JPH07101811B2 - ビームチルト平面アンテナ - Google Patents
ビームチルト平面アンテナInfo
- Publication number
- JPH07101811B2 JPH07101811B2 JP63116360A JP11636088A JPH07101811B2 JP H07101811 B2 JPH07101811 B2 JP H07101811B2 JP 63116360 A JP63116360 A JP 63116360A JP 11636088 A JP11636088 A JP 11636088A JP H07101811 B2 JPH07101811 B2 JP H07101811B2
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- Japan
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- antenna
- beam tilt
- line
- plane antenna
- radiating
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- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Waveguide Aerials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、衛星放送受信用のビームチルト平面アンテナ
に関する。
に関する。
［従来の技術］ 平面アンテナは、そのロープロフィルでフラットである
という特質のゆえに、家屋の壁面への取付け、据付けの
優位性、あるいは積雪による受信障害に対する優位性等
の点から、将来、一般家庭用の衛星放送受信アンテナと
して、従来より多く用いられてきたパラボラアンテナに
取って代わるものと期待されている。
という特質のゆえに、家屋の壁面への取付け、据付けの
優位性、あるいは積雪による受信障害に対する優位性等
の点から、将来、一般家庭用の衛星放送受信アンテナと
して、従来より多く用いられてきたパラボラアンテナに
取って代わるものと期待されている。
マイクロストリップ素子により構成される平面アンテナ
は、一般に多数のマイクロ波ストリップ放射素子をＮ段
Ｍ列のアレー状に配列し、これらの素子をマイクロ波ス
トリップラインから成る給電回路で励振するよう構成さ
れる。励振の方法は直接励振、電磁励振等がある。この
場合、各素子への励振位相をすべて同位相となるように
給電回路を構成すると、アンテナからの放射ビームはＮ
段Ｍ列のアレー配列面に対して垂直方向（ボアサイト）
を向く。また、上下方向の各素子を適当な位相角度で位
相差給電すると上方にビームチルトしたアンテナを実現
することができる。
は、一般に多数のマイクロ波ストリップ放射素子をＮ段
Ｍ列のアレー状に配列し、これらの素子をマイクロ波ス
トリップラインから成る給電回路で励振するよう構成さ
れる。励振の方法は直接励振、電磁励振等がある。この
場合、各素子への励振位相をすべて同位相となるように
給電回路を構成すると、アンテナからの放射ビームはＮ
段Ｍ列のアレー配列面に対して垂直方向（ボアサイト）
を向く。また、上下方向の各素子を適当な位相角度で位
相差給電すると上方にビームチルトしたアンテナを実現
することができる。
［発明が解決しようとする課題］ しかし、通常各素子の配列間隔ｄはアンテナの面効率が
最高となるように0.8〜0.9λ0（λ0は自由空間波長）に
選定されるが、ビームチルトを行なうために位相差給電
を行なうとグレーティングローブ（目的以外の方向に生
じるレベルの大きな不要放射）が発生し、これを除去す
るために素子間隔ｄを小さくする必要がある。一例とし
て、グレーティングローブを抑える23°のビームチルト
角を実現するためには、素子間隔ｄ≦0.64λ0が必要と
なる。この条件で衛星放送の周波数帯である12GHz帯で
円形マイクロ波ストリップ環状スロット素子を実現しよ
うとすると、素子間隔ｄ＝16mm、素子外形約14mmとな
り、隣接素子間の間隙が2mm程度となる。したがって各
素子への給電線へのインピーダンス整合を行ないつつ所
望の位相差給電が行なえるように給電回路を構成するこ
とにスペース的に無理が生じ、給電線路間の不要結合、
あるいは放射素子と給電素子との不要結合が生じてアン
テナの性能が劣化し、利得効率が著しく低下することと
なる。
最高となるように0.8〜0.9λ0（λ0は自由空間波長）に
選定されるが、ビームチルトを行なうために位相差給電
を行なうとグレーティングローブ（目的以外の方向に生
じるレベルの大きな不要放射）が発生し、これを除去す
るために素子間隔ｄを小さくする必要がある。一例とし
て、グレーティングローブを抑える23°のビームチルト
角を実現するためには、素子間隔ｄ≦0.64λ0が必要と
なる。この条件で衛星放送の周波数帯である12GHz帯で
円形マイクロ波ストリップ環状スロット素子を実現しよ
うとすると、素子間隔ｄ＝16mm、素子外形約14mmとな
り、隣接素子間の間隙が2mm程度となる。したがって各
素子への給電線へのインピーダンス整合を行ないつつ所
望の位相差給電が行なえるように給電回路を構成するこ
とにスペース的に無理が生じ、給電線路間の不要結合、
あるいは放射素子と給電素子との不要結合が生じてアン
テナの性能が劣化し、利得効率が著しく低下することと
なる。
第４図はこうした構成の一例として右旋円偏波の環状ス
ロット放射素子をトリプレート線路より成る給電回路で
励振するよう構成された例を示すものであって、同図
（ａ）は特に放射素子と給電線路のパターン構成を示す
図、第４図（ｂ）は同図（ａ）のIV−IV線に沿った断面
図である。図中、1a〜1dが環状スロット放射素子、２が
給電線路、３が放射電極層、４が給電線路層、５が導体
基板である。環状スロット放射素子1a〜1dはその各々に
つき45°方向に一対ずつ切り欠きが設けてあり、これを
矢印の方向からの開放端線路２で給電すると、紙面から
上に向けて右旋円偏波の電波を放射するものである。こ
の例では放射素子1aに対し放射素子1bが、放射素子1dに
対し放射素子1cがそれぞれ90°の遅れ位相で給電される
ように給電線路層40が構成されており、したがって放射
ビームはアレー面の垂線に対して23°放射素子1b（1c）
の側にビームチルトされた電波が放射される。
ロット放射素子をトリプレート線路より成る給電回路で
励振するよう構成された例を示すものであって、同図
（ａ）は特に放射素子と給電線路のパターン構成を示す
図、第４図（ｂ）は同図（ａ）のIV−IV線に沿った断面
図である。図中、1a〜1dが環状スロット放射素子、２が
給電線路、３が放射電極層、４が給電線路層、５が導体
基板である。環状スロット放射素子1a〜1dはその各々に
つき45°方向に一対ずつ切り欠きが設けてあり、これを
矢印の方向からの開放端線路２で給電すると、紙面から
上に向けて右旋円偏波の電波を放射するものである。こ
の例では放射素子1aに対し放射素子1bが、放射素子1dに
対し放射素子1cがそれぞれ90°の遅れ位相で給電される
ように給電線路層40が構成されており、したがって放射
ビームはアレー面の垂線に対して23°放射素子1b（1c）
の側にビームチルトされた電波が放射される。
給電線路層４が各所で線路幅が異なっているのは放射素
子1a〜1dの入力インピーダンスと線路インピーダンスの
整合及び給電分岐回路のインピーダンス整合のために成
されたものであり、本例では主線路のインピーダンスは
100［Ω］で設計されている。このインピーダンスの値
は線路幅が電波の線路内波長λｇに対してモード的影響
が無視できる範囲で自由であるが、分岐点、折曲部分で
の位相の非対称の限界とインピーダンスの整合のための
不連続部及び素子間隔から定められる配線スペース等か
ら制限され、適当な値が選定される。
子1a〜1dの入力インピーダンスと線路インピーダンスの
整合及び給電分岐回路のインピーダンス整合のために成
されたものであり、本例では主線路のインピーダンスは
100［Ω］で設計されている。このインピーダンスの値
は線路幅が電波の線路内波長λｇに対してモード的影響
が無視できる範囲で自由であるが、分岐点、折曲部分で
の位相の非対称の限界とインピーダンスの整合のための
不連続部及び素子間隔から定められる配線スペース等か
ら制限され、適当な値が選定される。
利得効率の高いアンテナを実現するためには、線路損失
を減少させるため、上記制限の範囲内で充分に幅広く構
成した方が有利となる。本例はこうした条件下で最良と
なるよう構成した一例であるが、図に斜線で示すＡ〜Ｃ
の部分でいずれも不要な結合を生じており、アンテナと
しての利得特性を劣化させている。
を減少させるため、上記制限の範囲内で充分に幅広く構
成した方が有利となる。本例はこうした条件下で最良と
なるよう構成した一例であるが、図に斜線で示すＡ〜Ｃ
の部分でいずれも不要な結合を生じており、アンテナと
しての利得特性を劣化させている。
なお、上記図における素子間隔は、非ビームチルト面で
ある上下方向は利得効率が最高となる0.8λ0（λ0は電
波の空間波長）に、また、ビームチルト面である左右方
向はビームチルトによるグレーティングローブを抑える
ため0.64λ0に選定してあり、その結果、配線スペース
が同相給電型アンテナに比べて狭いことが不要結合を増
大させる一因ともなっている。この場合、給電線路２の
幅を例えば2mmとしており、これを0.5mm程度と小さくす
ることにより上記Ａ〜Ｃで示した不要結合部分を減少さ
せることができるが、逆にストリップ線路の伝送損失が
増大し、このためにアンテナの利得効率が低下すること
となる。
ある上下方向は利得効率が最高となる0.8λ0（λ0は電
波の空間波長）に、また、ビームチルト面である左右方
向はビームチルトによるグレーティングローブを抑える
ため0.64λ0に選定してあり、その結果、配線スペース
が同相給電型アンテナに比べて狭いことが不要結合を増
大させる一因ともなっている。この場合、給電線路２の
幅を例えば2mmとしており、これを0.5mm程度と小さくす
ることにより上記Ａ〜Ｃで示した不要結合部分を減少さ
せることができるが、逆にストリップ線路の伝送損失が
増大し、このためにアンテナの利得効率が低下すること
となる。
以上のように平面アンテナは、20〜30度のビームチルト
角を持った高利得効率の平面アンテナが実現して始めて
その効果が生ずるものであり、結局、いかに利得効率を
上げつつ所要のビームチルト角を備えた平面アンテナが
実現できるかに掛かっている。
角を持った高利得効率の平面アンテナが実現して始めて
その効果が生ずるものであり、結局、いかに利得効率を
上げつつ所要のビームチルト角を備えた平面アンテナが
実現できるかに掛かっている。
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、充
分利得効率が高く、ビームチルト角が20〜30°であるビ
ームチルト平面アンテナを提供することを目的とする。
分利得効率が高く、ビームチルト角が20〜30°であるビ
ームチルト平面アンテナを提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段及び作用］ 本発明は、マイクロ波ストリップ素子から成るビームチ
ルト平面アンテナにおいて、α°回転配置された相隣接
する一対の放射素子を電気長の等しい給電線路で給電
し、 θ［°］≒sin-1（αλ0/2πｄ） （λ0：自由空間波長、d:素子間隔） なる関係式で求められる角度θ［°］のビームチルトを
生じさせるようにする一方、上記放射素子を構成するマ
イクロ波ストリップ回路層と上記給電線路で構成するマ
イクロ波ストリップ回路層とをアース導体板上に誘電体
層とスペーサの少なくとも一方を介して積層配置し、給
電線路と放射素子間の電磁結合によって放射素子を励振
するようにしたものである。
ルト平面アンテナにおいて、α°回転配置された相隣接
する一対の放射素子を電気長の等しい給電線路で給電
し、 θ［°］≒sin-1（αλ0/2πｄ） （λ0：自由空間波長、d:素子間隔） なる関係式で求められる角度θ［°］のビームチルトを
生じさせるようにする一方、上記放射素子を構成するマ
イクロ波ストリップ回路層と上記給電線路で構成するマ
イクロ波ストリップ回路層とをアース導体板上に誘電体
層とスペーサの少なくとも一方を介して積層配置し、給
電線路と放射素子間の電磁結合によって放射素子を励振
するようにしたものである。
［実施例］ 以下図面を参照して本発明の単位長実施例を説明する。
第１図は本発明を右旋円偏波の環状スロット放射素子を
トリプレート線路よりなる給電回路で励振するよう構成
された４素子アレーアンテナに適用した場合の構成例を
示すものであって、同図（ａ）は特に放射素子と給電線
路のパターン構成を示す図、第１図（ｂ）は同図（ａ）
のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。図中、11a〜11dが環
状スロット放射素子、12が給電線路、13が放射電極層、
14が給電線路層、15が導体基板である。
トリプレート線路よりなる給電回路で励振するよう構成
された４素子アレーアンテナに適用した場合の構成例を
示すものであって、同図（ａ）は特に放射素子と給電線
路のパターン構成を示す図、第１図（ｂ）は同図（ａ）
のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。図中、11a〜11dが環
状スロット放射素子、12が給電線路、13が放射電極層、
14が給電線路層、15が導体基板である。
環状スロット放射素子11a〜11dはすべて同位相で給電さ
れるが、各素子の向きが90°ずつ回転している。すなわ
ち、素子11aが素子11bに対し、また、素子11dが素子11c
に対し円偏波の回転方向を基準にして90°進み位相とな
るように90°回転配置されているため、結果として位相
差給電されたこととなり、素子11b（あるいは11c）の側
にビームチルトされた電波が放射される。
れるが、各素子の向きが90°ずつ回転している。すなわ
ち、素子11aが素子11bに対し、また、素子11dが素子11c
に対し円偏波の回転方向を基準にして90°進み位相とな
るように90°回転配置されているため、結果として位相
差給電されたこととなり、素子11b（あるいは11c）の側
にビームチルトされた電波が放射される。
放射素子への給電方法としては、放射素子への給電線を
直接接続する直接給電方式でもよいが、衛星放送を受信
するべく、より広帯域の特性とするためには、第１図に
示すような電磁結合方式の方が有利である。
直接接続する直接給電方式でもよいが、衛星放送を受信
するべく、より広帯域の特性とするためには、第１図に
示すような電磁結合方式の方が有利である。
なお、上記誘電体層としては比誘電率の小さい材質ほど
適しており、例えば発泡体のシート（ポリフォームのシ
ート等）を用いると、より広帯域な特性を得ることがで
きる。
適しており、例えば発泡体のシート（ポリフォームのシ
ート等）を用いると、より広帯域な特性を得ることがで
きる。
また、この誘電体層の代わりに、特定の間隔をあけて例
えばプラスチック材のスペーサを用いてもよく、この場
合は各層間が実質的に空気（比誘電率が1.0で一番小さ
い誘電体）と同等になるため、より好ましい広帯域な特
性が得られるものである。
えばプラスチック材のスペーサを用いてもよく、この場
合は各層間が実質的に空気（比誘電率が1.0で一番小さ
い誘電体）と同等になるため、より好ましい広帯域な特
性が得られるものである。
上記のような構成の16素子アンテナを上記第４図に示し
た構成の16素子アンテナと利得効率について比較した図
を第２図に示す。
た構成の16素子アンテナと利得効率について比較した図
を第２図に示す。
同図で第４図に示した構成の16素子アレーアンテナでは
利得効率が46％であったのが、第１図に示す構成の16素
子アレーアンテナでは利得効率が70％となる。このよう
に同一のビームチルトを実現しながらもアンテナの利得
効率を大幅に向上させることができる。この効率向上の
要因としては、各素子への給電線路長が同相である結
果、給電位相差の周波数依存性がなく、高帯域特性が実
現できる点、各素子単体のインピーダンス整合が多少不
充分でも、その不整合に起因する給電位相のずれが少な
い点があげられる。
利得効率が46％であったのが、第１図に示す構成の16素
子アレーアンテナでは利得効率が70％となる。このよう
に同一のビームチルトを実現しながらもアンテナの利得
効率を大幅に向上させることができる。この効率向上の
要因としては、各素子への給電線路長が同相である結
果、給電位相差の周波数依存性がなく、高帯域特性が実
現できる点、各素子単体のインピーダンス整合が多少不
充分でも、その不整合に起因する給電位相のずれが少な
い点があげられる。
以上のような構成によれば、利得効率の充分高いビーム
チルト平面アンテナを実現することができるので、第３
図（ａ）に示すような従来の平面アンテナの如くアンテ
ナ面を放送衛星（BS）に正対向させるために取付け、積
雪等の障害に対して不利となることがなく、第３図
（ｂ）に示すように取付け、据付けを容易に行なうこと
ができ、かつ、積雪等の受信障害に対して有利となる。
チルト平面アンテナを実現することができるので、第３
図（ａ）に示すような従来の平面アンテナの如くアンテ
ナ面を放送衛星（BS）に正対向させるために取付け、積
雪等の障害に対して不利となることがなく、第３図
（ｂ）に示すように取付け、据付けを容易に行なうこと
ができ、かつ、積雪等の受信障害に対して有利となる。
［発明の効果］ 以上詳記した如く本発明によれば、マイクロ波ストリッ
プ素子から成るビームチルト平面アンテナにおいて、α
°回転配置された相隣接する一対の放射素子を電気長の
等しい給電線路で給電し、 θ［°］≒sin-1（αλ0/2πｄ） （λ0：自由空間波長、d:素子間隔） なる関係式で求められる角度θ［°］のビームチルトを
生じさせるようにする一方、上記放射素子を構成するマ
イクロ波ストリップ回路層と上記給電線路で構成するマ
イクロ波ストリップ回路層とをアース導体板上に誘電体
層とスペーサの少なくとも一方を介して積層配置し、給
電線路と放射素子間の電磁結合によって放射素子を励振
するようにしたので、広帯域で且つ充分利得効率が、ビ
ームチルト角が20〜30°であるビームチルト平面アンテ
ナを提供することができる。
プ素子から成るビームチルト平面アンテナにおいて、α
°回転配置された相隣接する一対の放射素子を電気長の
等しい給電線路で給電し、 θ［°］≒sin-1（αλ0/2πｄ） （λ0：自由空間波長、d:素子間隔） なる関係式で求められる角度θ［°］のビームチルトを
生じさせるようにする一方、上記放射素子を構成するマ
イクロ波ストリップ回路層と上記給電線路で構成するマ
イクロ波ストリップ回路層とをアース導体板上に誘電体
層とスペーサの少なくとも一方を介して積層配置し、給
電線路と放射素子間の電磁結合によって放射素子を励振
するようにしたので、広帯域で且つ充分利得効率が、ビ
ームチルト角が20〜30°であるビームチルト平面アンテ
ナを提供することができる。
第１図（ａ）は本発明の一実施例による４素子アレーア
ンテナの放射素子と給電線路のパターンを示す平面図、
第１図（ｂ）は同図（ａ）のＩ−Ｉ線に沿った断面図、
第２図は第１図の構成を用いた16素子のアレーアンテナ
の利得効率を従来の構成のものと比較して示す特性図、
第３図はビームチルト平面アンテナと従来の平面アンテ
ナとの据付け角度の違いを示す図、第４図（ａ）は従来
の４素子アレーアンテナの放射素子と給電線路のパター
ンを示す平面図、第４図（ｂ）は同図（ａ）のIV−IV線
に沿った断面図である。 1a〜1d,11a〜11d…環状スロット放射素子、2,12…給電
線路、3,13…放射電極層、4,14…給電線路層、5,15…導
体基板。
ンテナの放射素子と給電線路のパターンを示す平面図、
第１図（ｂ）は同図（ａ）のＩ−Ｉ線に沿った断面図、
第２図は第１図の構成を用いた16素子のアレーアンテナ
の利得効率を従来の構成のものと比較して示す特性図、
第３図はビームチルト平面アンテナと従来の平面アンテ
ナとの据付け角度の違いを示す図、第４図（ａ）は従来
の４素子アレーアンテナの放射素子と給電線路のパター
ンを示す平面図、第４図（ｂ）は同図（ａ）のIV−IV線
に沿った断面図である。 1a〜1d,11a〜11d…環状スロット放射素子、2,12…給電
線路、3,13…放射電極層、4,14…給電線路層、5,15…導
体基板。
フロントページの続き (72)発明者 若生 伊市 埼玉県大宮市蓮沼1406番地 八木アンテナ 株式会社大宮工場内 (72)発明者 金子 洋一 埼玉県大宮市蓮沼1406番地 八木アンテナ 株式会社大宮工場内 (56)参考文献 特開 昭61−154203（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−1304（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−210703（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−200603（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−89821（ＪＰ，Ｕ)
Claims (2)
- 【請求項１】マイクロ波ストリップ素子から成るビーム
チルト平面アンテナにおいて、略90°回転配置された相
隣接する一対の放射素子と、 これら一対の放射素子を電気長の等しい給電線路で給電
してビームチルトを生じさせる給電手段と を具備したことを特徴とするビームチルト平面アンテ
ナ。 - 【請求項２】上記放射素子を構成するマイクロ波ストリ
ップ回路層と上記給電線路で構成するマイクロ波ストリ
ップ回路層とをアース導体板上に誘電体層とスペーサの
少なくとも一方を介して積層配置し、給電線路と放射素
子間の電磁結合によって放射素子を励振するようにした
ことを特徴とする請求項（１）記載のビームチルト平面
アンテナ。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63116360A JPH07101811B2 (ja) | 1988-05-13 | 1988-05-13 | ビームチルト平面アンテナ |
| KR1019890004783A KR920002227B1 (ko) | 1988-05-13 | 1989-04-11 | 마이크로스트립 어레이 안테나 |
| EP89107666A EP0345454B1 (en) | 1988-05-13 | 1989-04-27 | Microstrip array antenna |
| DE68910728T DE68910728T2 (de) | 1988-05-13 | 1989-04-27 | Streifenleiter Array-Antenne. |
| CN89103173A CN1011168B (zh) | 1988-05-13 | 1989-05-12 | 微带天线阵 |
| US07/745,272 US5181042A (en) | 1988-05-13 | 1991-08-12 | Microstrip array antenna |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63116360A JPH07101811B2 (ja) | 1988-05-13 | 1988-05-13 | ビームチルト平面アンテナ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01286602A JPH01286602A (ja) | 1989-11-17 |
| JPH07101811B2 true JPH07101811B2 (ja) | 1995-11-01 |
Family
ID=14685034
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63116360A Expired - Fee Related JPH07101811B2 (ja) | 1988-05-13 | 1988-05-13 | ビームチルト平面アンテナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07101811B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4738967B2 (ja) * | 2005-10-11 | 2011-08-03 | 日本アンテナ株式会社 | 円偏波ループアンテナ |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60200603A (ja) * | 1984-03-26 | 1985-10-11 | Yagi Antenna Co Ltd | ビ−ムチルト平面アンテナ |
| JPH0770904B2 (ja) * | 1984-12-26 | 1995-07-31 | 株式会社東芝 | 円偏波アレイアンテナ |
| US4761654A (en) * | 1985-06-25 | 1988-08-02 | Communications Satellite Corporation | Electromagnetically coupled microstrip antennas having feeding patches capacitively coupled to feedlines |
| JPS6289821U (ja) * | 1985-11-26 | 1987-06-09 | ||
| JPS62210703A (ja) * | 1986-03-12 | 1987-09-16 | Mitsubishi Electric Corp | 平面アンテナ |
-
1988
- 1988-05-13 JP JP63116360A patent/JPH07101811B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01286602A (ja) | 1989-11-17 |
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