JPH04284004A - 平面アンテナ - 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】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トリプレート形ストリ
ップ線路内で発生する不要波を抑圧できる平面アンテナ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、衛星を利用して画像や音声を伝送
する衛星放送が行われるようになってきた。この衛星放
送を受信するアンテナとして、パラボラアンテナと平面
アンテナが従来から知られている。今までパラボラアン
テナが主流であったが、これに代り平面アンテナが最近
注目視されつつある。この平面アンテナの中でもトリプ
レート形と呼ばれる構造のものが、放射効率の点ですぐ
れているためによく使われている。図９に従来のトリプ
レート形平面アンテナを示す。図９（ａ）は、この平面
アンテナの上面図，図９（ｂ）は、図９（ａ）の平面ア
ンテナのＡ−Ｂ間断面図を示した図、図９（ｃ）は、図
９（ａ）のＣ−Ｄ間断面図である。図９（ａ）に示され
ている通り、発泡スチロール材等の誘電体基板１０上に
２個の導体で形成された放射素子１１，１２が設けられ
ている。この放射素子１１，１２から電波が放射される
。次に詳しく内部の構造について図９（ｂ）を用いて説
明する。この平面アンテナは、３枚の誘電体基板１９，
２０，２１から成り、誘電体基板１９には、上面に放射
素子１１，１２がエッチング等で形成されている。 そして、誘電体基板２０には、上面全体に導体が形成さ
れており、各放射素子　　１１，１２と電磁界的に結合
する位置に図９（ａ）に示された形のスロット１３，１
４が形成される。このスロット１３，１４とは、この部
分から電波の出入があるため、導体を取り除いた状態と
なっている。次に誘電体基板２１には、上面に放射素子
１１，１２に給電するための給電線路１６，１６′が導
体で形成されている。図９（ａ）のように線路として形
成されておりこの給電線路１６，１６′は、給電点１７
より給電される。また、この誘電体基板２１の下面全体
は導体が形成され地導体の役割を果している。この様な
３枚の誘電体基板１９，２０，２１を順次積み重ねて平
面アンテナが構成されている。尚、この構成の他に図９
には、スルーホール１５が複数個形成されているが、こ
れについては後述する。図９（ｂ）に示されているよう
に、導体１８と地導体２２とにはさまれて給電線路１６
，１６′がこの中に存在する構成がトリプレート形と呼
ばれている。ここで、この平面アンテナの動作を述べる
。給電点１７から給電された電波はトリプレート構造の
給電線路１６，１６′を伝搬してスロット１１，１２に
入射する。この給電線路１６，１６′とスロット１１，
１２との交差部付近は電磁界が強いため、この給電線路
１６，１６′とスロット１１，１２とは容易に結合する
。更にこのスロット１３，１４は放射素子１１，１２と
結合して電波が空間に放射される。ここでは、電波の放
射の例を説明してきたが、電波は可逆性があるため受信
の場合でも同様に説明できる。

【０００３】次に、図９（ｃ）に示されている図９（ａ
）のＣ−Ｄ間断面図を用いて電磁界の分布について説明
する。トリプレート形線路は、中心の給電線路１６に流
れる電流により導体１８及び地導体２２の電磁界分布は
、等しく逆向きで等しい。ところが、導体１８面にスロ
ット１３を設けて給電線路１６と結合させた場合、結合
に寄与するのは、地導体２２から発生する電磁界だけで
スロット１３部は寄与しない。このために、アンテナに
入射した電波のうち約半分がスロットに結合せずにアン
テナの利得の低下を引き起こし、更に、放射素子を複数
並べてアレーを構成した場合は、給電線路間で不要な結
合を生じさせ、放射素子間の相互結合のためにアンテナ
の利得、放射指向性等の特性を劣化させる。

【０００４】上記の問題を解決する方法として、図９（
ａ）に示したようなスロット１３，１４それぞれの回り
を囲むように設けられた複数のスルーホールを形成して
不要波を抑圧したものがある。これは、図９（ｂ）に示
した通り、誘電体基板２０，２１の両方とも貫通するよ
う穴を開けてこの穴に導体を入れて導体１８と地導体２
２とを導通状態にさせたものである。このような穴はス
ルーホールと呼ばれ、これをスロットの回りに多数形成
した構成にしている。これにより、不要波が他の放射素
子に結合する度合が減少し、放射素子間の相互結合のた
めのアンテナの利得、放射指向性等の特性向上が図れる
とされてきた。しかしながら、このような構成の平面ア
ンテナの反射損失と相互結合について測定を行った結果
、図１０（ａ）に示した通り、アンテナ固有の共振周波
数（同図では３に示した位置の周波数）以外に多数の共
振周波数が発生し、図１０（ｂ）に示した通り、これら
の共振周波数に対応して約−１０ｄＢ程度の給電線路間
の結合が生じている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上述べてきたように
、従来のアンテナ装置では、スロットの回りを囲むよう
多数のスルーホールを設けて、このスルーホール内に導
体を挿入していた。しかし、スロットの回りにスルーホ
ールを設けることで、トリプレート形ストリップ線路内
に発生する不要波を抑圧することには限界があった。 本発明は、スルーホールの数を減らしかつ、不要波を抑
圧できる平面アンテナに関する。 ［発明の構成］

【０００６】

【課題を解決するための手段】以上述べてきた課題を解
決するために、本発明においては、第１の導体層と、こ
の第１の導体層上に第１の誘電体層を介して設けられた
給電線路と、この給電線路上に第２の誘電体層を介して
設けられた第２の導体層と、この第２の導体層に給電線
路と電磁界的に結合するように形成された矩形状をした
複数のスロットと、第２の導体層上に第３の誘電体層を
介して設けられ、各スロットと電磁界的に結合するよう
に形成された複数の放射素子とで構成されて成り、各ス
ロットと給電線路とが空間上で交差する交差部の四隅近
傍に加え、給電線路近傍に第１の導体層と第２の導体層
とを導通させる手段が設けられたことを特徴とするもの
である。

【０００７】

【作用】第１の導体と第２の導体とその間に第１及び第
２の誘電体層を介して形成された給電線路とで、トリプ
レート線路が構成されている。これにより平面アンテナ
の各放射素子の放射特性を向上させることができる。平
面アンテナでは、各放射素子で発生する不要波が他の放
射素子に伝搬して結合し放射特性を劣化させる。そこで
各スロットと給電線路とが空間上で交差する交差部の四
隅近傍に加え給電線路近傍にもトリプレート導体間を導
通させる手段を設けて、不要波の伝搬を阻止すると共に
各放射素子間の結合を防止している。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。図１（ａ）には、本発明の一実施例である平面
アナテナの上面図が示されている。また、図１（ｂ）に
は、図１（ａ）のＡ−Ｂ間断面図が示されている。図１
（ａ）に示されている通り、誘電体基板１上に導体で形
成された例えば円形の放射素子２が設けられている。内
部の構成については、図１（ｂ），図２に示されている
通り、この平面アンテナは、一例ではあるが、３枚の誘
電体基板１，４，７と導体でできた地導体８とからなる
。誘電体基板１の上面には導体でできた放射素子２が形
成されている。そして、誘電体基板４の上面には、全面
導体３が形成されており、放射素子２と電磁界的に結合
する位置に穴を開けた構成のスロット５が形成されてい
る。次に誘電体基板７の上面には導体でできた給電線路
６が形成されている。その次に導体でできた地導体８が
ある。この様な基板を順番に積み重ねた構成をしている
。この構成において、給電線路６近傍に導体３と地導体
８とが導通状態となる様に、複数のスルーホールの穴９
が開けられてその中に導体を流し込んだ構成を形成させ
ている。これは一例であり、スルーホールの穴９に導体
でできたピンを差し込んだ構成をとってもよい。本明細
書中では導体３と地導体８とを導通状態にする手段をス
ルーホールと呼ぶ。このスルーホールの位置は、給電線
路６近傍に設けられる。この近傍に設けることで不要波
を抑圧できる。抑圧できる特性向上については後述べる
。

【０００９】次に図３の（ａ）〜（ｄ）に給電線路６と
スロット５の交差部に導体３と地導体８を導通状態にす
るスルーホール９を設ける位置と本数を変えた４通りを
示す。スルーホール９と給電線路及びスロットとの距離
は、Ｐ１＝Ｐ２＝５ｍｍ，Ｐ３＝Ｐ４＝７ｍｍと設定し
ている。この各々について図４（ａ）（ｂ），図５（ａ
）（ｂ），図６（ａ）（ｂ）に反射損失及び相互結合そ
れぞれの特性を示した。図７には相互結合の特性のみが
示されている。図４（ａ），（ｂ）に示されている様に
この場合はスルーホールが無いものである。アンテナ固
有の共振周波数は、マーカー１に示されている。同図か
ら明らかな通り、マーカー２，３，４には不要な共振周
波数がでている。相互結合の特性を示す図４（ｂ）から
明らかな通り、アンテナ固有の共振周波数の部分でも−
１４．１１ｄＢ程度の不要な放射素子間の結合が生じて
いることがわかる。これを図３（ｂ）の様にスルーホー
ルを２個設けると、図５（ａ）に示されている通り不要
な共振波が生じるが、図５（ｂ）に示されている相互結
合の特性では、アンテナ固有の共振周波数の部分で−１
７．２０６ｄＢ程度となり、３ｄＢ程改善されることが
わかる。更にスルーホールを給電線路とスロットの交差
部の四角近傍に設けると、図６（ａ）に示されている通
り、反射損失の特性で不要な共振周波数もほとんどなく
なっている。 図６（ｂ）でも明らかであるが、アンテナ固有の共振周
波数の部分で−１９．７４７ｄＢ程度まで改善される。 従来のアンテナでは−１４．０２　ｄＢ程度であったも
のが３ｄＢも改善され特に、不要な共振周波数がでてい
ない点特性も向上している。次に給電線路６に沿って８
個のスルーホールを設けた場合の相互結合が図７に示さ
れている。このアンテナ固有の共振周波数の部分で−１
９．５９５ｄＢと改善され、給電線路とスロットとの交
差部の四角近傍にスルーホールを設けた場合と同様の特
性が得られた。

【００１０】以上の結果から、従来スロットの回りを完
全に囲むようにスルーホールを設けたものより給電線路
スルーホールを設けるか、給電線路に沿って、その近傍
にスルーホールを複数設けることによって不要波の発生
を抑圧できることがわかった。また、図８に示した通り
、上記スルーホールの位置は、図８（ａ），（ｃ）に示
した様に、給電線路とスロットが交差する四角近傍であ
り、四角のすぐそばでなくても同様の効果は得られる。 また、図８（ｂ）の様に、給電線路近傍に設けても効率
が向上するので、これも給電線路のすぐそばでなくても
同様の効果は得られる。

【００１１】尚、以上の実施例では、放射素子を正方形
としたが、これに限定されず円形、矩形、楕円等の他の
形状であってもよい。またスルーホールは、スロットや
給電線路に必ずしも平行である必要は無い。更に、導通
させる手段であるスルーホールは、導体をスルーホール
に流し込む形態のものでも金属導体を差し込むものを用
いても良い。また、スルーホール間の間隔やスルーホー
ルと給電線路とスロットとの間隔は、任意で良い。また
、誘電体基板で説明したが、空気層であっても良い。

【００１２】また、ここでは放射素子間の結合として説
明してきたが、この方式は給電線路と給電線路をスロッ
トを介し電磁気的に結合させる層間接続部で生じる不要
波を抑圧する手段としても用いることができる。

【００１３】

【発明の効果】以上述べてきた様に、本発明の平面アン
テナでは、従来の様に、平面アンテナの各放射素子のス
ロットの回りにスルーホールを形成したものよりも、各
スロットと給電線路とが空間上で交差する交差部の四隅
に加え、給電線路近傍にスルーホールを形成したことに
より放射素子間の相互結合特性をより一層向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の一実施例を示した図。

【図２】　　図１の内部構成を示した図。

【図３】　　スルーホールの位置と本数を変えた構成を
示した構成図。

【図４】　　図３に示した一構成における反射損失と相
互結合の特性を示した図。

【図５】　　図３に示した一構成における反射損失と相
互結合の特性を示した図。

【図６】　　図３に示した一構成における反射損失と相
互結合の特性を示した図。

【図７】　　図３に示した一構成における相互結合の特
性を示した図。

【図８】　　本発明の他の実施例を示した図。

【図９】　　従来例を示した図。

【図１０】　　従来例の反射損失と相互結合の特性を示
した図。

【符号の説明】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　第１の導体層と、この第１の導体層上
   に第１の誘電体層を介して設けられた給電線路と、この
   給電線路上に第２の誘電体層を介して設けられた第２の
   導体層と、この第２の導体層に前記給電線路と電磁界的
   に結合するように形成された矩形状をした複数のスロッ
   トと、前記第２の導体層上に第３の誘電体層を介して設
   けられ、前記各スロットと電磁界的に結合するように形
   成された複数の放射素子とで構成されて成り、前記各ス
   ロットと前記給電線路とが空間上で交差する交差部の四
   隅近傍、及び前記給電線路近傍に前記第１の導体層と前
   記第２の導体層とを導通させる手段が設けられたことを
   特徴とする平面アンテナ。