JPH05102724A

JPH05102724A - ラジアルラインスロツトアンテナ

Info

Publication number: JPH05102724A
Application number: JP3193295A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Okazaki; 康弘岡崎; Tatsuhiro Okano; 達弘岡野; Masanori Suzuki; 正則鈴木; Yuji Numano; 雄司沼野
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1991-08-01
Filing date: 1991-08-01
Publication date: 1993-04-23

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】アンテナ効率を低下させることなく直線偏波
共用としたラジアルラインスロットアンテナを実現す
る。【構成】水平偏波に共鳴する第１のスロットＳＬ_１と
垂直偏波に共鳴する第２のスロットＳＬ_２とから構成さ
れる十字形スロットＳＬが上部導体板の中心から径方向
間隔を管内波長λｇとする複数の同心円上に順次配設さ
れ、この十字形スロットは、第１のスロットＳＬ_１の長
さが前記同心円上の円周方向に沿って水平軸上から垂直
軸へ向かうに連れて漸増し、第２のスロットＳＬ_２の長
さが前記垂直軸から前記水平軸に向かうに連れて漸増す
るスロット形状となるので、開口面における同位相／同
振幅条件を満たす。この結果、ラジアルラインスロット
アンテナ効率を低下させることなく、該アンテナを直線
偏波共用にすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】【産業上の利用分野】

【０００１】この発明は、平面アンテナに関し、特に、
衛星放送や衛星通信などの準ミリ波帯に用いて好適なラ
ジアルラインスロットアンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、衛星通信あるいは衛星放送等にお
いては、パラボラアンテナが用いられてきたが、近年、
このパラボラアンテナと同等の性能を有する平面アンテ
ナが各種実用化されている。この種の平面アンテナの
内、特に、ラジアルラインスロットアンテナの一構成例
を図６に示す。

【０００３】この図に示すラジアルラインスロットアン
テナ１（以下、アンテナ１と略す）において、２は該ア
ンテナ１の背面側を構成するフレームである。このフレ
ーム２は、金属導体により形成されたものであって、正
面視円形を呈し、上部が広く開口された偏平容器形状を
成している。３は多数のスロット（図示略）が配設され
るスロット板である。５は発泡プラスチックシートで形
成される低発泡誘電体であり、上記フレーム２とスロッ
ト板３との間に介挿されてなる。このスロット板３の直
径は、フレーム２の開口内径より若干小径に形成されて
おり、また、低発泡誘電体５の直径も同様にこのスロッ
ト板３と略同径に形成されている。

【０００４】このスロット板３とフレーム２とは、低発
泡誘電体５が充填された形のラジアル導波路６を構成し
ている。ここで、この低発泡誘電体５の誘電率をεとす
ると、ラジアル導波路６における伝送波の管内波長は、
空間波長に対して１／√εだけ短縮される。このため、
この低発泡誘電体５は遅波回路と呼ばれる。

【０００５】４は上述したラジアル導波路６の中心に給
電するよう配設された給電部としての同軸線路である。
この同軸線路４の中心導体は、ラジアル導波路６内まで
伸長してプローブ４ａを形成しており、該同軸線路４か
ら供給される電力である伝送波をラジアル導波路６の中
心から周辺に向う放射状に伝搬させる。７はこのアンテ
ナ１の前面を覆いつつ、フレーム２と共に、このアンテ
ナを密閉構造とするレドームである。レドーム７は、フ
レーム２に対し外嵌された状態で設けられており、その
嵌合部におけるレドーム７内面とフレーム２外面との間
には、シール機能および接着作用を有したシーリング剤
９が介在されている。これにより、フレーム２とレドー
ム７とが密閉空間を形成する。すなわち、このレドーム
７は、フレーム２と相まってアンテナ１の内部を密閉構
造としている。

【０００６】このレドーム７とスロット板３との間に
は、誘電率が空気と同等の高発泡材のスペーサ８が充填
されており、これによりスロット板３を低発泡誘電体５
に密着させ、かつ、フレームとの距離を一定に保持して
これらの電気的性能を安定化させている。１０はフレー
ム２とレドーム７との接合部を覆うように設けられた外
周保護用ゴムリングである。この外周保護用ゴムリング
１０は、このアンテナ１の運搬あるいは施工時等におい
て、該アンテナ１を衝撃などから保護すると共に、デザ
イン上から周縁部にアクセントを与えるものとなってい
る。

【０００７】上記構造によるラジアルラインスロットア
ンテナ１によれば、同軸線路４から供給される電力であ
る伝送波（ＴＥＭ波）が、プローブ４ａを介してラジア
ル導波路６へ進行し、当該導波路６の中心から周辺部へ
と放射状に軸対称外向きの円筒波となって伝搬する。そ
して、その大部分はスロット板３に配設されたスロット
アレイを励振して空間へ放射される。このようなラジア
ルラインスロットアンテナ１にあっては、スロット板３
に配設される各スロットの形状およびその配置に応じて
偏波が決まる。例えば、所定のスパイラル線上に互いに
位相が９０度異り、偏波面が直交するように“ハ"の字
状のスロットを順次配設させた場合には、該スロット対
からの放射波の合成が円偏波となって放射される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、通信衛星で
は、垂直偏波と水平偏波とを同時に使用する偏波共用方
式が採られている。このため、上述した従来のラジアル
ラインスロットアンテナをこの偏波共用方式に適用させ
るには、このアンテナおよび給電部を垂直／水平偏波共
用のものにする必要がある。

【０００９】しかしながら、上述したラジアルラインス
ロットアンテナにおいては、例えば、垂直または水平偏
波の伝送波を給電しても、同軸線路４を介することによ
り軸対称のＴＥＭ波に変換されてしまう。この結果、単
一の偏波、すなわち、スロット板８のスロット形状に依
存した偏波面だけが放射されるので、偏波共用にするこ
とができないという問題があった。加えて、偏波共用に
する際には、開口能率等のアンテナ効率を低下させない
ようにする必要もある。この発明は上述した事情に鑑み
てなされたもので、アンテナ効率を低下させることなく
偏波共用としたラジアルラインスロットアンテナを提供
することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
あっては、等間隔に対向配置された上部導体板と下部導
体板から構成され、その管内波長がλｇとなるラジアル
導波路と、このラジアル導波路内へ電力を供給する給電
部とを具備するラジアルラインスロットアンテナにおい
て、前記上部導体板の中心から径方向間隔が前記管内波
長λｇとなる複数の同心円上に順次配設されるスロット
であって、水平偏波に共鳴する第１のスロットと垂直偏
波に共鳴する第２のスロットとが同一位置に形成された
十字形スロットを具備し、前記十字形スロットは、前記
第１のスロットの長さが前記同心円上の円周方向に沿っ
て水平軸上から垂直軸へ向かうに連れて漸増し、前記第
２のスロットの長さが前記垂直軸から前記水平軸に向か
うに連れて漸増するスロット形状となることを特徴とし
ている。

【００１１】また、請求項２に記載の発明によれば、前
記十字形スロットは、前記上部導体板の中心から径方向
へ進むに連れて前記第１および第２のスロットの長さが
順次増加し、かつ、この十字形スロットが配設される前
記同心円の間隔が順次減少することを特徴としている。

【００１２】

【作用】上記構成によれば、水平偏波に共鳴する第１の
スロットと垂直偏波に共鳴する第２のスロットとから構
成される十字形スロットが上部導体板の中心から径方向
間隔を管内波長λｇとする複数の同心円上に順次配設さ
れ、この十字形スロットは、第１のスロットの長さが前
記同心円上の円周方向に沿って水平軸上から垂直軸へ向
かうに連れて漸増し、第２のスロットの長さが前記垂直
軸から前記水平軸に向かうに連れて漸増するスロット形
状となる。これにより、開口面における同位相／同振幅
条件を満たすため、アンテナ効率を低下させることな
く、直線偏波共用にすることが可能になる。さらに、前
記十字形スロットのスロット長を、上部導体板の中心か
ら径方向へ進むに従って順次増加させ、かつ、この十字
形スロットが配設される前記同心円の間隔を順次減少さ
せることによって、より高性能となる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例につ
いて説明する。図１はこの発明の一実施例によるラジア
ルラインスロットアンテナの構造を示す断面図である。
この図において、１１は垂直偏波および水平偏波の各偏
波をそれぞれ独立して同時に伝送可能とする円形導波管
である。１２はコニカルホーンであり、この円形導波管
１１の基本姿態であるＴＥ₁₁波を拡散させる。そして、
前記コニカルホーン１２および円形導波管１１とで、給
電部が構成される。１３は円板状の導体で形成される頂
点整合板である。この頂点整合板１３は、円形導波管１
１の管軸を中心として前記コニカルホーン１２の開口面
に対向する位置に配設される。この頂点整合板１３の上
面には、これと同心軸の導体円柱と、該円柱の先端に配
設された導体小円筒とから形成される整合ポスト１４が
設けられている。

【００１４】１５はこのアンテナの背面側を構成するフ
レームである。このフレーム１５は、金属導体により形
成されたものであって、正面視円形を呈し、上部が広く
開口された偏平容器形状を成している。１６はスロット
板であり、金属円板にエッチング加工等によって形成さ
れたスロットアレイ（後述する）が配設される。１７は
上記フレーム１５とスロット板１６との間に充填される
低発泡誘電体である。１８はこのスロット板１６とフレ
ーム１５とから構成されるラジアル導波路である。ここ
で、このラジアル導波路１８に介在する低発泡誘電体１
７の誘電率をεとすると、ラジアル導波路１８における
伝送波の管内波長λgは、空間波長λの1/√εだけ短縮
される。このため、この低発泡誘電体１７は遅波回路と
呼ばれる。

【００１５】１９はアンテナ正面を覆いつつ、フレーム
１５の周縁との接合部をシリコン系樹脂剤でシーリング
し、このアンテナを密閉構造とするレドームである。こ
のレドーム１９とスロット板１６との間には、高発泡材
のスペーサ２０が充填されており、これによりスロット
板１６を低発泡誘電体１７に密着させ、かつ、フレーム
１５との距離を一定に保持して電気的性能を安定化させ
ている。２１はフレーム１５とレドーム１７との接合部
を覆うように設けられた外周保護用ゴムリングである。
この外周保護用ゴムリング２１は、運搬あるいは施工時
等において、このアンテナを衝撃などから保護する。

【００１６】このような構造において、円形導波管１１
に供給される電力である伝送波（ＴＥ₁₁波）は、コニカ
ルホーン１２によって拡散され、この内の大部分がラジ
アル導波路１８へ進行する。そして、一部の伝送波は、
コニカルホーン１２の開口面に正対する領域からのリア
クションによって円形導波管１１へ反射されるが、これ
は頂点整合板１３で打消される。すなわち、コニカルホ
ーン１２が見込む角度範囲内の領域からのリアクション
と、頂点整合板１３からの反射量とが相等しく、かつ、
それら反射波の位相が互いに逆相となるため、このリア
クションが打ち消される。

【００１７】一方、ラジアル導波路１８に進行した伝送
波は、該導波路１８の中心から周辺部へ放射状に伝搬す
る過程で上述したスロット板１６の各スロットアレイを
励振し、前方に放射される。ここで、このスロットアレ
イから放射しきれない残留波は、このアンテナの周縁部
に設けられたギャップＧを介して反射され、前面へ放射
される。また、ラジアル導波路１８の各部で発生する反
射波は、頂点整合板１３の中心に設けられ、先端をロー
ディングした整合ポスト１４によって打される。これに
より、整合ポスト１４および頂点整合板１３は、円形導
波管１１における入力端の反射損失を改善し、円形導波
管１１から供給された伝送波が滑らかにスロット板１６
の前方に放射される。

【００１８】なお、水平／垂直両偏波を独立して同時に
給電できる今一つの給電部として導波路に正方形導波管
を用いることができる。この正方形導波管を用いる場合
には、上述した構成におけるコニカルホーン１２をピラ
ミダルホーンに、円形導波管１１を正方形導波管に、伝
送姿態波を正方形導波管のＴＥ₁₀波とそれぞれ置き換え
ることで、円形導波管給電の場合と全く同等に取扱うこ
とができる。

【００１９】ところで、平面アンテナの効率を最大とす
るには、次の２つの条件を満足させる必要がある。すな
わち、アンテナの開口面から放射される電波の位相を
同じくする（同位相条件）。アンテナの開口面から放
射される電波の振幅をこの開口面全体で均一とする（同
振幅条件）。したがって、開口面を持つラジアルライン
スロットアンテナでは、上記２条件を満たしつつ偏波共
用となるように、スロットアレイを配設しなければなら
ない。

【００２０】次に、図２は、このような条件を満たすよ
うに、スロット板１６に設けられたスロットアレイパタ
ーンを示す平面図である。この図に示すように、基本と
なるスロットは、水平偏波に共鳴する第１のスロットＳ
Ｌ₁と、垂直偏波に共鳴する第２のスロットＳＬ₂とによ
り十字形スロットＳＬを構成している。以下、この十字
形スロットＳＬの配設関係について説明する。まず、こ
の十字形スロットＳＬは、上述したように、各偏波に関
して独立したスロットから構成されているので、図中Ａ
に示す部分拡大図で示すように、ある１本の独立したス
ロットと半径のなす角度を角度Ｋと定義する。

【００２１】ここで、各偏波毎に独立したスロットのス
ロット長を、共振長（空間波長の半波長）よりも短くし
た時は、該スロットから放射される電波の強さがこのス
ロット長に比例し、前記角度Ｋが９０°の時に最大とな
る。図２に示すように、半径Ｒ₃の円周上に配設された
スロット（Ｌ₁，Ｌ₂，・・・，Ｌ₁₆）では、Ｌ₁におけ
る角度Ｋが９０°であり、順次この角度Ｋが小さくな
り、半径方向が円周上を１／４周した時点で角度Ｋが０
°となる。その後、さらに、半径方向が円周上を移動す
ると、角度Ｋが増加し、Ｌ₁₆で再び角度Ｋが９０°とな
る。

【００２２】こうした過程において、スロットＬ₁の中
心角度Ｃ₁と、スロットＬ₈の中心角度Ｃ₈を比較する
と、Ｃ₁＞Ｃ₈となり、スロットの中心角度がスロットか
ら放射される電力に比例することが理解できる。この時
の、中心角度の変化に起因するスロットの励振係数の増
減を押さえ、しかも開口面の放射電力をできるだけ均等
にするには、水平軸（図２参照）上のスロット長を基準
とした場合は、同一円周上に配設されるスロットが１／
４周するにつれてそのスロット長を増加させれば良い。
これは、上述した中心角度が減少することに対応させて
いる。すなわち、偏波共用としつつアンテナ効率を最大
とするためには、各偏波について独立したスロットを、
図３に示す特性に従ったスロット長とすれば良いことが
分かる。

【００２３】そして、この図３に示した特性に基づきス
ロット板８に配設されるスロットアレイパターンを図４
に示す。なお、こうしたスロットアレイパターンは、円
形の開口面にのみ適用するのではなく、例えば、図５に
示す四角形の開口面の平面アンテナにも適用可能であ
る。

【００２４】また、前述した構成によるラジアルライン
スロットアンテナ１にあっては、外向き円筒波によって
スロットアレイが励振されるので、給電点から外周へ進
むにつれて電界振幅が小さくなる。さらに、中心から周
辺に向ってスロット数が急激に増加するため、前記電界
振幅は著しく減少することになる。このため、図２に示
したスロットアレイパターンについて、さらに開口分布
を一様とするためには、スロットアレイの配設密度を調
整することが要求される。すなわち、この場合、前述し
た十字形スロットＳＬを次のように形成し、その配設密
度を調整する。

【００２５】まず、スロット板１６に配設される垂直偏
波に共鳴するスロットおよび水平偏波に共鳴するスロッ
トについて中心から周辺へ径方向に進むに従って、電波
が放射されやすいようにスロット長を順次増加させる。
このとき、スロット長を変化させることにより、ラジア
ル導波路１８内の管内波長λｇが減少することになる。
よって、前記十字形スロットＳＬが配設される同心円の
間隔をラジアル導波路１８の管内波長λｇの変化に一致
するように順次狭めれば良い。このようにすることで、
前述の同振幅、同位相条件を満たし、このアンテナの開
口能率をさらに改善することが可能になる。

【００２６】なお、以上説明した実施例は、送信系とし
て説明したが、これは“可逆の理”で受信系でも全く同
一のことが成立することは言うまでもない。例えば、水
平および垂直偏波が混在した伝送波から各偏波を分離し
て受信する場合には、前述した円形導波路２０に直交偏
波分離用分波器（ＯＭＴ)を接続し、さらに、このＯＭ
Ｔの各偏波出力端にＬＮＢ(ローノイズブロックコンバ
ータ)を接続する。このようにすると、ＬＮＢによって
中間周波数に変換された垂直または水平偏波の信号を受
信機入力端の切替スイッチにより選択することで希望偏
波の信号を受信することができる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、水平偏波に共鳴する第１のスロットと垂直偏波に共
鳴する第２のスロットとから構成される十字形スロット
が上部導体板の中心から径方向間隔を管内波長λｇとす
る複数の同心円上に順次配設され、この十字形スロット
は、第１のスロットの長さが前記同心円上の円周方向に
沿って水平軸上から垂直軸へ向かうに連れて漸増し、第
２のスロットの長さが前記垂直軸から前記水平軸に向か
うに連れて漸増するスロット形状となるので、開口面に
おける同位相／同振幅条件を満たす。この結果、ラジア
ルラインスロットアンテナの効率を低下させることな
く、該アンテナを直線偏波共用にすることができる。さ
らに、前記十字形スロットのスロット長を、上部導体板
の中心から径方向へ進むに従って順次増加させ、かつ、
この十字形スロットが配設される前記同心円の間隔を順
次減少させることによって、より高性能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の構成を示す斜視断面図。

【図２】同実施例におけるスロットアレイパターンを示
す平面図。

【図３】同実施例におけるスロット長を説明するための
図。

【図４】同実施例を円形の開口面に適用した場合のスロ
ットアレイパターンを示す平面図。

【図５】同実施例を四角形の開口面に適用した場合のス
ロットアレイパターンを示す平面図。

【図６】従来例を説明するための斜視断面図。

【符号の説明】

１１…円形導波管、１２…コニカルホーン、１６…スロット板、１８…ラジアル導波路、ＳＬ…十字形スロット、ＳＬ₁…第１のスロット、ＳＬ₂…第２のスロット。

フロントページの続き (72)発明者沼野雄司東京都台東区台東一丁目５番１号凸版印刷株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】等間隔に対向配置された上部導体板と下
部導体板から構成され、その管内波長がλｇとなるラジ
アル導波路と、このラジアル導波路内へ電力を供給する
給電部とを具備するラジアルラインスロットアンテナに
おいて、前記上部導体板の中心から径方向間隔が前記管内波長λ
ｇとなる複数の同心円上に順次配設されるスロットであ
って、水平偏波に共鳴する第１のスロットと垂直偏波に
共鳴する第２のスロットとが同一位置に形成された十字
形スロットを具備し、前記十字形スロットは、前記第１のスロットの長さが前
記同心円上の円周方向に沿って水平軸上から垂直軸へ向
かうに連れて漸増し、前記第２のスロットの長さが前記
垂直軸から前記水平軸に向かうに連れて漸増するスロッ
ト形状となることを特徴とするラジアルラインスロット
アンテナ。
【請求項２】前記十字形スロットは、前記上部導体板
の中心から径方向へ進むに連れて前記第１および第２の
スロットの長さが順次増加し、かつ、この十字形スロッ
トが配設される前記同心円の間隔が順次減少することを
特徴とする請求項１記載のラジアルラインスロットアン
テナ。