JPH0770913B2 - アレイアンテナ - Google Patents

アレイアンテナ

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JPH0770913B2
JPH0770913B2 JP63182653A JP18265388A JPH0770913B2 JP H0770913 B2 JPH0770913 B2 JP H0770913B2 JP 63182653 A JP63182653 A JP 63182653A JP 18265388 A JP18265388 A JP 18265388A JP H0770913 B2 JPH0770913 B2 JP H0770913B2
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裕彦 山本
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はアレアアンテナに関し、特には偏波共用型の平
面アンテナに関する。
従来の技術 近年、情報化社会の発展とともに衛星通信,衛星放送等
が盛んになってきた。これらの衛星通信,衛星放送では
12GHzz帯の電波が使用され、アンテナとして利得30〜40
dBのパラボラアンテナ,平面アンテナ等が実用化され、
特に平面アンテナは薄型で設置が容易であることから脚
光を浴びている。
又、衛星通信においては垂直偏波,水平偏波の電波が使
用され、日本の衛星放送では右旋円偏波が、またヨーロ
ッパにおいては、右旋,左旋両円偏波が使用されてい
る。このような状況下において、1つの平面アンテナで
右旋,左旋両円偏波及び垂直,水平の両直線偏波が受信
できれば極めて好都合である。
従来の左右両円偏波受信パラボラアンテナを第7図に示
す。図中31はリフレクタを,3は1次ホーンを,33は円偏
波直線偏波変換器を,34は左旋円偏波を受信するための
導波管出力開口を,35は右旋円偏波を受信するための導
波管出力開口を,36は導波管を夫々示している。
上記構造のアンテナでは、衛星から到来する円偏波はリ
フレクタ31で反射されて1次ホーン32で受信される。受
信された円偏波は、円偏波直線偏波変換器33で直線偏波
に変換され導波管36に導かれる。このとき左旋円偏波と
右旋円偏波では、円偏波直線偏波変換器33を通過したあ
との直線偏波の電界の方向が異なるという性質がある。
従って開口34には右旋円偏波の信号は現れずに左旋円偏
波のみが出力される。同様に開口35には左旋円偏波の信
号は現れず右旋円偏波の信号のみ出力される。
発明が解決しようとする課題 しかし従来の両円偏波パラボラ受信アンテナは、リフレ
クタ24をはじめ、円偏波直線偏波変換器33及び左旋円偏
波受信のための開口34,右旋円偏波受信のための開口35
等を備えねばならず構造が複雑で製作が困難であり、ま
た重量が重くなる上、容積としても嵩ばるという問題が
あった。更には室外に設置した際、形状的に雨や雪の影
響を受け易く特に雪害を受け易いという欠点があった。
本発明はこれらの欠点を除去したアレイアンテナを提供
することを目的とする。
課題を解決するための手段 上記の目的を達成するため本発明のアレイアンテナは、
誘電体表面に形成した複数の電波受信素子と、前記電波
受信素子で受信した第1の偏波信号を導出する第1の給
電点と、前記電波受信素子で受信した異なる第2の偏波
信号を導出する第2の給電点と、前記第1、第2の各給
電点の合成出力が入力として与えられ該入力信号の位相
関係に対応して異なる偏波信号を導出するための第1、
第2の電力合成器と、前記誘電体の裏面側に設けられた
地導体板とを備え、前記第1、第2の電力合成器が前記
地導体板を挟んで互いに積層されている。
作 用 3dBハイブリッドカプラ等の異なる偏波信号を出力する
端子を備えた電力合成器では、2つの入力端子に等振幅
で且つ互いに90゜位相の異なる信号が入力すると、一方
の出力端子は信号が互いに打ち消し合ってアイソレーシ
ョン端子となり、もう一方の出力端子では信号が互いに
強め合って出力される。即ち2つの入力端子に加えられ
る信号の位相関係で信号の現われる出力端子が異なる。
ところで、直交する2つの直線偏波アンテナ若くは、2
つの給電点をもつ円偏波マイクロストリップアンテナで
円偏波を受信した場合、2つの直線偏波アンテナのそれ
ぞれの給電点,若くはマイクロストリップアンテナの2
つの給電点には、同振幅で互いに90゜位相のずれた信号
が現れ、偏波の旋回方向によって、2つの給電点に現れ
る信号の位相関係が異なる。即ち本発明によれば同一偏
波方向の電波を受信するアンテナの出力信号を主ビーム
方向で同位相となるように、電力合成器で合成し、電力
合成器の出力信号を3dBハイブリッドカプラ等の電力合
成器に入力することにより、電力合成器の2つの出力端
子からそれぞれ左右両円偏波が同時に且つ分離して取り
出し得る。このようなアレイアンテナでは、衛星放送受
信アンテナ等を薄型な構造とすることができる。しか
も、第1、第2の電力合成器が前記地導体板を挟んで互
いに積層されているので、全体を小型化できる。
実施例 以下本発明の一実施例を図面を用いて具体的に説明す
る。第1図は本発明の一実施例を示す図である。
衛星放送等ではアンテナ素子を500素子程度配列した大
面積のアレイとして実用に供されるが、発明の要旨は変
わらないので理解を容易にするため本実施例では4素子
アレイの場合を挙げて説明する。
第1図において、マイクロストリップアンテナである電
波受信素子を形成するほぼ正方形の導体パターン1a〜1d
は第1の誘電体基板2の一方の主表面に設けられてい
る。前記誘電体基板2の他方の表面には第1の地導体板
3,第2の誘電体基板4,第3の誘電体基板5,第2の地導体
板6及び第4の誘電体基板7が順次積層されている。前
記第1の誘電体基板2上に設けられた電波受信素子1a〜
1d間は第1の電力合成器の作用をする“H"形状の導体パ
ターン8で結合されている。該導体パターン8と各電波
受信素子1a〜1dとの結合点は、第1の直線偏波で受信し
た信号を導く第1の給電点9a〜9dをなし、導体パターン
8上には第1の電力合成器の出力端子11が設けられてい
る。前記第1の電力合成器に対して第2の電力合成器を
構成するため、各電波受信素子1a〜1dには前記第1の給
電点9a〜9dとは90゜異なる方向の辺に位置する第2の給
電点10a〜10dが設けられている。該第2の給電点10a〜1
0dは前記第1の誘電体基板2,第1の地導体板3及び第2
の誘電体基板4のいずれをも導体ピン,スルーホール等
によって貫通し、第2の誘電体基板4と第3の誘電体基
板5の境界に設けた第2の電力合成器に接続されてい
る。
前記第2の電力合成器は、第2図に示すように、前記第
2の給電点10a〜10d間を結合する導体パターン14を有
し、該導体パターン14は前記第1の電力合成器の導体パ
ターン8に対して90゜回転した“H"形状をなし、導体パ
ターン14にも同様に第2の電力合成器のための出力端子
12が設けられている。前記第2の電力合成器出力端子12
は、各誘電体基板に形成した孔13を通して第1の誘電体
基板2側に露出し、半田付け可能な構造に設けられてい
る。尚第2図では各導体パターンの位置関係を明確にす
るため、第1の誘電体基板2の表面の導体パターンを破
線で示している。
第3図は本実施例のアレイアンテナを第4の誘電体基板
7面からみた図であり、誘電体基板7の表面には第3の
電力合成器を形成する導体パターン15が設けられ、各誘
電体基板を貫通して導出された前記第1の電力合成器の
出力端子11,及び第2の電力合成器の出力端子12に接続
されている。第4の誘電体基板7の同表面には前記第3
の電力合成器のための第1の出力端子16及び第2の出力
端子17が設けられている。
上記構成からなるアレイアンテナの電波受信素子1は、
第1の誘電体基板2と第1の他導体板3とともにマイク
ロストリップアンテナを形成する。また導体パターン8
は、第1の誘電体基板2,第1の地導体板3でマイクロス
トリップ線路を形成し、マイクロストリップ線路構造の
T型分配回路を2つ組み合わせた第1の電力合成器を形
成する。また導体パターン14は、第2の誘電体基板4,第
3の誘電体基板5,第1の地導体板3,第2の地導体板6と
ともにトリプレート線路を形成し、トリプレート線路構
造のT型2分配回路を2つ組み合わせた第2の電力合成
器を形成する。更に導体パターン15は、第4の誘電体基
板7,地導体板6とともにマイクロストリップ線路を形成
し、マイクロストリップ線路構造の3dBハイブリッドカ
プラを形成する。
第1図,第2図に示すように導体パターン1a〜1dが正方
形状のパターンで、且つ第1の給電点9a〜9dと第2の給
電点10a〜10dがそれぞれ互いに中心に対して直交する位
置に設けられた構造では、円偏波が到来した際に第1の
給電点9a〜9bと第2の給電点10a〜10dには等振幅で第1
の給電点9a〜9dと第2の給電点10a〜10dのそれぞれの位
相差が90゜となるような信号が出力される。第1の給電
点9a〜9dと第2の給電点10a〜10dの位相関係は、左旋円
偏波のときには第1の給電点9a〜9dの信号の位相が第2
の給電点10a〜10dに比べて90゜遅れた位相になり、右旋
円偏波のときには90゜進んだ位相になる。第1の給電点
9a〜9b及び第2の給電点10a〜10dに出力された信号は、
それぞれ第1の電力合成器8,第2の電力合成器14でアレ
イアンテナの主ビーム方向が所望の方向となるように合
成される。例えば給電点9a,9bが同位相、9c,9dが9a,9b
と180゜異なる位相、10a,10bが同位相、10c,10dが10a,1
0bと180゜異なる位相で合成されたとき、アンテナの主
ビームはアンテナ面に対して垂直な方向に主ビームを有
し、前記とは異なる位相で合成されたときには主ビーム
方向はアンテナ面に対して垂直な方向からチルトする、
いわゆるビームチルト型のアンテナとなる。
出力端子11,12に出力された信号は、また第3の電力合
成器の3dBハイブリッドカプラにも導かれる。この時出
力端子11,12に現れる信号の位相は、右旋円偏波のとき
には出力端子11の信号の位相が出力端子12の位相に対し
て90゜進んだ位相となり、左旋円偏波のときには90゜遅
れた位相となる。第3の電力合成器の導体パターン15は
3dBハイブリッドカプラであるので、端子11から入力し
た信号は端子12から入力した信号に比べて、出力端子16
では位相が90゜遅れ、出力端子17では位相が90゜進む。
その結果右旋円偏波信号に対しては、出力端子16では2
つの入力信号の位相が同相となり互いに強め合って信号
が出力され、出力端子17では位相が180゜ずれるために
互いに打ち消しあって信号が出力されない。又左旋円偏
波信号に対しては、同様に出力端子16には信号が出力さ
れず、出力端子17に信号が出力される。従って右旋左旋
両円偏波が到来したときにそれぞれ分離して同時受信可
能となる。
第4図は本発明の他の実施例を示す図で、直線偏波マイ
クロストリップアンテナ素子を形成する導体パターン18
a〜18dと19a〜19dを同一誘電体基板平面に別の導体パタ
ーンとして配置した場合の実施例であり、マイクロスト
リップアンテナ18a〜18dと19a〜19dでは互いに偏波面が
直交するように配置される。従って本実施例では第2の
給電点10a〜10dはマイクロストリップアンテナ19a〜19d
に接続され、導体パターン14に接続されている。
本実施例のアンテナで受信した場合、第1の給電点9a〜
9d及び第2の給電点10a〜10dには、前記第1図の実施例
と同様の信号が出力されるので第1図の実施例の場合と
同様に左旋右旋両円偏波信号を同時に取り出すことがで
きる。本実施例の場合2つの直交する偏波面をもつアン
テナが別々のアンテナであるため、アンテナ配置上の自
由度が大きくなる。又給電端子9a〜9d,10a〜10dのアイ
ソレーションがとれる。
第5図は本発明の第3の実施例であり、第1及び第2の
電力合成器は前記実施例と同様に設けられるが、本実施
例は第3の電力合成器の導体パターン15と出力端子11,1
2との間にスイッチ22,23を配置して構成する。第3図中
スイッチ22,23から導出された端子20,21は直線偏波出力
端子であり、また24d,24e,25d,25eはスイッチ22,23に設
けたバイアス端子である。
前記スイッチ22,23としては、例えば第6図に示すよう
な回路図で表せるSPDT(Single Pole Double Throw)ス
イッチ(単極双投スイッチ)をMIC化した回路が用いら
れる。同回路において端子aを入力端子とし、端子b,c
を出力端子とし、端子d,eをバイアス端子として、バイ
アス端子d,eからの制御信号によって、入力端子aに入
力されたマイクロ波信号を端子b又は端子cに切換えて
出力する。
第5図において、本実施例では第1の電力合成器出力端
子11,第2の電力合成器出力端子12に導かれた信号は、
スイッチ22,23に入力される。スイッチ22,23はバイアス
端子24d,24e,25d,25eに加えられる制御信号によってマ
イクロ波信号を、端子20又は第3の電力合成器の導体パ
ターン15の入力端,及び端子21又は第3の電力合成器の
導体パターン15の入力端に選択して出力する。端子20,2
1に信号が出力されるときは、2つの直交する直線偏波
信号が出力される。又スイッチ22,23の両方から第3の
電力合成器の導体パターン15に信号が入力されるときは
端子16,17から左右両円偏波信号が分離して出力され
る。
尚前記スイッチ22,23は雑音指数改善の為に低雑音増幅
器を含む構成であっても良い。又スイッチ22,23の代り
にウィルキンソン型電力分配器を配置すれば利得が3dB
低下するが、制御信号を必要としない構成で2つの直交
する直線偏波信号,及び左右両円偏波信号を分離して出
力できるため、本実施例のアンテナは通信衛星,放送衛
星に向ける際の角度調整を行うだけで両方の衛星からの
信号をすべて受信できることになる。
尚本発明は実施例に限定されず種々の型をとり得る。例
えば、アンテナ素子としてダイポール,スロット等を用
いてもよく、又電力合成器等を導波管又は同軸線路を用
いて立体的に構成することも可能である。又第3の電力
合成器として、3dB方向性結合器,ラットレース回路等
に位相調整線路を組み合わせて構成することもできる。
発明の効果 以上説明したように本発明によれば、平面状態の極めて
簡単な構成で右旋左旋両円偏波及び直交する直線偏波の
いずれをも受信できる高利得で適用範囲の広いアンテナ
を構成することができる。また、第1、第2の電力合成
器が地導体板を挟んで互いに積層されているので、アン
テナの全体の面積を小さくでき、小型化を図ることがで
きる。しかもアンテナ素子を並べて配置したアレイアン
テナとし、且つ平面アンテナとすることができるため設
置や取り扱いが容易となり、その実用効果は極めて大き
い。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す斜視図、第2図は同実
施例の第2の電力合成器の導体パターンを示す平面図、
第3図は同実施例の裏側平面図、第4図は本発明の第2
の実施例を示す平面図、第5図は本発明の第3の実施例
を示す平面図、第6図は同実施例に適用するSPDTスイッ
チの回路図、第7図は従来装置の斜視図である。 1a〜1d……電波受信素子,2……第1の誘電体基板, 3……第1の地導体板,4……第2の誘電体基板, 5……第3の誘電体基板,6……第2の地導体板, 7……第4の誘電体基板, 8……第1の電力合成器の導体パターン, 9a〜9d……第1の給電点, 10a〜10d……第2の給電点, 11……第1の電力合成器の出力端子, 12……第2の電力合成器の出力端子, 13……孔, 14……第2の電力合成器の導体パターン, 15……第3の電力合成器の導体パターン, 16……第3の電力合成器の第1の出力端子, 17……第3の電力合成器の第2の出力端子。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】誘電体表面に形成した複数の電波受信素子
    と、前記電波受信素子で受信した第1の偏波信号を導出
    する第1の給電点と、前記電波受信素子で受信した異な
    る第2の偏波信号を導出する第2の給電点と、前記第
    1、第2の各給電点の合成出力が入力として与えられ該
    入力信号の位相関係に対応して異なる偏波信号を導出す
    るための第1、第2の電力合成器と、前記誘電体の裏面
    側に設けられた地導体板とを備え、前記第1、第2の電
    力合成器が前記地導体板を挟んで互いに積層されている
    ことを特徴とするアレイアンテナ。
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