JPH06188626A - 平面アレ−アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数のビ−ムを放射することができ、放射す
るビ−ムをチルトさせることができる平面アレ−アンテ
ナを提供すること。 【構成】 円形状の下部金属板１１と、この下部金属板
の上方に１波長未満の間隔で平行にして対向配置され該
下部金属板に対応する形状の上部金属板１２と、この上
部金属板と下部金属板それぞれの外周縁部を短絡する短
絡板１３と、下部金属板の中央から偏心した位置に設け
られ上下金属板相互間からなる導波路に対し高周波結合
を図る給電部１５と、上部金属板に対し１波長以下の間
隔を有する同心円状複数段の曲線それぞれに沿って１波
長以下の間隔で形成された複数の小孔と、この複数の小
孔に対し挿入され上記導波路に対し高周波結合される複
数の放射素子１７と、この複数の放射素子と小孔との間
に介在される絶縁スペーサ１８とから構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波及びミリ波の
放射あるいは受信に使用される平面アレ−アンテナに関
する。

【０００２】

【従来の技術】１つのアンテナから複数のビ−ムを放射
するマルチビ−ムアンテナが衛星通信の通信分野に応用
されている。例えば、パラボラアンテナにおいては、複
数の一次放射器を設けることにより、複数のビ−ムを放
射するようにしていた。

【０００３】また、外周部が短絡された円形上部金属板
と円形下部金属板とを備え、各金属板相互間を導波路と
する空間の中央部に給電部を配置すると共に、上部円形
金属板の表面にヘリカルアンテナやパッチアンテナから
なる多数の円偏波放射素子を、それぞれ１波長以下の間
隔で同心円状に絶縁配置して構成される平面アレ−アン
テナが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような平面アンテ
ナにおいては、給電部は中央部に固定されていたため、
複数のビ−ムを放射することはできなかった。また、矩
形、変形、楕円形ならびに多角形導波管の導波路を給電
回路に持つ平面アレ−アンテナにおいても、給電部は１
ケ所に固定されていたため、複数のビ−ムを放射するこ
とはできなかった。また、いずれも平面アレ−アンテナ
においても、給電部が中央部に固定されているため、放
射するビ−ムにチルトをかけることはできなかった。

【０００５】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、その目的は複数のビ−ムを放射することができ、放
射するビ−ムをチルトさせることができる平面アレ−ア
ンテナを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係わる平面ア
ンテナは、円形状の下部金属板と、この下部金属板の上
方に１波長未満の間隔で平行にして対向配置され該下部
金属板に対応する形状の上部金属板と、この上部金属板
と上記下部金属板それぞれの外周縁部を短絡する短絡板
と、上記下部金属板の中央から偏心した位置に設けられ
上下金属板相互間からなる導波路に対し高周波結合を図
る給電部と、上記上部金属板に対し１波長以下の間隔を
有する同心円状複数段の曲線それぞれに沿って１波長以
下の間隔で形成された複数の小孔と、この複数の小孔に
対し挿入され上記導波路に対し高周波結合される複数の
放射素子と、この複数の放射素子と上記小孔との間に介
在される絶縁スペーサとを備えている。

【０００７】請求項２に係わる平面アレ−アンテナは、
矩形、円形、楕円形ならびに多角形導波管の導波路を給
電回路に持つ平面アレ−アンテナにおいて、導波管への
給電位置が通常位置よりずれた位置にある。

【０００８】請求項３に係わる平面アレ−アンテナは、
円形状の下部金属板と、この下部金属板の上方に１波長
未満の間隔で平行にして対向配置され該下部金属板に対
応する形状の上部金属板と、この上部金属板と上記下部
金属板それぞれの外周縁部を短絡する短絡板と、上記下
部金属板の複数位置に設けられ上下金属板相互間からな
る導波路に対し高周波結合を図る複数の給電部と、上記
上部金属板に対し１波長以下の間隔を有する同心円状複
数段の曲線それぞれに沿って１波長以下の間隔で形成さ
れた複数の小孔と、この複数の小孔に対し挿入され上記
導波路に対し高周波結合される複数の放射素子と、この
複数の放射素子と上記小孔との間に介在される絶縁スペ
ーサとを備えている。

【０００９】請求項４に係わる平面アレ−アンテナは、
矩形、変形、楕円形ならびに多角形導波管の導波路を給
電回路に持つ平面アレ−アンテナにおいて、導波管への
給電部が複数設けられたことを特徴とする。

【００１０】

【作用】請求項１の平面アレ−アンテナによれば、下部
金属板の中心から偏心した位置に給電部を設けるように
したので、ビ−ムにチルトをかけることができる。

【００１１】請求項２の平面アレ−アンテナによれば、
矩形、変形、楕円形ならびに多角形導波管の導波路を給
電回路に持つ平面アレ−アンテナにおいて、導波管への
給電位置をずらすことにより、ビ−ムにチルトをかける
ことができる。請求項３の平面アレ−アンテナは複数の
給電部を設けているので、同時に複数のビ−ムを持たせ
ることができる。

【００１２】請求項４の平面アレ−アンテナは矩形、変
形、楕円形ならびに多角形導波管の導波路を給電回路に
持つ平面アレ−アンテナにおいて、導波管への給電部を
複数設けたので、同時に複数のビ−ムを持たせることが
できる。

【００１３】

【実施例】以下図面を参照して本発明の一実施例に係わ
る平面アレ−アンテナについて説明する。図１はヘリカ
ルアンテナを用いた平面アレ−アンテナを示すもので、
同図（Ａ）はその平面図、同図（Ｂ）は図１のＢ−Ｂは
同図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図、図２及び図３は
平面アレ−アンテナの指向性を説明するための座標系を
示す図、図４（Ａ）は給電位置がＡよりｄだけずれた時
の指向性を示す図、図４（Ｂ）は給電位置がＡの時の指
向性を示す図である。

【００１４】図１において、１１は円盤形状の下部金属
板、１２は下部金属板１１と同一の直径を有する円盤形
状の上部金属板であり、この下部金属板１１と上部金属
板１２とは、１波長未満の間隔を持って平行に対向配置
され、外周縁部には短絡板１３を設けて短絡される。

【００１５】上記下部金属板１１の中心Ａからｄだけず
れた位置には、上部金属板１２との空間からなるラジア
ル導波路１４に対し高周波結合を図るべく給電プローブ
を挿入した給電部１５が設けられる。なお、導波路１４
は、発泡誘電体を充填して構成してもよい。

【００１６】一方、上部金属板１２には、多数の小孔１
６，…が、１波長以下の間隔を有する同心円状複数段の
曲線それぞれに沿って１波長以下の間隔で形成されるも
ので、この多数の小孔１６，…に対しては、それぞれ右
旋円偏波ヘリカルアンテナ１７，…のプローブ１７ａ，
…が絶縁スペーサ１８，…を介して挿入され、導波路１
４に対し等電力分岐して結合される。

【００１７】ここで、上記上部金属板１２上におけるヘ
リカルアンテナ１７の数は、中心から１層目で６個，２
層目で１２個，３層目で１８個，…と等比級数にて増加
している。

【００１８】上記した構成のように、ヘリカルアンテナ
１７の位相を変化させないで給電部１５をラジアル導波
路１４の中心からｄだけ離れた位置に設けると、給電部
５から各ヘリカルアンテナ１７への位相が同相ではなく
なるため、本発明に係わる平面アレ−アンテナの主ビ−
ムはＺ軸に対してある傾きを持った方向となる。座標系
を図２及び図３に示すように定めると、平面アレ−アン
テナの指向性Ｆ（Θ，ψ）は、下式のようになる。数１

【００１９】

【数１】

【００２０】ここで、ｇ（Θ，Ψ）はヘリカルアンテナ
単体の指向性、ａ_n はｎ番目のヘリカルアンテナの電
界、Ψｎはｎ番目のヘリカルアンテナの位相、Θは観測
角度、Ｘｎは平面アレ−アンテナの中心Ａを原点とした
時の各ヘリカルアンテナの座標であり、数２に示すよう
に定義される。

【００２１】

【数２】

【００２２】また、平面アレ−アンテナに９０素子のヘ
リカルアンテナを設け、給電位置を中心Ａから距離０．
３４λだけ離れた位置に設けた場合の平面アレ−アンテ
ナの指向性を実験で求めたものを図４（Ａ）に示してお
く。なお、図４（Ｂ）は平面アレ−アンテナの給電位置
を中心Ａとした場合の指向性を示す図である。つまり、
平面アレ−アンテナの給電位置をずらすことにより、平
面アレ−アンテナから放射れるビ−ムにチルトをかける
ことができる。

【００２３】次に、本発明の第２実施例に矩形導波管を
給電回路として持つ平面アレ−アンテナの給電位置をず
らすことにより、平面アレ−アンテナから放射されるビ
−ムにチルトをかけることができる平面アンテナについ
て説明する。図５において、２１は矩形導波管である。
この矩形導波管２１の一側面には右旋円偏波ヘリカルア
ンテナ２２が一直線上に１波長以下の間隔で配列されて
いる

【００２４】そして、右旋円偏波ヘリカルアンテナ２２
が設けられた一側面と対向する側面には破線で示した給
電部２３が矩形導波路２１の中心位置Ｂよりヘリカルア
ンテナ２２の列方向に沿ってｄだけずらされている。こ
のように矩形導波路２１を給電回路として持つ平面アレ
−アンテナの指向性は座標系を図５に示すようにとる
と、数３で示す式で与えられる。

【００２５】

【数３】

【００２６】このように、矩形導波管を給電回路として
持つ平面アレ−アンテナにおいて、給電部の位置を中心
よりずらすことにより平面アレ−アンテナから放射され
るビ−ムをチルトさせることができる。

【００２７】なお、この実施例では矩形導波管を給電回
路として持つ平面アレ−アンテナの給電位置をずらすこ
とにより、放射するビ−ムをチルトさせるようにした
が、矩形導波管に限らず円形、楕円形、多角形導波管、
リッジ導波管等の導波路を給電回路に持つ平面アレ−ア
ンテナについても、給電位置を中心よりずらすことによ
り、ビ−ムをチルトさせることができる。

【００２８】次に、本発明の第３実施例について図６を
参照して説明する。この第３実施例では平面アレ−アン
テナに２つの給電部を設けて、２のビ−ムを持つ平面ア
レ−アンテナを実現している。図６において、１１は円
盤形状の下部金属板、１２は下部金属板１１と同一の直
径を有する円盤形状の上部金属板であり、この下部金属
板１１と上部金属板１２とは、１波長未満の間隔を持っ
て平行に対向配置され、外周縁部には短絡板１３を設け
て短絡される。

【００２９】上記下部金属板１１の中心Ａ及び中心Ａか
らｄだけずれた位置には、上部金属板１２との空間から
なるラジアル導波路１４に対し高周波結合を図るべく給
電プローブを挿入した給電部１５ａ，１５ｂがそれぞれ
設けられる。なお、導波路１４は、発泡誘電体を充填し
て構成してもよい。

【００３０】一方、上部金属板１２には、多数の小孔１
６，…が、１波長以下の間隔を有する同心円状複数段の
曲線それぞれに沿って１波長以下の間隔で形成されるも
ので、この多数の小孔１６，…に対しては、それぞれ右
旋円偏波ヘリカルアンテナ１７，…のプローブ１７ａ，
…が絶縁スペーサ１８，…を介して挿入され、導波路１
４に対し等電力分岐して結合される。

【００３１】ここで、上記上部金属板１２上におけるヘ
リカルアンテナ１７の数は、中心から１層目で６個，２
層目で１２個，３層目で１８個，…と等比級数にて増加
している。

【００３２】上記した構成のように、給電部１５ａ，１
５ｂを設け、同時に給電することによりｚ軸方向及びｚ
軸方向からチルトした方向にビ−ムを同時に放射するこ
とができる。つまり、前述した図４（Ａ）及び（Ｂ）の
指向性を有する２つのビ−ムを放射させることができ
る。

【００３３】なお、この第３実施例では給電部を２つ設
けるようにしたが、３つ以上の給電部を下部金属板１１
に設け、それらに同時に給電することにより、互いに異
なった方向にチルトされた複数のビ−ムを同時に放射す
ることができる。

【００３４】次に、本発明の第４実施例について図７を
参照して説明する。この第４実施例は１つの平面アレ−
アンテナで衛星移動体受信等に使用するモノパルス追尾
を実現できる。図７はラジアル導波路を給電回路に持つ
平面アレ−アンテナの要部断面図である。図７におい
て、３１は円盤形状の下部金属板、３２は下部金属板３
１と同一の直径を有する円盤形状の上部金属板であり、
この下部金属板３１と上部金属板３２とは、１波長未満
の間隔を持って平行に対向配置され、外周縁部には短絡
板（図示しない）を設けて短絡される。

【００３５】上記下部金属板３１の中心Ａ及び中心Ａか
らずれた位置には、上部金属板３２との空間からなるラ
ジアル導波路３３に対し高周波結合を図るべく給電プロ
ーブ３４ａ、３４ｂをそれぞれ挿入した給電部３５ａ，
３５ｂがそれぞれ設けられる。なお、導波路３３は、発
泡誘電体を充填して構成してもよい。

【００３６】一方、上部金属板３２には、多数の小孔１
６，…が、１波長以下の間隔を有する同心円状複数段の
曲線それぞれに沿って１波長以下の間隔で形成されるも
ので、この多数の小孔，…に対しては、それぞれ右旋円
偏波ヘリカルアンテナ，…のプロ−ブ…が絶縁スペーサ
…を介して挿入され、導波路３３に対し等電力分岐して
結合される。

【００３７】そして、給電プロ−ブ３４ａ，３４ａは分
配器３６ａ，３６ｂにそれぞれ入力される。この分配器
３６ａは給電部３５ａで得られた電力を分配した後、分
配した電力を加算部３７ａ，３７ｂにをそれぞれ供給す
る。また、分配器３６ｂは給電部３５ｂで得られた電力
を分配し、一方の分配電力を前述した加算部３７ａに供
給すると共に、他方の分配電力を位相器３８で位相を１
８０゜位相した後、前述の加算部３７ｂに供給してい
る。そして、加算部３７ａ及び加算部３７ｂの出力を乗
算部３９に出力する。この乗算部３９の加算部３７ａ及
び３７ｂの出力を乗算し出力する。

【００３８】上記のように構成することにより、加算部
３７ａからは出力される分配器３６ａ及び３６ｂの和信
号と加算部３７ｂから出力される分配器３６ａ及び３６
ｂの出力の差信号が生成され、乗算部３９においてそれ
らが乗算される。このようにして、乗算部３９の出力を
用いてモノパルス追尾を行うことができる。以上のよう
に、給電部を２つ設けることにより、１つの平面アレ−
アンテナを用いて衛星移動体受信等に使用するモノパル
ス追尾を実現することができる。

【００３９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、複
数のビ−ムを放射することができ、放射するビ−ムをチ
ルトさせることができる平面アレ−アンテナを提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係わるヘリカルアンテナ
を用いた平面アレ−アンテナを示すもので、同図（Ａ）
はその平面図、同図（Ｂ）は図１のＢ−Ｂは同図（Ａ）
のＢ−Ｂ線に沿った断面図。

【図２】同平面アレ−アンテナの指向性を説明するため
の座標系を示す図。

【図３】同平面アレ−アンテナの指向性を説明するため
の座標系を示す図。

【図４】同給電位置がＡよりｄだけずれたの時と給電位
置がＡの時の平面アレ−アンテナの指向性を示す図。

【図５】本発明の第２実施例に係わる矩形導波管の給電
部の位置をずらしビ−ムにチルトをかけた平面アレ−ア
ンテナの平面図。

【図６】本発明の第３実施例に係わるラジアル導波路へ
の給電部を２つ設けて同時に２つのビ−ムを持つ平面ア
レ−アンテナの断面図。

【図７】本発明の第４実施例に係わる平面アレ−アンテ
ナを用いてモノパルス追尾を可能とした回路図。

【符号の説明】

１１…下部金属板、１２…上部金属板、１３…短絡板、
１４…導波路、１５…給電部、１６…小孔、１７…右旋
円偏波ヘリカルアンテナ、１８…絶縁スペ−サ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円形状の下部金属板と、 この下部金属板の上方に１波長未満の間隔で平行にして
   対向配置され該下部金属板に対応する形状の上部金属板
   と、 この上部金属板と上記下部金属板それぞれの外周縁部を
   短絡する短絡板と、 上記下部金属板の中央から偏心した位置に設けられ上下
   金属板相互間からなる導波路に対し高周波結合を図る給
   電部と、 上記上部金属板に対し１波長以下の間隔を有する同心円
   状複数段の曲線それぞれに沿って１波長以下の間隔で形
   成された複数の小孔と、 この複数の小孔に対し挿入され上記導波路に対し高周波
   結合される複数の放射素子と、 この複数の放射素子と上記小孔との間に介在される絶縁
   スペーサとを備えた平面アレ−アンテナ。
2. 【請求項２】 矩形、円形、楕円形ならびに多角形導波
   管の導波路を給電回路に持つ平面アレ−アンテナにおい
   て、導波管への給電位置が通常位置よりずれた位置にあ
   ることを特徴とする平面アレ−アンテナ。
3. 【請求項３】 円形状の下部金属板と、 この下部金属板の上方に１波長未満の間隔で平行にして
   対向配置され該下部金属板に対応する形状の上部金属板
   と、 この上部金属板と上記下部金属板それぞれの外周縁部を
   短絡する短絡板と、 上記下部金属板の複数位置に設けられ上下金属板相互間
   からなる導波路に対し高周波結合を図る複数の給電部
   と、 上記上部金属板に対し１波長以下の間隔を有する同心円
   状複数段の曲線それぞれに沿って１波長以下の間隔で形
   成された複数の小孔と、 この複数の小孔に対し挿入され上記導波路に対し高周波
   結合される複数の放射素子と、 この複数の放射素子と上記小孔との間に介在される絶縁
   スペーサとを備えた平面アレ−アンテナ。
4. 【請求項４】 矩形、変形、楕円形ならびに多角形導波
   管の導波路を給電回路に持つ平面アレ−アンテナにおい
   て、導波管への給電部が複数設けられたことを特徴とす
   る平面アレ−アンテナ。