JPH05110335A

JPH05110335A - ラジアルラインスロツトアンテナ

Info

Publication number: JPH05110335A
Application number: JP6265792A
Authority: JP
Inventors: Yuji Numano; 雄司沼野; Tatsuhiro Okano; 達広岡野; Masanori Suzuki; 正則鈴木
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1991-03-19
Filing date: 1992-03-18
Publication date: 1993-04-30

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】垂直／水平偏波共用で、しかもアップリンク
とダウンリンクとに対応でき、しかも開口能率を低下さ
せることがない送受信兼用のラジアルラインスロットア
ンテナを実現する。【構成】送信時には、給電部が第１の周波数に対応し
たＴＥ₁₁波（あるいはＴＥ₁₀波）をラジアル導波路に供
給し、このＴＥ₁₁波（あるいはＴＥ₁₀波）が上部円形導
体板に配設された第１のスロット３０に共鳴し、垂直あ
るいは水平偏波のいずれかが全て同位相で放射される。
一方、受信時には、第２の周波数に対応した垂直あるい
は水平偏波のいずれかが上部円形導体板に配設された第
２のスロット３１に共鳴し、全て同位相で受信されるの
で、２つの異なる周波数帯で動作する。

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】近年、衛星放送の実用化に伴って各種の
平面アンテナが開発されており、これらの内には、一層
式及び二層式のラジアル導波路を利用したラジアルライ
ンスロットアンテナが知られている。例えば、二層式の
ラジアル導波路を利用したラジアルラインスロットアン
テナの一例を図５に示す。

【０００３】この図において、１は方形導波管部、２は
伝送波の電界方向に挿入されて方形導波管のＴＥ₁₀波を
ピックアップするプローブであり、同軸線路３の中心導
体と共通に形成されている。ここで、伝送波は軸対称形
のＴＥＭ波に変換され、整合素子４を介して下部ラジア
ル導波路５の中心から周辺部へ放射状に供給される。そ
して、これら方形導波管部１、プローブ２、同軸線路３
および整合素子４で給電部が構成されている。

【０００４】下部ラジアル導波路５は、金属円板のフレ
ーム６および中板７と、これらの間に充填される高発泡
誘電体(誘電率は空気とほぼ等しい)とから構成されてい
る。一方、この中板７およびスロット板８と、これらの
間に充填される低発泡誘電体とで上部ラジアル導波路９
が構成されている。ここで、この低発泡誘電体の誘電率
をεとすると、上部ラジアル導波路９における伝送波の
管内波長λｇは、空間波長λの1/√εだけ短縮されるた
め、この上部ラジアル導波路９は遅波回路と呼ばれる。

【０００５】スロット板８には、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が配列されて
いる。１０は下部ラジアル導波路５からラジアル方向へ
放射される伝送波を屈曲させて上部ラジアル導波路９へ
導入するためのダブルコーナである。このダブルコーナ
１０は、フレーム６の周縁を折り曲げて形成されてい
る。１１は円筒形導体１２に裏打ちされた電波吸収体で
ある。この電波吸収体１１は、円筒形導体１２の表面に
流れる電流により発生する磁界を吸収減衰させる。１３
はアンテナ前面を覆いつつ、フレーム６と共に、このア
ンテナを密閉構造とするレドームである。

【０００６】このレドーム１３とスロット板８との間に
は、高発泡誘電体の上部スペーサ１４が充填されてお
り、これにより中板７およびスロット板８をそれぞれ各
誘電体に密着させ、これらの電気的性能を安定化させて
いる。１５は周辺保護用ゴムリングである。

【０００７】上記構造によれば、方形導波管部１に入力
された伝送波のＴＥ₁₀波がプローブ２によって同軸線路
３に導かれ、軸対称波形のＴＥＭ波に変換される。そし
て、同軸線路３に進行した伝送波は、整合素子４を介し
て滑らかに下部ラジアル導波路５へ進行し、中心より周
辺部へと放射状に伝送する。次に、下部ラジアル導波路
５の伝送波は、周縁のダブルコーナ１０で屈曲されて上
部ラジアル導波路９に進行する。このダブルコーナ１０
で屈曲された伝送波の大部分は、スロット板８に配設さ
れたスロットアレイから空間へ放射され、その残りは上
部ラジアル導波路９の中心に向って進行し、電波吸収体
１１で吸収減衰される。

【０００８】このようなラジアルラインスロットアンテ
ナにあっては、スロット板８に配設される各スロットア
レイの形状およびその配置に応じて偏波が決まる。例え
ば、スロット板８に所定のスパイラル線上に、互いに位
相が９０度異り、スロットの長手方向が直交するような
“ハ"の字状のスロット対を順次配設させた場合には、
左旋または右旋の単一円偏波用のアンテナとなる。

【０００９】次に、図６は、一層式のラジアル導波路を
利用したラジアルラインスロットアンテナの構造例を示
す斜視断面図である。この１層式のラジアルラインスロ
ットアンテナ１００（以下、アンテナ１００と略す）に
おいて、１０２は該アンテナ１００の背面側を構成する
フレームである。このフレーム１０２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。１０３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。

【００１０】１０５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１０２とスロッ
ト板１０３との間に介挿されてなる。このスロット板１
０３の直径は、フレーム１０２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１０５の直径も
同様にこのスロット板１０３と略同径に形成されてい
る。

【００１１】このスロット板１０３とフレーム１０２と
は、低発泡誘電体１０５が充填された形のラジアル導波
路１０６を構成している。ここで、この低発泡誘電体１
０５の誘電率をεとすると、ラジアル導波路１０６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１０５は遅
波回路と呼ばれる。

【００１２】１０４は上述したラジアル導波路１０６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１０４の中心導体は、ラジアル導
波路１０６内まで伸長してプローブ１０４ａを形成して
おり、該同軸線路１０４から供給される電力である伝送
波をラジアル導波路１０６の中心から周辺に向う放射状
に伝搬させる。１０７はこのアンテナ１００の前面を覆
いつつ、フレーム１０２と共に、このアンテナを密閉構
造とするレドームである。

【００１３】レドーム１０７は、フレーム１０２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１０７内面とフレーム１０２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１０９
が介在されている。これにより、フレーム１０２とレド
ーム１０７とが密閉空間を形成する。すなわち、このレ
ドーム１０７は、フレーム１０２と相まってアンテナ１
００の内部を密閉構造としている。

【００１４】このレドーム１０７とスロット板１０３と
の間には、誘電率が空気と同等の高発泡誘電体のスペー
サ１０８が充填されており、これによりスロット板１０
３を低発泡誘電体１０５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。１１０はフレーム１０２とレドーム１０７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１１０は、このアン
テナ１００の運搬あるいは施工時等において、該アンテ
ナ１００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。

【００１５】上記構造によるラジアルラインスロットア
ンテナ１００によれば、同軸線路１０４から供給される
電力である伝送波（ＴＥＭ波）が、プローブ１０４ａを
介してラジアル導波路１０６へ進行し、当該導波路１０
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１
０３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。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、双方向衛星
通信方式においては、地上から衛星に対して送信がなさ
れるアップリンク（上り回線）と、衛星から地上に対し
て送信がなされるダウンリンク（下り回線）とでそれぞ
れ使用する周波数が異なる。例えば、通信衛星では、ア
ップリンクに１４ＧＨｚ帯が割り当てられ、ダウンリン
クには１２ＧＨｚ帯が割り当てられている。

【００１７】また、この通信方式によれば、混信干渉を
防止するため、例えばアップリンクを垂直偏波とした場
合、ダウンリンクを水平偏波とするように、それぞれの
偏波面を異ならせている。そこで、このような衛星通信
において、１つのアンテナを用いて送受信するには、ア
ップリンク周波数とダウンリンク周波数との２つの異な
る周波数帯域で動作すると共に、これら異なる各偏波面
に対応することができる偏波共用アンテナが必要にな
る。

【００１８】さて、上述した一層式あるいは２層式のラ
ジアルラインスロットアンテナにあっては、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３
（２層式）あるいは同軸線路１０４（１層式）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（２層式）
あるいはスロット板１０３（１層式）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。さらに、上述した
偏波共用アンテナを実現するには、アンテナの開口能率
を低下させないばかりか、アップリンク周波数とダウン
リンク周波数との２つの異なる周波数帯で動作するよう
にしなければならない。この発明は上述した事情に鑑み
てなされたもので、２つの異なる周波数帯で動作し、し
かも開口能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。

【００１９】

【課題を解決するための手段】この発明は、等間隔に対
向配置された上部円形導体板と下部円形導体板とで構成
され、第１および第２の周波数に各々対応した第１の管
内波長λｇ₁と第２の管内波長λｇ₂とが存在可能なラジ
アル導波路を具備してなるラジアルラインスロットアン
テナにおいて、前記上部円形導体板の中心から径方向間
隔が前記第１の管内波長λｇ₁となる複数の同心円上
に、円周方向間隔を管内波長λｇ₁の略λｇ₁／２として
順次配設される第１のスロットと、前記上部円形導体板
の中心から径方向間隔が前記第２の管内波長λｇ₂とな
る複数の同心円上に、円周方向間隔を管内波長λｇ₂の
略λｇ₂／２として前記第１のスロットと直交する方向
に順次配設される第２のスロットと、前記ラジアル導波
路に偏波共用が可能な円形導波管のＴＥ₁₁波または方形
導波管のＴＥ₁₀波の基本姿態波を供給する給電部とを具
備することを特徴としている。

【００２０】

【作用】上記構成によれば、送信時にあっては、給電部
が第１の周波数に対応したＴＥ1₁波（あるいはＴＥ
₁₀波）をラジアル導波路に供給し、この供給されたＴＥ
₁₁波（あるいはＴＥ₁₀波）が上部円形導体板に配設され
た第１のスロットに共鳴し、垂直あるいは水平偏波のい
ずれかが全て同位相で放射される。一方、受信時には、
第２の周波数に対応した水平あるいは垂直偏波のいずれ
かが上部円形導体板に配設された第２のスロットに共鳴
し、全て同位相で受信される。これにより、２つの異な
る周波数帯で動作し、しかも開口能率を低下させること
なく偏波共用としたアンテナになる。

【００２１】

【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２層式
のラジアルラインスロットアンテナの構造を示す斜視断
面図である。この図において、図５の各部に対応する部
分には同一の番号を付け、その説明を省略する。この図
が図５に示したものと異なる点は、前述した給電部が偏
波共用が可能な円形導波管２０とコニカルホーン２１と
によって構成された点と、後述するスロットアレイパタ
ーンがスロット板８に配列された点にある。

【００２２】図１において、円形導波管２０は、垂直お
よび水平の両偏波をそれぞれ独立して同時に伝送可能と
する線路であり、コニカルホーン２１は、この円形導波
管２０の基本姿態であるＴＥ₁₁波を拡散させるようにな
っている。このコニカルホーンの開口面は、使用周波数
の波長をλとすると、その直径は１.２λ程度とする小
形ホーンとするのが一般的である。

【００２３】このような構成によれば、直交偏波分波器
（ＯＭＴ）を介して円形導波管２０に進行した垂直およ
び水平偏波は、コニカルホーン２１を経て拡散され、下
部ラジアル導波路５へ伝搬される。そして、これが終端
のダブルコーナ１０で折り返されて上部ラジアル導波路
９に導入される。この結果、上部ラジアル導波路９には
垂直および水平の両偏波の伝送波が独立して同時に存在
することになる。

【００２４】なお、水平／垂直両偏波を独立して同時に
伝送できる今一つの導波管として正方形導波管がある。
この正方形導波管を用いた場合には、図２に示すよう
に、前記のコニカルホーン２１をピラミダルホーン５１
に、円形導波管２０を正方形導波管５０に、伝送姿態波
を正方形導波管のＴＥ₁₀波と置き換えれば、前述の円形
導波管給電と全く同等に取り扱うことができる。また、
前記給電部とラジアル導波路との接合部である下部ラジ
アル導波路の中心部に、後述する第２実施例のごとく整
合ポスト６３を設けても良い。

【００２５】次に、図３はこの発明の一実施例による２
層式のラジアルラインスロットアンテナの構造を示す斜
視断面図である。この図において、図６の各部と共通す
る部分には同一の番号を付け、その説明を省略する。こ
の図が図６に示したものと異なる点は、前述した給電部
が偏波共用が可能な円形導波管６０とコニカルホーン６
１とによって構成された点と、後述する頂点整合板６２
と整合ポスト６３とを設けた点にある。

【００２６】図３において、６０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。６１はコニカルホーンであり、この
円形導波管６０の基本姿態であるＴＥ₁₁波を拡散させ
る。６２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６２は、円形導波管６０の管軸を中
心として前記コニカルホーン６１の開口面に対向する位
置に配設される。この頂点整合板６２の上面には、これ
と同軸をなす導体円柱と、該円柱の先端に配設された導
体小円筒とから構成される整合ポスト６３が設けられて
いる。

【００２７】このような構造において、ＯＭＴを介して
円形導波管６０に供給される伝送波（ＴＥ₁₁波）は、コ
ニカルホーン６１によって拡散され、この内の大部分が
ラジアル導波路１０６へ進行する。そして、一部の伝送
波は、コニカルホーン６１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６０へ反射される
が、これは頂点整合板６２で打消される。すなわち、コ
ニカルホーン６１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６２からの反射量とが相等しく
なる大きさとし、かつ、それら反射波の位相が互いに逆
相となる高さを決めるため、このリアクションが打ち消
される。また、給電部として先の実施例と同様に正方形
導波管を用いることもできる。

【００２８】いま、上述したＯＭＴの各偏波端に周波数
帯域の異なる伝送波を供給すると、円形導波管２０、コ
ニカルホーン２１および上部ラジアル導波路９には、異
なる周波数帯域の垂直／水平両偏波の伝送波が独立して
同時に存在することになる。ところで、アンテナは「可
逆の理」で送信系として成り立つことが受信系でも全く
同様に成り立つ。

【００２９】したがって、例えば、垂直偏波を送信用の
偏波とし、水平偏波を受信用の偏波に割り当てれば、垂
直偏波は上述の順序で動作し、水平偏波の到来波は全く
逆の順序で動作し、ＯＭＴの該当偏波端より取り出すこ
とができ、偏波共用アンテナはそのまま送受信アンテナ
となる。この時、送受信波の混信は、アンテナ側では、
主としてスロット板８の各スロットの直角度に起因する
交差偏波識別度と、スロットの長さによる共振波長差に
よる分離度とで限定される。勿論ＯＭＴは、異なる２周
波数帯域に対応する周知の構成にすれば良く、送受信波
の混信防止は、フィルタ等を組み込み、充分考慮されて
いる。

【００３０】一方、ラジアル導波路１０６に進行した伝
送波は、該導波路１０６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１０３の各スロットア
レイを励振し、前方に放射される。ここで、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を介して前面へ放射される。ま
た、ラジアル導波路１０６の各部で発生する反射波は、
頂点整合板６２の中心に設けられ、先端をローディング
した整合ポスト６３によって打消すように諸元が決めら
れる。これにより、整合ポスト６３および頂点整合板６
２は、円形導波管６０における入力端の反射損失を改善
し、円形導波管６０から供給された伝送波が滑らかにス
ロット板１０３の前方に放射される。

【００３１】次に、図４は、前述した２層式ラジアルラ
インスロットアンテナ（図１参照）のスロット板８、あ
るいは１層式ラジアルラインスロットアンテナ（図３参
照）のスロット板１０３にそれぞれ設けられるスロット
アレイパターンを示す平面図である。この図において、
３０，…，３０はそれぞれ垂直偏波に共鳴するようｘ軸
方向に配設される垂直偏波スロット、３１，…，３１は
それぞれ水平偏波に共鳴するようｙ軸方向に配設される
水平偏波スロットである。これらスロットは後述する配
設関係で形成され、全体として不定形の基本スロット４
０，４０，…が構成される。

【００３２】これら基本スロット４０は、上述したラジ
アル導波路９，１０６に存在する伝送姿態波の電界方向
と一致させるため、当該スロット板８，１０３上におい
て軸対称形となるように複数の同心円上に配設されてい
る。以下、この基本スロット４０を構成する垂直偏波ス
ロット３０および水平偏波スロット３１の配設関係につ
いて説明する。ここで、垂直偏波スロット３０は、例え
ば、前述したアップリンク周波数に対応し、一方、水平
偏波スロット３１はダウンリンク周波数に対応するもの
とする。なお、ラジアル導波路９，１０６におけるこれ
らアップリンク周波数およびダウンリンク周波数の各励
振波の管内波長は、それぞれλｇ₁、λｇ₂とする。

【００３３】垂直偏波スロット３０の配設位置この場合、垂直偏波スロット３０が配設される各同心円
上の円周方向間隔は、略λｇ₁／２とする。また、この
各スロット３０が常に同位相として作用するには、隣合
うスロット３０との配設間隔、すなわち、半径方向の間
隔をラジアル導波路９，１０６内の管内波長λｇ₁に等
しく設定する。

【００３４】水平偏波スロット３１の配設位置この場合、水平偏波スロット３１が配設される各同心円
上の円周方向間隔は、略λｇ₂／２とする。また、この
各スロット３１が常に同位相として作用するには、隣合
うスロット３１との配設間隔、すなわち、半径方向の間
隔を上部ラジアル導波路９の管内波長λｇ₂に等しく設
定する。

【００３５】このようにして配設されたスロット３０と
スロット３１とで形成された不定形の基本スロット４０
によって、例えば、上部ラジアル導波路９内に進行して
きたアップリンク周波数の垂直偏波が全て同じ位相で放
射されると共に、ダウンリンク周波数の水平偏波が同位
相で受信される。この結果、偏波共用、かつ送受信共用
としつつ、しかも高開口能率のアンテナとなる。

【００３６】また、図３に示すような１層式ラジアルラ
インスロットアンテナにおいては、給電点（中心）から
放射状に周辺に進行する伝送波の電力は、給電点から外
周に進むにつれて減衰する。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、前記電力は著し
く減衰することになる。したがって、スロット板の各位
置の長さを微調整しアンテナ開口面について同振幅と
し、かつ、このスロット長の変化による管内波長の変化
に合せて各同心円の径方向間隔を微調整し同位相とす
る、よって、位相、振幅の分布を一様とすることによっ
てさらに高開口能率のアンテナとなる。

【００３７】なお、実用において、前述した垂直偏波ス
ロット３０および水平偏波スロット３１の長さと幅は、
使用周波数に応じて最適な値がとられる。さらに、前述
の基本スロット４０の円周方向の配設間隔は、相隣るス
ロットが機械的に干渉しないよう最適な値がとられる。
また、このラジアルラインスロットアンテナに供給され
る励振波は、給電部のホーン部でビーム成形され、等ビ
ーム幅にされ高効率化されることは言うまでもない。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、送信時にあっては、給電部が第１の周波数に対応し
たＴＥ₁₁波（あるいはＴＥ₁₀波）をラジアル導波路に供
給し、この供給されたＴＥ₁₁波（あるいはＴＥ₁₀波）が
上部円形導体板に配設された第１のスロットに共鳴し、
垂直あるいは水平偏波のいずれかが全て同位相で放射さ
れる。一方、受信時には、第２の周波数に対応した水平
あるいは垂直偏波のいずれかが上部円形導体板に配設さ
れた第２のスロットに共鳴し、全て同位相で受信される
ので、２つの異なる周波数帯で動作し、しかも開口能率
を低下させることなく送受信共用としたラジアルライン
スロットアンテナとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による２層式のラジアルラ
インスロットアンテナの構造を示す斜視断面図。

【図２】同実施例において正方形導波管を用いた場合の
ラジアルラインスロットアンテナの構造を示す斜視断面
図。

【図３】同実施例による１層式のラジアルラインスロッ
トアンテナの構造を示す斜視断面図。

【図４】同実施例におけるスロット板８あるいはスロッ
ト板１０３にそれぞれ配設されるスロットアレイの構造
を示す平面図。

【図５】従来の２層式ラジアルラインスロットアンテナ
の構造例を示す斜視断面図。

【図６】従来の１層式ラジアルラインスロットアンテナ
の構造例を示す斜視断面図。

【符号の説明】８，１０３…スロット板、９，１０６…ラジアル導波路、２０，６０…円形導波管、２１，６１…コニカルホーン、５０…方形導波管、５１…ピラミダルホーン、３０…垂直偏波スロット（第１のスロット）、３１…水平偏波スロット（第２のスロット）。

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円形導体板
と下部円形導体板とで構成され、第１および第２の周波
数に各々対応した第１の管内波長λｇ₁と第２の管内波
長λｇ₂とが存在可能なラジアル導波路を具備してなる
ラジアルラインスロットアンテナにおいて、前記上部円形導体板の中心から径方向間隔が前記第１の
管内波長λｇ₁となる複数の同心円上に、円周方向間隔
を管内波長λｇ₁の略λｇ₁／２として順次配設される第
１のスロットと、前記上部円形導体板の中心から径方向間隔が前記第２の
管内波長λｇ₂となる複数の同心円上に、円周方向間隔
を管内波長λｇ₂の略λｇ₂／２として前記第１のスロッ
トと直交する方向に順次配設される第２のスロットと、前記ラジアル導波路に偏波共用が可能な円形導波管のＴ
Ｅ₁₁波または方形導波管のＴＥ₁₀波の基本姿態波を供給
する給電部とを具備す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】前記第１および第２のスロットは、それ
ぞれ垂直偏波に共鳴するスロットと、水平偏波に共鳴す
るスロットとが略同一位置に設けられたことを特徴とす
る請求項１記載のラジアルラインスロットアンテナ。