JPH08237024A - 円偏波平面アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】所望の方向以外への不要輻射がなく、良好な円
偏波を発生する進行波給電方式のビームチルト型の円偏
波平面アンテナを提供するにある。を提供するにある。 【構成】アルミニウム板のような金属板からなる接地基
板１は上方に２ｍｍ隔てて、給電線２ａにより形成され
る給電回路をエッチングにより形成した給電回路板２を
配置し、さらにこの給電回路板２の２ｍｍ上方に０．５
ｍｍ厚さのアルミニウム板のような金属板に給電線２ａ
と電磁気的に結合される、二つの同一形状の長方形スロ
ットがそれぞれの中心が重ならない位置で交差した形状
のアパーチャ素子による放射素子３ａを複数個、縦横に
打ち抜いて形成した放射回路板３を配置ている。各回路
板１、２、３間は誘電体４の層で互いに隔離してビーム
チルト型のトリプレート構造の平面アンテナを構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、本発明は衛星放送受信
に対応する円偏波平面アンテナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】接地基板と、給電回路と、放射回路とを
夫々誘電体層を介して順次積層し、給電回路上の給電線
と放射回路に形成した円偏波を発生する放射素子とが電
磁気的に結合されたトリプレート構成のビームチルト型
の円偏波平面アンテナとしては、各々の放射素子への給
電を進行波給電により行うものが従来からある。

【０００３】また円偏波を発生する放射素子として、例
えば二つの長方形スロットが中心で交差するようなアパ
ーチャ素子を用いたものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような構成の従
来例では良好な円偏波が発生せず、不要な方向への放射
が起きるという問題点があった。本発明は上記の問題点
に鑑みて為されたもので、所望の方向以外への不要輻射
がなく、良好な円偏波を発生する進行波給電方式のビー
ムチルト型の円偏波平面アンテナを提供するにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明では、接地基板と、給電回路と、放射
回路とを夫々誘電体層を介して順次積層し、給電回路上
の給電線と放射回路に形成した放射素子とが電磁気的に
結合されたトリプレート構成で、放射素子として円偏波
を発生するアパーチャ素子を用い、夫々の放射素子への
給電を進行波により行う円偏波平面アンテナにおいて、
上記放射素子の形状を二つの略同一形状の長方形スロッ
トが夫々の中心が重ならない位置で交差させた形状とし
たものである。

【０００６】請求項２の発明では、請求項１の発明にお
いて、上記二つの長方形スロットの交差角度の小さい方
の角度を略６０度としたものである。請求項３の発明で
は、請求項１乃至２の発明において、一つの長方形スロ
ットを長さ約λ／２、幅約０．１２λ乃至０．２λの長
方形で形成したものである。請求項４の発明では、請求
項１乃至３の発明において、進行波方向に直交する方向
の放射素子の素子間隔を約０．９λとしたものである。

【０００７】請求項５の発明では、請求項１乃至４の発
明において、放射素子を構成する二つの長方形スロット
のそれぞれの中心からずらして電磁結合的により給電を
行うものである。請求項６の発明では、請求項１乃至５
の発明において、進行波方向における終端の放射素子へ
給電を行う給電回路の給電線の長さを、放射素子に重な
る位置で且つ放射素子を構成する二つの略同一形状の長
方形スロットの交差点より短くしたものである。

【０００８】請求項７の発明では、請求項１乃至６の発
明において、進行波方向における終端の放射素子を、二
つの略同一形状の長方形スロットが夫々の中心が重なら
ない位置で交差させた形状とは異なる形状の円偏波を発
生する放射素子で構成したものである。請求項８の発明
では、請求項１乃至７の発明において、進行波方向と直
交する方向で、進行波方向の放射素子の素子数を放射回
路の外側から中心に向けて順次多くしたものである。

【０００９】

【作用】請求項１の発明によれば、接地基板と、給電回
路と、放射回路とを夫々誘電体層を介して順次積層し、
給電回路上の給電線と放射回路に形成した放射素子とが
電磁気的に結合されたトリプレート構成で、放射素子と
して円偏波を発生するアパーチャ素子を用い、夫々の放
射素子への給電を進行波により行う円偏波平面アンテナ
において、上記放射素子の形状を二つの略同一形状の長
方形スロットが夫々の中心が重ならない位置で交差させ
た形状としたので、放射素子を良好な円偏波素子として
動作させることができ、また進行波の伝送モードの乱れ
を少なくすることができるため、所望の方向以外の不要
輻射が発生しない、アンテナ効率及び交差偏波識別度の
良好な円偏波を発生する円偏波平面アンテナを実現でき
る。

【００１０】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
において、上記二つの長方形スロットの交差角度の小さ
い方の角度を略６０度としたので、進行波の伝送モード
の乱れをより少なくすることができるため、所望の方向
以外の不要輻射が発生しない、アンテナ効率及び交差偏
波識別度の良好な円偏波を発生する円偏波平面アンテナ
を実現できる。

【００１１】請求項３の発明によれば、請求項１乃至２
の発明において、一つの長方形スロットを長さ約λ／
２、幅約０．１２λ乃至０．２λの長方形で形成したの
で、所望の周波数で共振させることができ、また給電線
と放射素子の結合を強めアンテナ効率及び交差偏波識別
度の良好な円偏波を発生する円偏波平面アンテナを実現
できる。

【００１２】請求項４の発明によれば、請求項１乃至３
の発明において、進行波方向に直交する方向の放射素子
の素子間隔を約０．９λとしたので、隣接する放射素子
間の相互結合を少なくすることができ、アンテナ効率の
良好な円偏波を発生する円偏波平面アンテナを実現でき
る。請求項５の発明によれば、請求項１乃至４の発明に
おいて、放射素子を構成する二つの長方形スロットのそ
れぞれの中心からずらして電磁結合的により給電を行う
ので、給電線と放射素子との結合を強め、また進行波の
伝送モードの乱れをより少なくすることができるため、
所望の方向以外の不要輻射が発生しない、アンテナ効率
及び交差偏波識別度の良好な円偏波を発生する円偏波平
面アンテナを実現できる。

【００１３】請求項６の発明によれば、請求項１乃至５
の発明において、進行波方向における終端の放射素子へ
給電を行う給電回路の給電線の長さを、放射素子に重な
る位置で且つ放射素子を構成する二つの略同一形状の長
方形スロットの交差点より短くしたので、給電線と放射
素子との整合をとることができ、そのためアンテナ効率
の良好な円偏波を発生する円偏波平面アンテナを実現で
きる。

【００１４】請求項７の発明によれば、請求項１乃至６
の発明において、進行波方向における終端の放射素子
を、二つの略同一形状の長方形スロットが夫々の中心が
重ならない位置で交差させた形状とは異なる形状の円偏
波を発生する放射素子で構成したので、進行波方向の放
射素子の終端で、進行波を効率良く放射でき、そのため
アンテナ効率の良好な円偏波を発生する円偏波平面アン
テナを実現できる。

【００１５】請求項８の発明によれば、請求項１乃至７
の発明において、進行波方向と直交する方向で、進行波
方向の放射素子の素子数を放射回路の外側から中心に向
けて順次多くしたので、大きなチルト角を持つアンテナ
を移動体に乗せて衛星放送を受信する場合、アンテナを
ほぼ水平な状態にして衛星を捕捉することができ、その
ため進行波方向の素子数を進行波方向と直交する方向で
同じにした場合に３６０度回転したときに発生するデッ
ドスペースを少なくすることができ、さらに増やした素
子数によりアンテナゲインを高くすることができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 （実施例１）図１は請求項１乃至請求項４の発明に対応
する本実施例の構成の一部を省略した斜視図を示してお
り、本実施例はアルミニウム板のような金属板からなる
接地基板１の上方に２ｍｍ隔てて、給電線２ａにより形
成される給電回路をエッチングにより形成した給電回路
板２を配置し、さらにこの給電回路の２ｍｍ上方に０．
５ｍｍ厚さのアルミニウム板のような金属板に給電線２
ａと電磁気的に結合される、二つの同一形状の長方形ス
ロットをそれぞれの中心が重ならない位置で交差させた
形状のアパーチャ素子による放射素子３ａを複数個、縦
横に打ち抜いた放射回路板３を配置し、さらに各回路板
１、２、３間は発泡プラスチックシートから成る誘電体
４の層で互いに隔離してビームチルト型のトリプレート
構造の平面アンテナを構成している。

【００１７】ここで上記の構成で１２０素子を設けた場
合の放射素子３ａを構成する二つの長方形スロットの小
さい方の交差角度とアンテナ効率との関係を測定してみ
たところ、図２に示すように交差角度が約５５乃至６５
度の範囲でアンテナ効率が良好な動作を得ることがわか
った。また長方形スロットの長辺、つまりスロット長を
１２ｍｍ（約λ／２）時の、波長で規格化したスロット
幅（短辺）とアンテナ効率との関係を測定してみたとこ
ろ、図３に示すようにスロット幅が０．１２乃至０．２
λのときアンテナ効率が良好な動作を得ることがわかっ
た。

【００１８】さらに波長で規格化した進行波方向と直交
する方向の素子間隔とアンテナ効率との関係を測定して
みたところ、図４に示すように素子間隔が０．９λの２
２．５ｍｍとしたときにアンテナ効率が良好な動作を得
られることがわかった。またさらに二つの長方形スロッ
トの中心間距離とアンテナ効率との関係を測定してみた
ところ、図５に示すようにおよそ０．０８λ乃至０．１
３λの距離でアンテナ効率が良好な動作を得ることがわ
かった。図６、図７、図８は二つの長方形スロットの中
心間距離が０λ、０．０１λ、０．００６λにおける相
対電力とを測定した結果を示す。

【００１９】而して上記の結果に基づいて本実施例では
衛星放送用として放射回路板３に形成するアパーチャ素
子による放射素子３ａの形状を、それぞれの中心間の距
離がおよそ０．０８λ乃至０．１３λの範囲内の２ｍｍ
となるようにし、長辺（スロット長）が１２ｍｍ（約λ
／２）、短辺（スロット幅）が３．５ｍｍ（約０．１４
λ）の長方形のスロット二つを交差角度が小さい方を６
０度の角度で交差させた形状とした。また放射回路板３
に、進行波方向には１４．３ｍｍの間隔、進行波方向と
直交する方向には２２．５ｍｍ（約０．９λ）の間隔で
１５×１６個打ち抜いた。

【００２０】以上のように構成した本実施例のようなビ
ームチルト型の平面アンテナの構成により、効率約５５
％（１２ＧＨｚ）、交差偏波識別度２０ｄＢ（４００Ｍ
Ｈｚの帯域）、チルト角約４２度の円偏波平面アンテナ
を実現することができた。上記の実施例の構成は一例に
過ぎず、図２乃至図８の測定結果に基づいて放射素子３
の長方形スロットの中心間の距離、長方形スロットの形
状の大きさ、素子間の距離、放射素子数を組み合わせて
本発明円偏波平面アンテナを実現してもよい。

【００２１】（実施例２）本実施例は請求項５の発明に
対応するもので、実施例１における構成に加えて、放射
素子３ａを構成する二つの長方形スロットのそれぞれの
中心と、給電回路の給電線２ａとが０．０５乃至０．０
６λの範囲内の１．４ｍｍだけずらして電磁結合させた
ものである。

【００２２】而して本実施例も実施例１と同様に効率約
５５％（１２ＧＨｚ）、交差偏波識別度２０ｄＢ（４０
０ＭＨｚの帯域）、チルト角約４２度の円偏波平面アン
テナを実現することができた。 （実施例３）ところで、図１の構成において、図９に示
すように終端の放射素子３ａの中心である同一形状の長
方形スロットの交差点と給電線２ａの先端との距離（波
長で規格化したもの）とアンテナ効率との関係を測定し
てみたところ、距離が０．３乃至０の範囲、即ち放射素
子３ａにかかり、交差点より短い場合にアンテナ効率の
良好な動作が得られることが分かった。

【００２３】そこで本実施例（請求項６の発明に対応す
る）では、終端の放射素子３ａと電磁結合させる給電線
２ａの長さを終端の放射素子３ａの二つの長方形スロッ
トの交差点より約４ｍｍ短くした。而して本実施例も実
施例１と同様に効率約５５％（１２ＧＨｚ）、交差偏波
識別度２０ｄＢ（４００ＭＨｚの帯域）、チルト角約４
２度の円偏波平面アンテナを実現することができた。

【００２４】（実施例７）本実施例は請求項７の発明に
対応したもので、図１０に示すように終端の放射素子３
ａの形状を、二つの長方形スロットがそれぞれの中心が
重ならない位置で交差させた形状とせず、他の形状の円
偏波を発生する放射素子３ａ’を用いた。而して本実施
例も実施例１と同様に効率約５５％（１２ＧＨｚ）、交
差偏波識別度２０ｄＢ（４００ＭＨｚの帯域）、チルト
角約４２度の円偏波平面アンテナを実現することができ
た。

【００２５】（実施例８）実施例１乃至７においては、
進行波方向の素子数は進行波方向と直交する方向で同じ
素子数としていたが、本実施例（請求項８の発明に対応
する）では進行波方向の素子数と進行波方向と直交する
方向の素子数を図１１に示すように、進行波方向の素子
数を進行波方向と直交する方向の中心に向けて順次多く
してある。

【００２６】具体的には進行波方向の素子数を進行波方
向と直交する方向の中心で２０素子、一番外側で１５素
子とした。而して本実施例も実施例１と同様に効率約５
５％（１２ＧＨｚ）、交差偏波識別度２０ｄＢ（４００
ＭＨｚの帯域）、チルト角約４２度の円偏波平面アンテ
ナを実現することができた。

【００２７】

【発明の効果】請求項１の発明は、接地基板と、給電回
路と、放射回路とを夫々誘電体層を介して順次積層し、
給電回路上の給電線と放射回路に形成した放射素子とが
電磁気的に結合されたトリプレート構成で、放射素子と
して円偏波を発生するアパーチャ素子を用い、夫々の放
射素子への給電を進行波により行う円偏波平面アンテナ
において、上記放射素子の形状を二つの略同一形状の長
方形スロットが夫々の中心が重ならない位置で交差させ
た形状としたので、放射素子を良好な円偏波素子として
動作させることができ、また進行波の伝送モードの乱れ
を少なくすることができるため、所望の方向以外の不要
輻射が発生しない、アンテナ効率及び交差偏波識別度の
良好な円偏波を発生する円偏波平面アンテナを実現でき
るという効果がある。

【００２８】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、上記二つの長方形スロットの交差角度の小さい方の
角度を略６０度としたので、進行波の伝送モードの乱れ
をより少なくすることができるため、所望の方向以外の
不要輻射が発生しない、アンテナ効率及び交差偏波識別
度の良好な円偏波を発生する円偏波平面アンテナを実現
できるという効果がある。

【００２９】請求項３の発明は、請求項１乃至２の発明
において、一つの長方形スロットを長さ約λ／２、幅約
０．１２λ乃至０．２λの長方形で形成したので、所望
の周波数で共振させることができ、また給電線と放射素
子の結合を強めアンテナ効率及び交差偏波識別度の良好
な円偏波を発生する円偏波平面アンテナを実現できると
いう効果がある。

【００３０】請求項４の発明は、請求項１乃至３の発明
において、進行波方向に直交する方向の放射素子の素子
間隔を約０．９λとしたので、隣接する放射素子間の相
互結合を少なくすることができ、アンテナ効率の良好な
円偏波を発生する円偏波平面アンテナを実現できるとい
う効果がある。請求項５の発明は、請求項１乃至４の発
明において、放射素子を構成する二つの長方形スロット
のそれぞれの中心からずらして電磁結合的により給電を
行うので、給電線と放射素子との結合を強め、また進行
波の伝送モードの乱れをより少なくすることができるた
め、所望の方向以外の不要輻射が発生しない、アンテナ
効率及び交差偏波識別度の良好な円偏波を発生する円偏
波平面アンテナを実現できるという効果がある。

【００３１】請求項６の発明は、請求項１乃至５の発明
において、進行波方向における終端の放射素子へ給電を
行う給電回路の給電線の長さを、放射素子に重なる位置
で且つ放射素子を構成する二つの略同一形状の長方形ス
ロットの交差点より短くしたので、給電線と放射素子と
の整合をとることができ、そのためアンテナ効率の良好
な円偏波を発生する円偏波平面アンテナを実現できると
いう効果がある。 請求項７の発明は、請求項１乃至６
の発明において、進行波方向における終端の放射素子
を、二つの略同一形状の長方形スロットが夫々の中心が
重ならない位置で交差させた形状とは異なる形状の円偏
波を発生する放射素子で構成したので、進行波方向の放
射素子の終端で、進行波を効率良く放射でき、そのため
アンテナ効率の良好な円偏波を発生する円偏波平面アン
テナを実現できるという効果がある。

【００３２】請求項８の発明は、請求項１乃至７の発明
において、進行波方向と直交する方向で、進行波方向の
放射素子の素子数を放射回路の外側から中心に向けて順
次多くしたので、大きなチルト角を持つアンテナを移動
体に乗せて衛星放送を受信する場合、アンテナをほぼ水
平な状態にして衛星を捕捉することができ、そのため進
行波方向の素子数を進行波方向と直交する方向で同じに
した場合に３６０度回転したときに発生するデッドスペ
ースを少なくすることができ、さらに増やした素子数に
よりアンテナゲインを高くすることができるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の一部省略せる分解斜視図で
ある。

【図２】同上のアンテナ効率と二つの長方形スロットの
交差角度との関係説明図である。

【図３】同上のアンテナ効率とスロット幅との関係説明
図である。

【図４】同上のアンテナ効率と放射素子の素子間隔との
関係説明図である。

【図５】同上のアンテナ効率と二つの長方形スロットの
中心間距離との関係説明図である。

【図６】同上の二つの長方形スロットの中心間距離が０
λのときの相対電力と交差角度との関係説明図である。

【図７】同上の二つの長方形スロットの中心間距離が
０．１λのときの相対電力と交差角度との関係説明図で
ある。

【図８】同上の二つの長方形スロットの中心間距離が
０．００６λのときの相対電力と交差角度との関係説明
図である。

【図９】本発明の実施例２のアンテナ効率と終端の放射
素子に対応する給電線の長さとの関係説明図である。

【図１０】本発明の実施例３の要部の説明図である。

【図１１】本発明の実施例４の要部の説明図である。

【符号の説明】

１ 接地基板 ２ 給電回路板 ２ａ 給電線 ３ 放射回路板 ３ａ 放射素子 ４ 誘電体

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成７年７月６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】さらに波長で規格化した進行波方向と直交
する方向の素子間隔とアンテナ効率との関係を測定して
みたところ、図４に示すように素子間隔が０．９λの２
２．５ｍｍとしたときにアンテナ効率が良好な動作を得
られることがわかった。またさらに二つの長方形スロッ
トの中心間距離とアンテナ効率との関係を測定してみた
ところ、図５に示すようにおよそ０．０８λ乃至０．１
３λの距離でアンテナ効率が良好な動作を得ることがわ
かった。図６、図７、図８は二つの長方形スロットの中
心間距離が０λ、０．０１λ、０．００６λにおける相
対電力と角度の関係（放射指向性）を測定した結果を示
す。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】（実施例４）本実施例は請求項７の発明に
対応したもので、図１０に示すように終端の放射素子３
ａの形状を、二つの長方形スロットがそれぞれの中心が
重ならない位置で交差させた形状とせず、他の形状の円
偏波を発生する放射素子３ａ’を用いた。而して本実施
例も実施例１と同様に効率約５５％（１２ＧＨｚ）、交
差偏波識別度２０ｄＢ（４００ＭＨｚの帯域）、チルト
角約４２度の円偏波平面アンテナを実現することができ
た。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２５】（実施例５）実施例１乃至４においては、
進行波方向の素子数は進行波方向と直交する方向で同じ
素子数としていたが、本実施例（請求項８の発明に対応
する）では進行波方向の素子数と進行波方向と直交する
方向の素子数を図１１に示すように、進行波方向の素子
数を進行波方向と直交する方向の中心に向けて順次多く
してある。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の一部省略せる分解斜視図で
ある。

【図２】同上のアンテナ効率と二つの長方形スロットの
交差角度との関係説明図である。

【図３】同上のアンテナ効率とスロット幅との関係説明
図である。

【図４】同上のアンテナ効率と放射素子の素子間隔との
関係説明図である。

【図５】同上のアンテナ効率と二つの長方形スロットの
中心間距離との関係説明図である。

【図６】同上の二つの長方形スロットの中心間距離が０
λのときの相対電力と角度との関係（放射指向性）の説
明図である。

【図７】同上の二つの長方形スロットの中心間距離が
０．１λのときの相対電力と角度との関係（放射指向
性）の説明図である。

【図８】同上の二つの長方形スロットの中心間距離が
０．００６λのときの相対電力と角度との関係（放射指
向性）の説明図である。

【図９】本発明の実施例２のアンテナ効率と終端の放射
素子に対応する給電線の長さとの関係説明図である。

【図１０】本発明の実施例４の要部の説明図である。

【図１１】本発明の実施例５の要部の説明図である。

【符号の説明】 １ 接地基板 ２ 給電回路板 ２ａ 給電線 ３ 放射回路板 ３ａ 放射素子 ４ 誘電体

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】接地基板と、給電回路と、放射回路とを夫
   々誘電体層を介して順次積層し、給電回路上の給電線と
   放射回路に形成した放射素子とが電磁気的に結合された
   トリプレート構成で、放射素子として円偏波を発生する
   アパーチャ素子を用い、夫々の放射素子への給電を進行
   波により行う円偏波平面アンテナにおいて、上記放射素
   子の形状を二つの略同一形状の長方形スロットが夫々の
   中心が重ならない位置で交差させた形状としたことを特
   徴とする円偏波平面アンテナ。
2. 【請求項２】上記二つの長方形スロットの交差角度の小
   さい方の角度を略６０度としたことを特徴とする請求項
   １記載の円偏波平面アンテナ。
3. 【請求項３】一つの長方形スロットを長さ約λ／２、幅
   約０．１２λ乃至０．２λの長方形で形成したことを特
   徴とする請求項１乃至２記載の円偏波平面アンテナ。
4. 【請求項４】進行波方向に直交する方向の放射素子の素
   子間隔を約０．９λとしたことを特徴とする請求項１乃
   至３記載の円偏波平面アンテナ。
5. 【請求項５】放射素子を構成する二つの長方形スロット
   のそれぞれの中心からずらして電磁結合的により給電を
   行うことを特徴とする請求項１乃至４記載の円偏波平面
   アンテナ。
6. 【請求項６】進行波方向における終端の放射素子へ給電
   を行う給電回路の給電線の長さを、放射素子に重なる位
   置で且つ放射素子を構成する二つの略同一形状の長方形
   スロットの交差点より短くしたことを特徴とする請求項
   １乃至５記載の円偏波平面アンテナナ。
7. 【請求項７】進行波方向における終端の放射素子を、二
   つの略同一形状の長方形スロットが夫々の中心が重なら
   ない位置で交差させた形状とは異なる形状の円偏波を発
   生する放射素子で構成したことを特徴とする請求項１乃
   至６記載の円偏波平面アンテナ。
8. 【請求項８】進行波方向と直交する方向で、進行波方向
   の放射素子の素子数を放射回路の外側から中心に向けて
   順次多くしたことを特徴とする請求項１乃至７記載の円
   偏波平面アンテナ。