JPH04170803A

JPH04170803A - 平面アンテナ

Info

Publication number: JPH04170803A
Application number: JP29723490A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Kawabata; 一彰川端; Hisashi Sawada; 沢田　寿
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-11-05
Filing date: 1990-11-05
Publication date: 1992-06-18
Anticipated expiration: 2015-01-24
Also published as: JP3002252B2

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、衛星放送受信用及び衛星を用いた移動通信用
等に利用される平面アンテナに関する。

（従来の技術）近年、人工衛星を介して送信される放送番組を受信する
時や衛星を利用した移動体通信時に用いられるアンテナ
としてパラボラアンテナが利用されていた。最近は、薄
型軽量で、安価に大量生産が可能であることからパラボ
ラアンテナに代り平面アンテナが利用されつつある。平
面アンテナも低価格化が要求される衛星放送直接受信や
衛星移動体通信用のアンテナとして、また小型軽量化が
要求される航空機等のレーダ受信用のアンテナとして広
く用いられている。このように平面アンテナが小型化さ
れるのと同時に、平面アンテナ内の能動回路素子を組み
込んで一体化させた能動回路素子内蔵タイプの平面アン
テナの研究開発も行なわれている。

平面アンテナと能動回路素子とを一体化した平面アンテ
ナの構成法としては第８図に示されたコプレナー線路（
平面アンテナの同一平面上に形成した給電線路の地導体
と中心導体で構成した線路をいう）を用いた方式が知ら
れている。この方式は、給電線路の地導体が中心導体と
同一平面上にあるため、同一平面上にない場合に比べて
能動回路素子とこれらの導体部との接続が容易である点
、また、地導体と中心導体とが別の基板に形成されてい
る平面アンテナでは基板どうしの接続にスルーホール等
の機械的工作が必要となるが、同一平面上に地導体と中
心導体を形成することで、スルーホール等の機械的工作
が軽減でき、安価に平面アンテナが製造できる点等の利
点をもっている。

（この２点については、参考文献Ｊ、　Ｌ　Ｇｒｅｉｓ
ｅｒ。

ＣｏｐＱａｎａｒ　５ｔｒｉｐＱｉｎｅ　Ａｎｔｅｎｎ
ａ”、　　ＭｉｃｒｏｗａｖｅＪｏｕｒｎａＱＯｃｔｏ
ｂｅｒ、　１９７６の記載参照）ここで、第８図を用い
て従来技術を説明する。第８図（ａ）には、コプレナー
線路を用いた平面アンテナの外観図が示されており、同
図（ｂ）には、第８図（ａ）のＡ−Ｂ間断面図が示され
ている６誘電体基板４６の片面に銅のような導体をエツチングに
より同図（ａ）に示したとおりのパターンを形成する。

つまり、誘電体基板４６上面の同一面上にはコプレナー
線路の中心導体４２とスロット放射素子４５とを接続し
たものと、コプレナー線路の地導体４３とからなるコプ
レナー線路４１を導体で形成している。このコプレナー
線路の中心導体４２とスロット放射素子４５とを接続し
たものと、コプレナー線路の地導体４３とは、同図（ａ
）に示したとおり絶縁状態となっている。このような構
造をとることにより、コプレナー線路４１の中心導体４
２から供給されたＲＦ倍信号、スロット放射素子４５を
介して空中へ放射される。このスロット放射素子４５は
。

この周りからみかけ上電波が放射される磁流型ループア
ンテナとして動作する。また、誘電体基板４６の下面に
は導体を一面全体に形成した地導体４４が設けられてい
る。この地導体４４は、スロット放射素子４５から放射
される電波の指向性パターンのバックローブを低減させ
単方向指向性を得るためのものである。この平面アンテ
ナを断面的にみた同図（ｂ）によりこの構造はもっと明
らかなものとなる。

しかし、上述してきた従来のコプレナー線路を用いた平
面アンテナでは、スロット放射素子４５とコプレナー線
路の中心導体４２とが直接接続されているため整合がと
りにくい。なぜならば、整合をとるためには、コプレナ
ー線路の中心導体４２の長さを変えたり、このコプレナ
ー線路の中心導体４２の太さを変えることが必要となる
。しかしながら。

この場合スロット放射素子４５とコプレナー線路の中心
導体４２とが接続されているために長さを変えることは
できない、その代りに、１／４波長変成器を接続して整
合をとることは可能ではある。太さについては、スタブ
用線路をコプレナー線路の中心導体４２を左右どちらか
に形成して整合をとることができる。どちらの方法も構
成が複雑になる。

一般的に、平面アンテナは、第８図に示された構成の素
子を、何素子かで構成することで、実用化されている。

この時に、上述した方法では一素子分の太さが大きくな
り、素子間隔を狭く形成しなければならないビームスキ
ャンニング機能を有するフェーズドアレーアンテナにお
いては、素子の配列が困難になる。更には、能動回路素
子をスロット放射素子の近くには配置できないため、送
信電力の放射効率の低下及びＧ／Ｔ　（雑音と温度の比
）の劣化が問題となる。

もう一つは、第８図に示した平面アンテナでは、コプレ
ナー線路の中心導体４２とスロット放射素子４５とが同
一平面上に形成されているため、線路からの不要放射を
抑圧することと、所望の放射指向性パターンを得ること
とを同時に満足させることは難しい。つまり、線路から
の不要放射を抑圧するためには、誘電体基板４６の誘電
率を高くすればよいが、このようにすると、反対にスロ
ット放射素子４５の大きさを小さくしなければならない
。従って、アナテナ自体の壽域が狭くなってしまう。

一方、誘電率を低下すると線路からの不要放射が増大し
、アンテナの指向特性に悪い影響を与えてしまう。

（発明が解決しようとする課題）以上述べてきたように、従来のコプレナー線路を用いた
平面アンテナでは、放射素子と給電線路とが直接接続さ
れているために、整合がとりにくいという欠点がある。

更に、整合回路をこの平面アンテナに設けるには、構造
が複雑になる。また、線路からの不要放射を抑圧し、所
望の放射指向性パターンを得ることが困難であるという
問題が生じる。

本願発明は、上述してきたような問題点に鑑みてなされ
たもので、誘電体基板の上下面にそれぞれ別々に放射素
子と中心導体を形成することで、平面アンテナの構成を
単純化しつつ、給電線路と放射素子との整合を容易にと
ることができ、給電線路からの不要放射を軽減し所望の
指向特性が得られる平面アンテナを提供することを目的
とするものである。

〔発明の構成〕

（Ｗ題を解決するための手段）上述した課題を解決するために本発明においては、誘電
体基板と、この誘電体基板の一方の面に設けられた導体
からなる放射素子と、この誘電体基板の他方の面に放射
素子と電磁界的に結合させるように設けられた給電線路
と、この他方の面の内、他方の面に設けられている給電
線路以外の部分には、給電線路と絶縁分離されて設けら
れている導体とを備えたことを特徴とするものである。

この絶縁分離とは、給電路と導体とが互いに絶縁状態で
分離されていることをいう。

（作　用）本発明では、放射素子と給電線路及び接地導体とが誘電
体基板のそれぞれの異なる面に形成されているため、両
者の結合は導体等を用いた直接的な結合を使用していな
いので平面アンテナの整合がとり易くなる。また、この
両者は電磁界的に非接触型の結合を用いているので１両
者それぞれ別々に形成できるため設計の自由度は増す、
そして、この構成により放射素子と給電線路間の整合。

線路からの不要放射及び放射素子の指向性歪みの軽減、
広帯域化、高利得化が容易に図れるようになる。

（実施例）以下に、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。第
１図（ａ）は、本発明である平面アンテナの一実施例を
示した図である。また、第１図（ｂ）は、第１図（ａ）
のＡ−Ｂ間断面図を示した図である。第１図（ａ）に示
された通り、誘電体基板２上面に４つの放射素子１　、
１０．１１．１２が銅等の導体で例えばエツチング等で
形成されている。この誘電体基板２の下面には、第１図
（ｂ）に示されている通り一面に銅等に導体を例えばエ
ツチング等で形成し、その後で中心導体３の部分と接地
導体４の部分とを絶縁するために導体を溶かして絶縁部
１４を形成している。この中心導体３は放射素子１゜１
０、１１．１２と誘電体基板２を介して上下面に形成さ
れており両者共カップリングがとれるような構成となっ
ている。この中心導体３と放射素子１゜１０、１１．１
２を異った面に形成していることにより中心導体３の太
さや長さを変えやすくなり中心導体３と放射素子１　、
１０．１１．１２との整合が同一平面上に構成していた
時よりとりやすくなる。また、この平面アンテナの構成
にすることで、放射素子１　、１０．１１．１２と中心
導体３の接続する必要がなくなりスルーホール形成の作
業工程がいらない。

ここで言う中心導体３は、給電を行うためのものであり
、給電線路とも呼ばれる。

この構成の平面アンテナの試作結果を以下に示す。この
試作した平面アンテナのパラメータは以下の通りである
。

誘電体層の厚さ＝０．８ｍ＋誘電率＝　２．５５放射素
子の大きさ＝２７．６ｍＸ２７．６ｍ＋の正方形コプレ
ナー線路＝５０オーム系コプレナー線路の放射素子エツジから終端までの長さ＝　１８．８ｗｎ本試作平面アンテナの反射特性及び放射指向性に関する
測定結果を第２図及び第３図にそれぞれ示す、第２図か
ら明らかなうように、本試作平面アンテナにおいては１
周波数が３．２６（ＧＨｚ）で約−２５（ｄＢ）の反射
特性が得られており、良好な整合が実現されている。ま
た、第３図に示す放射指向性結果から、交差偏波の指向
特性図の面積が小さくなっていることから交差偏波も小
さく、バックローブが−２２［ｄＢ］程度の指向性パタ
ーンが得られていることがわかる。また、正偏波の指向
性の歪みや交差偏波成分が小さいことから、線路からの
不要放射も少ないことが分かる。このように本発明の平
面アンテナの構成で、良好な整合特性及び放射指向性が
得られる事が分かる。さらに、放射素子１と給電線路が
非接触のため、放射素子１と給電線路を接続するスルー
ホール形成の作業工程がいらず、すべてエツチングで製
造できる。その結果、本発明の平面アンテナを安価に製
造することができる。

第４図は、中心導体を形成した面に誘電体基板を付加し
た平面アンテナの他の実施例が示されている。つまり誘
電体基板２の上面に放射素子１が導体等で形成されてい
る。また、下面には接地導体４と中心導体３が形成され
ており両者は絶縁状態になっている。この中心導体３と
接地導体４とが形成されている面にもう一枚誘電体基板
５を接続させて積層した平面アンテナを構成させている
。

この構成においては、誘電体基板５の誘電率を誘電体層
基板２のそれよりも高く設定することにより、線路から
の空間への不要放射をさらに軽減することができる。一
方、放射素子に関しては、放射素子１側の誘電体基板２
の誘電率を低く設定できるため、放射素子１の広帯域化
や高利得化を図ることができる。この様な２層構造によ
り、給電線路と放射素子の各々に適合した誘電率を選択
することができ、設計の自由度が増すと同時に。

良好な放射指向性を得ることができる。さらには、放射
素子１と誘電体基板２から構成される部分と、能動回路
素子が配置されるコプレナー線路と誘電体基板５から構
成される部分とを別個に製造することができ、能動回路
素子の動作試験が行いやすいという利点も有する。

次に第５図に本発明の他の実施例を示す。この平面アン
テナでは、第４図に示した平面アンテナの誘電体基板５
の下面に接地導体６を形成しているものである。

この様な第二の接地導体６を設けることにより、アンテ
ナを支持する筐体をこの接地導体６の側におくことがで
きると共に、コプレナー線路の中心導体３が存在する面
に能動回路素子を配置した場合に、この能動回路素子の
接地導体としても用いることができる。また、この様な
構成を取ることにより、指向性を放射素子側のみの単方
向性にすることができる。更に、接地導体６により中心
導体３の給電を放射素子１に集中させることができる。

第６図には、更に本発明の他の実施例を示す。

同図（ａ）には、平面アンテナの上面図が示されており
、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ｂ間断面図が示され
ている。この実施例を同図（ｂ）を用いて説明する。誘
電体基板２の上面に放射素子１が形成されており、下面
には、放射素子１の真下にスリット７を形成し、全面を
導体等でエツチングする。

これが接地導体６である。そして、その下に誘電体基板
５が設けられている。この誘電体基板５の下面には中心
導体３と接地導体４が形成されており、この両者は互い
に絶縁状態になるよう構成されている。この様な構成に
より、放射素子１側への線路からの不要放射を回避する
ことができる。

また１発熱が問題となる能動素子をコプレナー線路の中
心導体３の側に配置した場合に、放熱に関して有利な構
造となっている。

更に第７図に、他の実施例が示されている。同図（ａ）
には、平面アンテナの上面図が示されている。同図（ｂ
）には、同図（ａ）のＡ−Ｂ間断面図が示されている。

同図（ｃ）には、中心導体上に能動回路素子を形成させ
た場合の図が示されている。同＠（ｂ）に示した通り誘
電体基板２上面に放射素子１を前述した実施例の方法と
同様に形成し、下面には、中心導体３と接地導体４とが
形成されており両者は互いに絶縁状態に構成されている
。同図（ｃ）には、中心導体３の途中を接断して両方の
中心導体３を能動回路素子を介して接続させている。

同図に示すように、能動回路素子８は、放射素子１の近
傍に配置することができ、給電線路損失の軽減が可能と
なる。その結果、送信電力を高効率で放射素子１に供給
できると共に、線路からの熱雑音を低減し、アンテナの
Ｇ／Ｔを高くすることができる。また、コプレナー線路
を接地導体４が中心導体３と同一平面上に存在するため
、マイクロストリップ線路を用いたような場合に比較し
て、能動回路素子８の接地が容易で浮遊容量の影響を軽
減できる。さらに、スルーホール作製のための機械的工
作も軽減できる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではない。

例えば、第１図においては、放射素子の形状を正方形と
したが１円形、長方形、三角形等の形状の放射素子を用
いてもよい。また、上記実施例においては、誘電体基板
は１層としたが、誘電率の異なる誘電体の多層構造とし
てもよい、さらに、コプレナー線路の電磁界結合部分の
線路幅は、給電線路とそれと異なっていてもよいし、ま
た、電磁界結合部のコプレナー線路の終端形状を矩形等
にしてもよい。

このように、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で種
々変形して用いることができる。

〔発明の効果〕

以上詳述してきたように本発明によれば、放射素子と給
電線路とが誘電体基板の異なる面に形成されているので
給電線路の長さや太さを変えるだけで放射素子と給電線
路間の整合を容易にとることができる。

更には、給電線路からの不要放射と積結特性歪の軽減が
図れ、広帯域化、高利得化を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示した図、第２図は本発明
の平面アンテナの周波数特性を示した図、第３図は本発
明の平面アンテナの放射特性を示した図、第４図は本発
明の他の実施例を示した図、第５図は本発明の他の実施
例を示した図、第６図は本発明の他の実施例を示した図
、第７図は本発明の他の実施例を示した図、第８図は従
来例を示した図である。１　、１０．１１．１２・・・放射素子３・・・中心導
体２．５・・・誘電体基板４．６・・・接地導体代理人　弁理士　　則　近　憲　佑尋９に第１図１白島波第３図第４図第５図第６図４５スＯヲｌ−７１１Ｊ丁宴１ト／

Claims

【特許請求の範囲】

（１）誘電体基板と、前記誘電体基板の一方の面に設けられた導体からなる放
射素子と、前記誘電体基板の他方の面に前記放射素子と電磁界的に
結合させるように設けられた給電線路と、前記他方の面
の前記給電線路以外の部分に前記給電線路と絶縁分離さ
れて設けられている導体とを備えたことを特徴とする平
面アンテナ。
（２）前記給電線路の先端は、前記放射素子を投影した
場合のほぼ中心部分に位置させるように構成したことを
特徴とする請求項１記載の平面アンテナ。