下ノｊ同に細長い面が活用し易く、
同軸スロットアンテナを作ることは容易で、製造段階で
長く作ってこれを適当な長さに切断してアンテナを構戊
することができるので低コストに製造できる。

（２）請求項２に記載の発明によれば、θは±４５°に
形成されているので優れた指向合成や偏波特性を得るこ
とができる。

（３）請求項３記載の発明によれば同軸スロットアンテ
ナとパラボラアンテナ反射板を組み合わせることによっ
て、更に高利得の送・受信が可能である。

（４）請求項４記載の発明によれば、同軸スロットアン
テナの出力端を１系統の導波管に接続して、導波管内の
他相と同軸スロットの結合聞の適正化のもとに導波管混
合回路として構成したため、高利得の送・受信が可能で
ある。

（５）請求項５記載の発明によれば、メインビームの方
向と出力端子の方向との角度を９０°以下とすることに
より充分な利得を得ることができる。

（６）請求項６記載の発明によれば、スロットアンテナ
の外部導体の内径りを伝送モードからくる最大値と外部
導体に必要なスロットをあけるに必要な最小値との間に
設置したもので、衛星放送あるいはレーダ等の周波数に
おいては丁度使いやすい寸法の同軸ケーブルを活用して
スロットを切ることができ、かつ線路定数とスロットの
ｆ）Ｌ置からビームチルトを設計によって制御すること
ができる。

（７）請求項７記載の発明によれば、スロットの傾斜角
および長さを共振状態の近傍において変化させることに
よって、同軸線路とのＬ’ｉ合量を調幣し、アンテナの
開口長を６効に動作させることができる。

（８）請求項８記載の発明によれば、２条列のスロット
の給電信相とその傾斜角および２条列の間隔を利用する
ことによって所要の偏波特性に近い特性を求めることが
できる。

（９）請求項９記載の発明によれば、同軸ケーブルの太
さが指向性およびスロットのＱに相関することによって
指向性および周波数帯域に適した太さの同軸ケーブルを
選択することができる。

（１０）請求項１０記載の発明によれば、スロワ１−ア
ンテナの背面において外部導体を市ね合わせ、重合部を
絶縁させることにより同軸ケーブルに環状に流れようと
する電流に対して、インピーダンスが高くなるので偏波
特性を改善できる。

（１１）請求項１１記載の発明によれば中心導体と外部
導体との間に位相補償回路を設けたので、周波数帯域内
の指向性を固定できる。

（１２）請求項１２記載の発明によれは、１条のスロッ
トアンテナには軸線に対して＋００のスロットを設ける
一方、地条のスロットアンテナにはθ゜のスロットを形
成し、それぞれの放１・）電界の位相差を利用すること
により所要の偏波特性を得、かつ各スロットアンテナの
出力端を混合回路に接続するように構成したものである
から、高利得に円偏波を受信することができる。

（１３）請求項１３記載の発明によれば、ＩＧＩ軸スロ
スロットアンテナ信装置と接続する際にコネクタ内に内
蔵されたインピーダンストランスフォーマ−の効果によ
りインピーダンスの幣合を取ることができる。

（１４）請求項１４記載の発明によれば、同軸スロット
と偏波矯正用のスクリーンを組み合わせることによって
所要の偏波特住を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る進行波給電式１６１輔スロツ］・
アンテナの斜視図、第２図は第１因のスロットアンテナ
とパラボラ反１１板を組み合わせた状態を示す正面図、
第３図は第１図に示す同軸スロットアンテナを多数並列
配置した状態を示す正面図、第４図は第３図に示す多数
配置したスロットアンテナを家屋の壁面に取り付けた状
態を示す正面図、第５図は同軸スロットアンテナ装置の
説明図、第６ａ図、第６ｂ図は同軸スロットアンテナの
異なる出力方向によりメインローブ、サブローブとの関
係を説明するための説’１．Ｊ”Ｉ因、第７０および第
８図は１系列および２系列の同軸スロットアンテナの斜
視図、第９図は同軸スロットアンテナの断面図、第１０
図は外部導体の太さを規制する説明用の模式図、第１１
図はスロットからの数対電界がスロットの長さと傾斜角
によって変わる様子を示すグラフ、第１２図は電界の合
成によって所要の偏波特性を得るための説明図、第１３
図は同軸の直径と放射電力指向性の関係を示す１成金図
、第１４図〜第１６図は同軸スロットアンテナのスロッ
トを取り巻く電流の流れを示す説明図、第１７図はスロ
ットアンテナの中心導体と外部導体との間に介抑される
位相補償回路の等価回路図、第１７ａ図は周波数に対す
るサセプタンスとの関係を示すグラフ、第１７ｂ図は主
ビームの方向と周波数との関係を示すグラフ、第１８図
は中心導体と外部導体との間に位相補償回路を装着した
状態を示すスロットアンテナの説明図、第１９図は送・
受信方式の一列を示す構成説明図、第２０図は同軸スロ
ットアンテナのコネクタ内にトランスフォーマ−を内蔵
した状態を示す説明図、第２１図は偏波面矯正用のスク
リーンと同軸スロットアンテナ・を組み合わせた状態を
示す斜視図である。 １・・・ＩＩＩ　ｉ山スロットアンテナ１ａ・・・外部
導体 １ｂ・・・中心導体 ２ａ、２ｂ・・・外部導体にあけられたスロット４・・
・送・受信装置（衛星受信の場合はコンバータ） ５・・・混合回路、送受信装置 １０・・・混合回路 １１・・・混合回路の出力側給電線 １５・・・重合部 ２０・・・位相補償回路 ３０・・・混合回路 ４０・・・コネクタ ４１・・・インピーダンストランスフォーマ−５０・・
・送・受信器（衛星受信の場合はコンバータ） ６０・・・偏波面矯正用のスクリーン ６０ａ・・・偏波面矯正用のスロット 特許出廓人 代　理　人　弁理士 株式会社新興製作所 和　　１１１　　　成　　■す 弔 ！ 図 ！ｂ 第５図 第６ａ図 ｔつ 第６ｂ図 第７図 第８図 （′ｌジ９図 第１０図 ｉ−−一ゆ巴甲可宵２）Ｊｌ司累判ケーフ）しΦ方です Ｄ□ ８ 第１１図 ｆ！Ａ。 第１２図 第１３図 Ｄ／ＡＰ小二へ１ど如 猫向往 第１６図 第１７図 使用周波数 帯域 □電波数 第１８図 第２０図 第２１図 １ｂ ７゜ 補正の内容 手続補正書 平成１年８月２８日 特願平１ １７６１０３号 ２゜ 発明の名称 進行波給電式同軸スロワｉ・アンテナ及び送・受信方式
３゜ 補正をする者 事件との関係

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、同軸給電線の外部導体の軸線に対し、θの傾斜角を
   持つ大略共振長のスロットを形成し、そのスロットと線
   路との結合度を適正に形成することにより、所要の指向
   性および偏波特性を得るように構成したことを特徴とす
   る進行波給電式同軸スロットアンテナ。 ２、請求項１記載のスロットアンテナであって、θが±
   ４５゜の傾斜角であることを特徴とする進行波給電式同
   軸スロットアンテナ。 ３、請求項１記載の同軸スロットアンテナとパラボラ反
   射板とを組み合わせたことを特徴とする送・受信方式。 ４、請求項１記載の同軸スロットアンテナを多条並列に
   接続して面アンテナを構成するとともに、この多条の同
   軸スロットアンテナを１系統の導波管に接続して導波管
   内の位相と同軸スロットアンテナの結合度の適正化のも
   とに導波管を混合回路として構成することを特徴とする
   送・受信方式。 ５、請求項１記載の同軸スロットアンテナにおけるメイ
   ンビームの方向と出力端子の方向との角度を９０゜以下
   とすることを特徴とする送・受信方式。 ６、請求項１記載の同軸スロットアンテナであって、外
   部導体の内径Ｄが下記条件を満たしていることを特徴と
   する進行波給電式同軸スロットアンテナ。 ▲数式、化学式、表等があります▼ 上記最大条件を満足し、最少条件として下記条件を満た
   すこと １系列方式の場合は Ｄ＞（λ＿０／２π）ｓｉｎθ＿Ｍ＿Ａ＿Ｘ２系列方式
   の場合は Ｄ＞（λ＿０／２）ｓｉｎ＿Ｍ＿Ａ＿Ｘ＋Ｙ／π（但し
   εｒはケーブルの絶縁体の比誘電率、ｆは伝送周波数、
   Ｚ＿０は特性インピーダンス、Ｖ＿０は電波の空間にお
   ける速度、λ＿０は空間における波長、θ＿Ｍ＿Ａ＿Ｘ
   はスロットの軸線との最大傾斜角、Ｙは軸線Ｘ＿１−Ｘ
   ＿１とＸ＿２−Ｘ＿２の間隔である）７、請求項１記載
   の同軸スロットアンテナの共振状態近傍において、傾斜
   角θおよびスロットの長さを変化させることによって、
   各スロットからの放射電力量を制御し、アンテナ全体と
   して所要の指向性を得るため、伝送電力とスロットとを
   結合したことを特徴とする送・受信方式。 ８、請求項１記載の同軸スロットアンテナの軸線Ｘ＿１
   −Ｘ＿１およびＸ＿２−Ｘ＿２に対し、＋θと−θのス
   ロットを設けるとともに、これらスロット間の給電位相
   差を利用して所要の偏波特性を得るように構成したこと
   を特徴とする送・受信方式。 ９、請求項１記載の同軸スロットアンテナの外部導体の
   直径がスロットの放射電界指向性およびＱと相関するこ
   とを利用して指向性およびＱを制御することを特徴とす
   る送・受信方式。 １０、請求項１記載のスロットアンテナであって、スロ
   ット背面の外部導体を重ね合わせるとともに、重合部が
   絶縁されていることを特徴とする進行波給電式同軸スロ
   ットアンテナ。 １１、請求項１記載の同軸スロットアンテナの中心導体
   と外部導体との間に位相補償回路を設けたことを特徴と
   する送・受信方式。 １２、１条の同軸スロットアンテナには軸心に対し＋θ
   ゜のスロットを設ける一方、他の１条の同軸スロットア
   ンテナには−θ゜のスロットを形成するとともに、それ
   ぞれの放射電界間の位相差を利用することによって所要
   の偏波特性を得、かつ同軸スロットアンテナの出力端を
   混合回路に接続したことを特徴とする送・受信方式。 １３、同軸スロットアンテナと送・受信装置との間にコ
   ネクタを介在させるとともに、このコネクタ内にスロッ
   ト付き同軸ケーブルの特性インピーダンスと送・受信機
   の入力インピーダンスの整合をとるトランスフォーマー
   を内蔵していることを特徴とする送・受信方式。 １４、請求項１記載の同軸スロットの前面に偏波面矯正
   用のスクリーンを装備し、一次放射器として機能するよ
   うに構成したことを特徴とする送・受信方式。