JPH0715233A

JPH0715233A - 平面アンテナ

Info

Publication number: JPH0715233A
Application number: JP15517393A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Tsukamoto; 活也塚本; Takeshi Saito; 齋藤　　健
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1993-06-25
Filing date: 1993-06-25
Publication date: 1995-01-17

Abstract

(57)【要約】【目的】小型でありながら充分な受信を確保できるよ
うにする。【構成】放射素子３Ａを形成した放射回路層３と、給
電プローブ４ａを形成した給電回路層４と、導電性平面
にて形成した地導体層５ａとをそれぞれ平行に配設した
平面アンテナ１において、アンテナ周辺に電波反射面５
ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、衛星放送を受信するた
めの平面アンテナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の衛星放送受信用の平面アンテナに
あっては、ストリップ線路をクランク状に折り曲げて構
成するもの、あるいは、複数のパッチ素子で構成するも
のなどが提案されてきた。しかしながら、上述のような
平面アンテナにあっては、日本の衛星放送に用いられる
１１．７ＧＨｚ〜１２．０ＧＨｚの衛星放送周波数帯域
全体にわたって、充分な受信性能を持たせることが困難
であった。また、給電プローブに電力を給電するための
給電線からの電力損失も大きく、効率の面からも充分な
受信性能を持たせることが困難であった。

【０００３】そこで、本発明者等は、パラボラアンテナ
と同程度に衛星放送周波数帯域全体にわたって高効率で
且つ充分な受信性能を有する平面アンテナを目標に、研
究開発を行ってきた。その結果、放射回路層と給電回路
層と地導体層との平行な平板状の３層を備える所謂トリ
プレート型平面アンテナにあっては、複数の放射素子と
複数の給電プローブとの配設関係を、電磁気的な結合対
を成す放射素子と給電プローブとで生成されるそれぞれ
の平行平板モードの電磁波がそれぞれ同位相で重なり合
って互いに増強し合って再放射可能と成るように設定す
ると、平行平板モードの電磁波を有効に利用することが
可能と成り、衛星放送周波数帯域全体にわたって高効率
化が実現でき、受信性能を向上し得ることを見出した。

【０００４】その後、本発明者等は、更に研究開発を進
め、円偏波を直線偏波に変換する複数のミアンダーライ
ンを形成した偏波変換層を前記トリプレート型平面アン
テナの前方に重ねて配置することにより、衛星放送周波
数帯域全体にわたって高効率で且つ優れた交差偏波性能
を有する平面アンテナを実現するに至った。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、より受
波面積が小さくしかも充分な受信特性を確保できる平面
アンテナが求められ、今まで以上に小型でありながら充
分な受信特性を備える平面アンテナを実現しなければな
らないと言う問題点があった。

【０００６】本発明は、上記の問題点を改善するために
成されたもので、その目的とするところは、小型であり
ながら充分な受信を確保できる平面アンテナを提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の問題点
を解決するため、請求項１記載の発明にあっては、放射
素子を形成した放射回路層と、給電プローブを形成した
給電回路層と、導電性平面にて形成した地導体層とをそ
れぞれ平行に配設した平面アンテナにおいて、アンテナ
周辺に電波反射面を設けたことを特徴とする。

【０００８】請求項２記載の発明にあっては、電磁気的
な結合対を成す複数の放射素子と複数の給電プローブと
で生成されるそれぞれの平行平板モードの電磁波が同位
相で重なり合って増強し合うように、複数の放射素子を
同一平面上に形成した放射回路層と、複数の給電プロー
ブを同一平面上に形成した給電回路層と、導電性平面に
て形成した地導体層とをそれぞれ平行に配設した平面ア
ンテナにおいて、アンテナ周辺に電波反射面を設けたこ
とを特徴とする。

【０００９】請求項３記載の発明にあっては、前記放射
回路層の前方に円偏波を直線偏波に変換する偏波変換層
を設けたことを特徴とする。

【００１０】請求項４記載の発明にあっては、前記電波
反射面は前記地導体層の成す平面に対して直交する直線
に平行な面であることを特徴とする。

【００１１】請求項５記載の発明にあっては、前記電波
反射面は前記地導体層の成す平面から前記放射回路層の
成す平面に達していることを特徴とする。

【００１２】請求項６記載の発明にあっては、前記電波
反射面は、前記放射回路層と前記給電回路層との電磁気
的な結合で生成する平行平板モードの電磁波と、該平行
平板モードの電磁波が前記電波反射面で反射して生ずる
反射電磁波とが、それぞれ同位相で重なり合って増強し
合う位置に配設されていることを特徴とする。

【００１３】

【作用】以上のように構成したことによって、請求項１
記載の発明にあっては、有効に利用されることなく平面
アンテナ外に漏洩してしまう電磁波であっても、電波反
射面で反射して再び平面アンテナ内へ戻すことができ
る。従って、有効に利用されることなく漏洩してしまう
電磁波の割合を少なくでき、小型でありながら充分な受
信を可能にできるのである。

【００１４】請求項２記載の発明にあっては、放射素子
と給電プローブとの電磁気的な結合対で生成される平行
平板モードの電磁波は、電波反射面により平面アンテナ
内へ戻すことができる。従って、有効に利用されること
なく漏洩してしまう電磁波の割合を少なくでき、小型で
ありながら充分な受信を可能にできるのである。

【００１５】請求項３記載の発明にあっては、円偏波を
直線偏波に変換する偏波変換層を備える平面アンテナで
あっても、電波反射面は有効に利用されることなく平面
アンテナ外に漏洩しようとする電磁波を反射して平面ア
ンテナ内へ戻す。従って、有効に利用されることなく漏
洩してしまう電磁波の割合を少なくでき、小型でありな
がら充分な受信を可能にできるのである。

【００１６】請求項４記載の発明にあっては、有効に利
用されることなく平面アンテナ外に漏洩しようとする電
磁波は、対向する電波反射面間で何回もエコーのように
反射するので、電磁波の利用効率を更に向上させること
ができ、小型でありながら充分な受信を可能にできるの
である。

【００１７】請求項５記載の発明にあっては、電波反射
面は、有効に利用されることなく平面アンテナ外に漏洩
しようとする電磁波の多い位置で、且つ、平面アンテナ
がもともと必要とする厚さ以内の高さであるので、平面
アンテナの厚みを厚くすることなく比較的小さな電波反
射面で電波反射面の効果を最も引き出すことができ、小
型でありながら充分な受信を可能にできるのである。

【００１８】請求項６記載の発明にあっては、入射する
電磁波と電波反射面にて反射する電磁波とが同位相で重
なり合って増強し合うので、電波反射面の効果を最も引
き出すことができ、小型でありながら充分な受信を可能
にできるのである。

【００１９】

【実施例】以下、本発明に係る平面アンテナの第１実施
例を図１〜図３に基づいて、第２実施例を図４に基づい
て、それぞれ詳細に説明する。

【００２０】〔第１実施例〕図１は平面アンテナを示す
要部分解斜視図、図２は平面アンテナを示す要部断面
図、図３は平面アンテナにおける電波反射面による効果
を示す特性説明図である。

【００２１】平面アンテナ１は略矩形平板状のアンテナ
である。図１に示すように、平面アンテナ１は偏波変換
層２と放射回路層３と給電回路層４と地導体箱５とを備
えている。偏波変換層２は、円偏波の電磁波を直線偏波
の電磁波に変換する層であり、３枚の偏波変換フィルム
２０，２１，２２と、３枚のセパレータ２３，２４，２
５とをそれぞれ交互に重ね合わせて構成されている。偏
波変換フィルム２０，２１，２２は、それぞれ複数のク
ランク状の導電路であるミアンダーライン２ａを誘電体
フィルムにプリントしたものである。セパレータ２３，
２４，２５は、偏波変換フィルム２０，２１，２２のそ
れぞれを平行且つ所定間隔に保つためのもので、誘電体
損失の少ない発泡ポリエチレン樹脂シートなどが用いら
れている。

【００２２】放射回路層３は、放射回路板３０とセパレ
ータ３１とを重ね合わせたものである。放射回路板３０
は、厚さ略０．４ｍｍのアルミニウムの導電性板材に、
複数の放射素子３Ａ，……を、縦横略２２ｍｍピッチ
（送受対象周波数の波長と略等しくされている）で、８
行８列のマトリクス状に形成したものである。なお、図
１にあっては、４行４列のマトリクス状に形成したよう
に描かれているが、実際は８行８列のマトリクス状に形
成されている。各々の放射素子３Ａは中央部に１対の矩
形のアパーチャ（孔）３ａ，３ｂを備えている。アパー
チャ３ａとアパーチャ３ｂとは同形同大（長辺が１３ｍ
ｍで短辺が２ｍｍのスロット）にされると共に、アパー
チャ３ａとアパーチャ３ｂとのピッチＬ₁は９ｍｍにさ
れている。セパレータ３１としては、前述のものと同様
に、誘電体損失の少ない発泡ポリエチレン樹脂シートな
どが用いられている。

【００２３】給電回路層４は、給電回路フィルム４０と
セパレータ４１とを重ね合わせたものである。給電回路
フィルム４０は、前述の放射素子３Ａと対を成して電磁
気的な結合を生ずる複数の給電プローブ４ａ，……と、
複数の給電プローブ４ａ，……をコンバータ（図示せ
ず）へ導く給電路４ｂとを備えている。給電回路フィル
ム４０は枝分かれした導電路である給電路４ｂを誘電体
フィルムにプリントしたものであり、それぞれの枝分か
れした給電路４ｂの先端近傍部が給電プローブ４ａに成
っている。セパレータ４１としては、前述のものと同様
に、誘電体損失の少ない発泡ポリエチレン樹脂シートな
どが用いられている。

【００２４】地導体箱５は、導電性の厚さ略０．４ｍｍ
のアルミニウム板材を鈑金加工した背丈の低い有底矩形
筒状のものである。地導体箱５において、底部面５ａは
地導体層に相当し、地導体箱５の４つの側面部５ｂ，５
ｃ，５ｄ，５ｅは電波反射面に相当している。

【００２５】平面アンテナ１の要部は、上述のような偏
波変換層２と放射回路層３と給電回路層４とを、上述の
ような地導体箱５の中に、次のように収めることにより
完成する。すなわち、偏波変換層２と放射回路層３と給
電回路層４とは、地導体箱５の底部面５ｂよりも僅かに
小さくされている。そこで、セパレータ４１、給電回路
フィルム４０、セパレータ３１、放射回路板３０、セパ
レータ２５、偏波変換フィルム２２、セパレータ２４、
偏波変換フィルム２１、セパレータ２３、偏波変換フィ
ルム２０の順に地導体箱５の中に積層して収容する。す
ると、平面アンテナ１の要部は完成して図２に示すよう
な状態に成り、地導体箱５の上端縁は偏波変換フィルム
２０の成す平面と一致するようにされている。この図２
に示す状態で平面視すると、各々の放射素子３Ａ，……
の中心と各々の給電プローブ４ａ，……とはそれぞれち
ょうど重なり合うようにされている。

【００２６】地導体箱５の４つの側面部５ｂ，５ｃ，５
ｄ，５ｅは、それぞれ最周縁の放射素子３Ａの中心から
略｛（２Ｎ−１）×λ／４｝の距離に位置するようにさ
れている。この｛（２Ｎ−１）×λ／４｝の距離は実験
的にアンテナ効率が極大値となる好ましい位置である。
このアンテナ効率が極大値となる好ましい位置は、連続
して入射する波長λの電磁波の反射波が入射してくる波
長λの電磁波と同位相で重なり合って増強し合う条件を
定性的に考察することによっても理解される。なお、Ｎ
は整数であり、λは送受対象電磁波の波長である。１２
ＧＨｚではλ≒２５ｍｍである。また、面積を少しでも
小さくするために、平面アンテナ１にあっては、Ｎ＝２
としている。

【００２７】上述のように構成された平面アンテナ１に
あっては、次のようにして放送衛星からの電波を受信す
る。すなわち、円偏波で送出されて平面アンテナ１に到
達する電磁波は、偏波変換層２で直線偏波の電磁波に変
換されて放射回路層３に伝搬する。放射回路層３に伝搬
する直線偏波の電磁波は、放射回路層３のそれぞれの放
射素子３Ａ，……と電磁気的に結合している給電回路層
４の給電プローブ４ａ，……とで捕獲受信され、それぞ
れの給電プローブ４ａ，……からそれぞれの給電路４ｂ
を介して一箇所に集められコンバータ（図示せず）へ導
かれる。

【００２８】しかしながら、放射素子３Ａ，……と給電
プローブ４ａ，……とで捕獲受信し得なかったり、ある
いは、一旦捕獲受信したものの再び電磁波として再放射
されたりして、かなりのエネルギーの電磁波が平行平板
モードの電磁波として放射回路層３や給電回路層４に沿
って平行に広がり平面アンテナ１の外に漏洩しようとす
る。しかも、複数の放射素子３Ａ，……の縦横のピッチ
および複数の給電プローブ４ａ，……の縦横のピッチの
それぞれは、送受対象周波数の波長λと略等しい２２ｍ
ｍとされているので、この漏洩しようとする電磁波は互
いに同位相で重なり増強し合っている。この増強し合っ
て漏洩しようとする電磁波は、地導体箱５の４つの側面
部５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅで反射されて再び平面アンテ
ナ１の内部に戻される。しかも、地導体箱５の４つの側
面部５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅは、それぞれ最周縁の放射
素子３Ａの中心から略｛３λ／４｝の距離に位置するよ
うにされている。従って、再び平面アンテナ１の内部に
戻される電磁波は、放射回路層３や給電回路層４に沿っ
て平行に広がろうとしている平行平板モードの電磁波と
同位相で重なり増強し合って、再び放射素子３Ａ，……
と給電プローブ４ａ，……とで捕獲受信され得る機会が
与えられることになる。つまり、上述のような平面アン
テナ１にあっては、電磁波の利用効率を向上させること
ができ、小型でありながら充分な受信を可能にできるの
である。

【００２９】上述のように構成した平面アンテナ１のア
ンテナ効率と交差偏波特性とを実測したことろ、１１．
５ＧＨｚ〜１２．５ＧＨｚの広帯域（１ＧＨｚ）にわた
って、８０％以上のアンテナ効率と２３ｄＢ以上の交差
偏波特性とが得られた。また、アンテナ効率の最大点で
は９０％以上が実現できた。

【００３０】なお、図３の周波数対アンテナ効率の説明
図にあっては、実線は平面アンテナ１のアンテナ効率特
性を、一点鎖線は平面アンテナ１の地導体箱５の４つの
側面部５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅの中の２つの側面部５
ｂ，５ｄを無くした場合のアンテナ効率特性を、破線は
平面アンテナ１の地導体箱５の４つの側面部５ｂ，５
ｃ，５ｄ，５ｅの全てを無くした場合のアンテナ効率特
性を、それぞれ示している。

【００３１】また、図１に示す平面アンテナ１の地導体
箱５の上端縁を低くして、地導体箱５の上端縁を偏波変
換フィルム２０の成す平面に一致させるのではなく放射
回路板３０の成す平面に一致させるようにすると、アン
テナ効率特性は低下することが判明した。すなわち、放
射回路板３０と地導体箱５の底部面５ａとの間にのみ発
生すると思われていた平行平板モードの電磁波は放射回
路板３０の上方にまで及んでいるか、あるいは、アンテ
ナ効率特性に影響を及ぼす平行平板モードの電磁波以外
の要因が考えられる。従って、電波反射面を放射回路板
３０の上方の偏波変換層２の周囲にのみ形成しても、電
波反射面の全く無い従来の平面アンテナよりもアンテナ
効率特性の向上が図れるものと思われる。

【００３２】〔第２実施例〕図４は平面アンテナを示す
要部断面図である。なお、図４にあっては、第１実施例
の平面アンテナと同じ箇所には同じ符号を付してあるの
で、同じ箇所の詳細な説明は省略する。

【００３３】図４に示す平面アンテナ１が第１実施例の
平面アンテナと異なり特徴と成るのは次の構成である。
すなわち、第１実施例の地導体箱５に相当するものが無
く、地導体層に相当する地導体板６と電波反射面に相当
する銅テープ７とがそれぞれ設けられ、地導体板６と銅
テープ７とはそれぞれ分離されている構成である。

【００３４】地導体板６は導電性のアルミニウム板材を
矩形に切断したもので、平面視した場合の外形は偏波変
換層２と一致するものである。銅テープ７は接着剤によ
りアンテナカバー８の内側面に沿って、偏波変換層２と
放射回路層３と給電回路層４と地導体板６とを包囲する
矩形筒状に貼着されている。つまり、アンテナカバー８
の内側面に沿って貼着された銅テープ７の上端縁は偏波
変換フィルム２０の成す平面に達しており、銅テープ７
の下端縁は地導体板６の成す平面に達している。アンテ
ナカバー８は、誘電率が低く且つ誘電損失の少ないプラ
スチックを成形したもので、放射回路層３や給電回路層
４を雨水などから保護するためのものである。

【００３５】また、矩形筒状に貼着された銅テープ７の
４つの各面は、それぞれ最も近い放射素子３Ａの中心か
ら略｛（２Ｎ−１）×λ／４｝の距離に位置するように
されている。この｛（２Ｎ−１）×λ／４｝の距離を採
用するのは、第１実施例と同様の理由からであるので、
ここでは詳細な説明は省略する。なお、Ｎは整数であ
り、λは対象電磁波の波長である。１２ＧＨｚではλ≒
２５ｍｍである。また、面積を少しでも小さくするため
に、Ｎ＝２としている。

【００３６】ところで、上述のように構成された平面ア
ンテナ１の、放送衛星からの電波の受信する様子は、第
１実施例と同様なので省略するが、上述のように構成し
た平面アンテナ１のアンテナ効率と交差偏波特性とを実
測したことろ、第１実施例の平面アンテナと同様のアン
テナ効率特性と交差偏波特性とが得られた。また、アン
テナカバー８の内側面に沿って銅テープ７の代わりに、
アルミニウムテープを貼着した場合でも、あるいは、銅
メッキや金属蒸着などを施した場合でも、あるいは、導
電性塗料を塗布した場合でも、第１実施例の平面アンテ
ナと同様のアンテナ効率特性と交差偏波特性とを得るこ
とができた。

【００３７】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、第１実施例や第２実施例の偏波変換層を取
り払った直線偏波用の平面アンテナにおいても、電波反
射面はアンテナ効率特性や交差偏波特性の向上に効果的
であることが実測でき、本発明は偏波変換層を取り払っ
た直線偏波用の平面アンテナをも含むものである。ま
た、電波反射面は、偏波変換層と放射回路層と給電回路
層と地導体層とのちょうど真横周辺（偏波変換層の前面
の成す平面と地導体層の後面の成す平面とで挟まれる空
間）に設ける必要は無く前方に延出していても良いし、
偏波変換層の真横周辺のみに設けても良く、本発明はそ
れらをも含むものである。更に、偏波変換層と放射回路
層と給電回路層と地導体層とのそれぞれの平面視した場
合の形状は矩形である必要は無く円や楕円であっても良
く、電波反射面も矩形筒状面である必要は無く円筒状面
や楕円筒状面であっても良く、本発明はそれらをも含む
ものである。

【００３８】また、電波反射面の効果は矩形の平面アン
テナのみならず、２枚の平行円板の中央から給電してそ
の電力をスロット素子またはヘリカル素子またはパッチ
素子などから放射させるようにした円形の平面アンテナ
にあっても、前記２枚の平行円板の周辺に電波反射面を
設ければ、アンテナ特性の向上に寄与するであろうこと
は推測される。

【００３９】

【発明の効果】本発明の平面アンテナは上述のような構
成とされているので、請求項１記載の発明にあっては、
小型でありながら充分な受信特性を得ることができ、請
求項２記載の発明にあっても、小型でありながら充分な
受信特性を得ることができ、請求項３記載の発明にあっ
ては、偏波変換層を備えるものであっても小型でありな
がら充分な受信特性を得ることができ、請求項４記載の
発明にあっては、更に小型でありながら充分な受信特性
を得ることができ、請求項５記載の発明にあっては、全
体の厚みを厚くすることなく小型でありながら充分な受
信特性を得ることができ、請求項６記載の発明にあって
は、電波反射面の効果を巧く引き出すことができるの
で、更に小型でありながら充分な受信特性を得ることが
できる、優れた平面アンテナを提供できると言う効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る平面アンテナの第１実施例を示す
要部分解斜視図である。

【図２】前記実施例の要部断面図である。

【図３】電波反射面による効果を示す説明図である。

【図４】本発明に係る平面アンテナの第２実施例を示す
要部断面図である。

【符号の説明】

１平面アンテナ２偏波変換層３放射回路層３Ａ放射素子４給電回路層４ａ給電プローブ５ａ地導体層５ｂ電波反射面５ｃ電波反射面５ｄ電波反射面５ｅ電波反射面６地導体層７電波反射面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放射素子を形成した放射回路層と、給電
プローブを形成した給電回路層と、導電性平面にて形成
した地導体層とをそれぞれ平行に配設した平面アンテナ
において、アンテナ周辺に電波反射面を設けたことを特
徴とする平面アンテナ。
【請求項２】電磁気的な結合対を成す複数の放射素子
と複数の給電プローブとで生成されるそれぞれの平行平
板モードの電磁波が同位相で重なり合って増強し合うよ
うに、複数の放射素子を同一平面上に形成した放射回路
層と、複数の給電プローブを同一平面上に形成した給電
回路層と、導電性平面にて形成した地導体層とをそれぞ
れ平行に配設した平面アンテナにおいて、アンテナ周辺
に電波反射面を設けたことを特徴とする平面アンテナ。
【請求項３】前記放射回路層の前方に円偏波を直線偏
波に変換する偏波変換層を設けた請求項１記載または請
求項２記載の平面アンテナ。
【請求項４】前記電波反射面は前記地導体層の成す平
面に対して直交する直線に平行な面であることを特徴と
する請求項１記載乃至請求項３記載の平面アンテナ。
【請求項５】前記電波反射面は前記地導体層の成す平
面から前記放射回路層の成す平面に達していることを特
徴とする請求項１記載乃至請求項４記載の平面アンテ
ナ。
【請求項６】前記電波反射面は、前記放射回路層と前
記給電回路層との電磁気的な結合で生成する平行平板モ
ードの電磁波と、該平行平板モードの電磁波が前記電波
反射面で反射して生ずる反射電磁波とが、それぞれ同位
相で重なり合って増強し合う位置に配設されていること
を特徴とする請求項１記載乃至請求項５記載の平面アン
テナ。