JPH08330844A - 平面アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型化が図れるとともに、性能的、強度的に
支障なく給電部材を固定し得る平面アンテナを提供す
る。 【構成】 同心円状に配置された複数のスロットペア３
０、３０、…を有するスロット板２５と導体板２７と誘
電体板２６からなるラジアル導波路２３と給電部材２４
により構成され、ラジアル導波路２３の中心に導体板２
７側に開口する有底穴３１が設けられ、給電部材２４に
この有底穴３１内に挿入されて空洞共振部３４を構成す
る壁部２８が設けられるとともに、有底穴３１の内壁面
と壁部２８の外壁面に互いに嵌合し合う第１、第２の凸
部がそれぞれ設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＳＨＦ、ＥＨＦ帯にお
いて用いられるラジアル導波路等の導波空間を利用した
平面アンテナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、衛星通信等の分野において
は、一般に椀型形状をしたパラボラアンテナが用いられ
てきたが、近年、高性能パラボラアンテナと同等の性能
を有する平面アンテナが提供されてきている。

【０００３】この種の平面アンテナとしては例えば図７
に示すようなアンテナがある。この平面アンテナ１は、
いわゆるラジアルラインスロットアンテナと称するもの
であり、アンテナ前面に渦巻状に配置された多数のスロ
ットペアから電波が放射または入射するものである。図
中符号２は平面アンテナ１の後面側を構成する導体フレ
ーム、３は前面側を構成するスロット板である。この場
合、導体フレーム２は正面視円形であり上部が広く開口
した偏平容器形状をなしている。

【０００４】この導体フレーム２の内部には、多数のス
ロットペア（図示せず）を有する円形のスロット板３
が、誘電体板５を介することで導体フレーム２と離間し
た状態で導体フレーム２と対面するように設けられてい
る。また、誘電体板５の軸心近傍には空隙部５ａが形成
されている。そして、スロット板３と導体フレーム２と
これらの間に介在する誘電体板５によって円形偏平状の
ラジアル導波路６が構成されている。

【０００５】また、レドーム７がラジアル導波路６の前
面側にあたる導体フレーム２の開口側に装着され、この
レドーム７と前記スロット板３との間にはスペーサ８が
設けられている。このレドーム７はアンテナを屋外に設
置した際に雨、雪等の悪影響を避けるため、平面アンテ
ナ１の前面に設けられた覆いであり、導体フレーム２に
嵌合するようになっている。

【０００６】さらに、導体フレーム２の中央下部には開
口部９が形成されている。そして、この開口部９の周囲
には筒状の同軸線路１０がスロット板３と軸線を一致さ
せた状態で設けられ、これによりラジアル導波路６と同
軸線路１０とは連通した構造になっている。また、同軸
線路１０の下部には導波管１１が同軸線路１０と連通し
て設けられ、導波管１１の一側にはコンバータ１２が設
けられている。また、同軸線路１０の内部には、中空円
筒状の誘電体１３に嵌入された中心導体１４が、スロッ
ト板３と軸線を一致させ、上端部がラジアル導波路６の
内部に位置し、かつ下端部が導波管１１の内部に位置し
た状態で固定されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記平面ア
ンテナにおけるスロット板は渦巻状に配置された多数の
スロットペアを有するものであるが、この種のスロット
板においてはスロット板の最も周縁部に位置するスロッ
トペアが不完全な形状となり、これらのスロットペアは
電波の受信、送信に寄与しないため、スロット板の実面
積に対する有効面積が小さくなってしまう。

【０００８】そこで、有効面積を大きくする一つの方法
として、スロット板周縁部の全てのスロットペアが電波
の受信、送信に寄与するようにスロットペアを同心円状
に配置したタイプの平面アンテナが考案された。この平
面アンテナによれば、渦巻状スロットペアを有する従来
の平面アンテナに比べてスロット板の実面積に対する有
効面積が向上するので、結果としてアンテナの小型化が
図れるといった大きな利点を有している。また、スロッ
トペアが渦巻状に配置されている場合、スロット板の中
心から各スロットペアまでの距離が全てのスロットペア
で異なるため、電波の位相が周方向の角度により異なる
ことになる。これに対して、スロットペアが同心円状に
配置されている場合には、周方向の角度により位相が異
なる電波を生成するための位相調整ピンが内部に設置さ
れた空洞共振器が必要となる。

【０００９】一方、ラジアル導波路の下方に同軸線路等
の給電系の部材を取り付ける場合、従来はねじ止めや接
着等の方法が採られてきたが、いずれの場合にも次のよ
うな不具合が生じていた。すなわち、ねじ止めの場合、
特にねじが金属製の場合には、ラジアル導波路を構成す
る誘電体板の内部に金属が存在することでラジアル導波
路内を伝搬する電波に乱れが生じるという問題があり、
ねじがプラスチック等の誘電物製であっても導体フレー
ムと誘電体板に孔が形成されることで電波の漏れが生じ
る等の問題があった。また、接着による取り付けの場合
には強度の面で問題があった。

【００１０】この給電部材の取り付けに関する問題点
は、渦巻状、同心円状のスロットペアを有する平面アン
テナのいずれの場合にも共通の問題であるが、上述した
ように特にアンテナの小型化を推進する上で有利な同心
円状のスロットペアを有する平面アンテナにおいてこの
問題点を解決し得る有効な手段の提供が望まれていた。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、
小型化が図れるとともに、性能的、強度的に支障なく給
電部材を固定し得る平面アンテナを提供することを目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の平面アンテナは、同心円状に配
置された複数のスロットペアを有するスロット板と導体
板とこれらの間に介在する誘電体板が一体化した円板状
の積層板からなるラジアル導波路と、該ラジアル導波路
に対して給電を行なう給電部材により構成され、前記ラ
ジアル導波路の中心に、前記導体板側に開口する有底穴
が設けられ、前記給電部材に、前記ラジアル導波路の前
記有底穴内に挿入されて空洞共振部を構成する壁部が設
けられるとともに、前記有底穴の内壁面と前記壁部の外
壁面に、互いに嵌合し合う嵌合部がそれぞれ設けられた
ことを特徴とするものである。

【００１２】また、請求項２に記載の平面アンテナは、
前記有底穴および前記壁部が平断面円形に形成されると
ともに、前記嵌合部が、前記有底穴の内壁面における円
周方向に沿う一部に内側に向けて突出して設けられ前記
壁部が前記有底穴内に挿入された状態で該壁部の基端側
に位置する第１の凸部と、前記壁部の外壁面における円
周方向に沿う一部に外側に向けて突出して設けられ該壁
部が前記有底穴内に挿入された状態で前記第１の凸部の
位置より該壁部の先端側に位置する第２の凸部とにより
構成されたことを特徴とするものである。

【００１３】また、請求項３に記載の平面アンテナは、
前記第１および第２の凸部が嵌合した状態で前記ラジア
ル導波路に対する前記給電部材の位置を固定する固定手
段が設けられたことを特徴とするものである。

【００１４】

【作用】本発明の平面アンテナは、スロット板上に複数
のスロットペアが同心円状に配置されたものであるか
ら、上述したように、アンテナの構成要素として空洞共
振器が必要となる。ここで、一例として円筒空洞共振器
の特性について考察すると以下のようになる。

【００１５】図６に示すように、スロット板１６から円
筒空洞共振器１７の底面までの距離をｂとし、スロット
板１６から円筒空洞共振器１７の側壁１８の上端までの
距離をａとしたとき、ａ、ｂは共振器がラジアル導波路
内に存在するときの無負荷Ｑによって決定され、Ｑの最
適値は電磁界解析によって求められる。その最適条件に
よれば、図６に示すように、壁部がラジアル導波路内に
突出した形状になる。

【００１６】そこで、請求項１に記載の平面アンテナに
関しては、給電部材の取付用として壁部を特別に設けた
わけではなく、元来、この種の（同心円状のスロットペ
アを有する）平面アンテナに必要な空洞共振部を構成す
る壁部および有底穴を給電部材の取付部として有効利用
する目的で、これらに嵌合部を設けたものである。した
がって、有底穴の内壁面と壁部の外壁面に設けた嵌合部
を互いに嵌合させることによって、ねじ止め、接着等の
手段を用いることなく、ラジアル導波路に対して給電部
材を確実に取付、固定することができる。

【００１７】また、請求項２に記載の平面アンテナにお
いては、有底穴側に設けられた第１の凸部と壁部側に設
けられた第２の凸部の位置をずらした状態で有底穴内に
壁部を挿入してラジアル導波路と給電部材を相対回転さ
せると、第１、第２の凸部が嵌合し合うことによってラ
ジアル導波路と給電部材が固定される。

【００１８】また、請求項３に記載の平面アンテナにお
いては、上記のようにしてラジアル導波路と給電部材を
固定した後、固定手段を機能させることによりラジアル
導波路に対する給電部材の回転が抑止され、ラジアル導
波路からの給電部材の抜出が防止される。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図５を参照
して説明する。図１は本実施例の平面アンテナ２２の全
体構成を示す図であって、この図に示すように、ラジア
ル導波路２３と給電部材２４の２つの部材から構成され
ている。なお、図中符号２５はスロット板、２６は誘電
体板、２７は導体板、２８は空洞共振部を構成する壁部
である。

【００２０】図１に示すように、スロット板２５と誘電
体板２６と導体板２７が一体化した円板状の積層板２９
によりラジアル導波路２３が形成されている。すなわ
ち、ポリプロピレン樹脂等の誘電体材料からなる誘電体
板２６の表面側に銅、アルミニウム等の材料からなるス
ロット板２５が密着し、誘電体板２６の裏面側にスロッ
ト板２５と同様、銅、アルミニウム等の材料からなる導
体板２７が密着している。そして、スロット板２５の表
面には励振を生じさせるための多数のスロットペア３
０、３０、…が同心円状に形成されており、この平面ア
ンテナ２２はいわゆるラジアルラインスロットアンテナ
を構成している。

【００２１】そして、円板状のラジアル導波路２３の中
心には、導体板２７側に開口し、かつ底面がスロット板
２５に到達しない深さの円筒状の有底穴３１が形成され
ている。図２は導体板２７側から有底穴３１を見た図で
あるが、この図に示すように円周方向に沿って等間隔の
４箇所に内側に向けて突出する第１の凸部３２、３２、
…（嵌合部）が形成されている。

【００２２】また、図３（ｂ）に示すように、第１の凸
部３２を断面視すると有底穴３１の開口側ではラジアル
導波路２３の面に対して垂直に切り立っており、有底穴
３１の底面側では外側に向けて切り欠かれた凹部３３が
形成されたテーパ形状となっている。また、図４に示す
ように、第１の凸部３２間の部分で有底穴３１を断面視
すると有底穴３１底面側の前記凹部３３の位置からラジ
アル導波路２３の面に対して垂直に切り立っている。し
たがって、４箇所の第１の凸部３２、３２、…の内壁面
を基準として見ると、有底穴３１の底面側では有底穴３
１の全周にわたって外側に向けて切り欠かれた凹部３３
が設けられた状態になる。

【００２３】一方、図１に示すように、給電部材２４
は、空洞共振部３４とコンバータ部３５を有しており、
空洞共振部３４には円筒状の壁部２８によって空洞３６
が形成され、空洞３６内には給電ピン３７と位相調整ピ
ン３８が設置されている。給電ピン３７は、空洞３６内
で共振した電波を受信するためのもの、位相調整ピン３
８は、空洞３６内で共振する電波の位相を周方向角度に
応じて変化させるためのものである。また、コンバータ
部３５は、電波の周波数を変換するためのものである。

【００２４】そして、図５は給電部材２４の平面図であ
るが、この図に示すように、壁部２８の外面にはその円
周方向に沿って等間隔の４箇所に外側に向けて突出する
第２の凸部３９、３９、…（嵌合部）が形成されてい
る。なお、各第２の凸部３９の幅（図５における符号
Ｃ）は有底穴３１側の第１の凸部３２間の間隔（図２に
おける符号Ｄ）に比べて小さく設定されている。また、
図３（ｂ）に示すように、各第２の凸部３９は、壁部２
８の先端側に設けられ側断面が３角形状とされており、
ラジアル導波路２３の有底穴３１に設けられた前記凹部
３３と一致する形状となっている。

【００２５】つぎに、上記構成の平面アンテナ２２を製
造する手順について説明する。まず、それぞれ同一の直
径を有する円板状のスロット板２５、誘電体板２６、導
体板２７、および厚さの薄い両面テープ（図示せず）を
準備する。ここで用いる誘電体板２６は、前述したよう
にポリプロピレン樹脂等からなるものであり、比較的剛
性の高いものである。また、両面テープは、誘電体板２
６とほぼ同一の誘電率を有するものである。なお、予め
スロット板２５には打抜き加工等の方法によりスロット
ペア３０、３０、…を形成しておく。

【００２６】そして、スロット板２５、両面テープ、誘
電体板２６、両面テープ、導体板２７を順次重ね合わせ
た後、この積層板２９に熱間プレス処理を施し、上記各
板全てを貼り合わせてこれらが一体化した積層板２９を
形成する。ここまでの工程でラジアル導波路２３の作製
が完了する。

【００２７】なお、ラジアル導波路２３の外周端縁にも
導体材料を貼着すると、端縁からの電波の漏洩を防止す
ることができ、アンテナ性能の面でさらに好ましい。

【００２８】その後、上記ラジアル導波路２３に別途作
製した上記構成の給電部材２４を取り付けるが、その際
にはラジアル導波路２３の第１の凸部３２、３２間に給
電部材２４の第２の凸部３９を位置させた状態で有底穴
３１内に壁部２８を挿入した後、第２の凸部３９が第１
の凸部３２の位置に一致するところまでラジアル導波路
２３に対して給電部材２４を相対回転させると、図３
（ａ）に示すように、第１の凸部３２と第２の凸部３９
が嵌合し合うことによりラジアル導波路２３に対して給
電部材２４が固定される。このような手順により本実施
例の平面アンテナ２２が完成する。

【００２９】さらに、図３（ａ）に示すように、完成後
に給電部材２４が回転してラジアル導波路２３から抜出
するのを防止する手段として、第１、第２の凸部３２、
３９が嵌合し合う位置で給電部材２４とラジアル導波路
２３に連通する回転止め用孔４０（固定手段）が形成さ
れており、この回転止め用孔４０に固定用ピン（図示せ
ず）が挿入される構成となっている。

【００３０】なお、固定用ピンが金属製である場合に
は、ラジアル導波路を伝搬する電波に乱れが生じること
を回避するために、固定用ピンが誘電体板２６内に突出
しないように、固定用ピンの上端が導体板２７の上面と
同位置になるようにすることが必要である。固定用ピン
がプラスチック等の誘電物製である場合は、図３（ａ）
に図示するように固定用ピンが誘電体板２６内に突出し
ていても、ラジアル導波路内を伝搬する電波に乱れが生
じることはほとんど無視できる範囲内である。

【００３１】本実施例の平面アンテナ２２は、多数のス
ロットペア３０、３０、…が同心円状に配置されたもの
であり、元来、この種の平面アンテナに必要な空洞共振
部３４を構成する壁部２８および有底穴３１を有してい
る。したがって、給電部材２４の取付用として給電部材
２４に壁部２８を特別に設けたわけではなく、前記壁部
２８および有底穴３１を給電部材２４の取付部として有
効利用するためにこれらに第１、第２の凸部３２、３９
を設けたものである。そこで、これら第１、第２の凸部
３２、３９を互いに嵌合させることによって、ねじ止
め、接着等の手段を用いることなく、熱間プレス処理に
より作製された剛性の高いラジアル導波路２３に対して
給電部材２４を確実に取付、固定することができる。

【００３２】すなわち、本実施例では、特にアンテナの
小型化を推進する上で有利な同心円状のスロットペア３
０、３０、…を採用したうえで、給電部材２４の取り付
け用として新たな部材を追加設計することもなく、壁部
２８および有底穴３１の形状を若干工夫するだけで給電
部材の取付手段としてねじ止め、接着等を採用した従来
の平面アンテナの問題点（電波の乱れ、漏れ、または固
定強度の低下等）を容易に解決することができる。した
がって、本実施例によれば、小型化が図れると同時に、
性能的、強度的に何ら問題なく給電部材を固定し得る平
面アンテナを提供することができる。

【００３３】また、第１、第２の凸部３２、３９の位置
をずらした状態で有底穴３１内に壁部２８を挿入し、ラ
ジアル導波路２３と給電部材２４を相対回転させるとい
った簡単な操作のみでラジアル導波路２３と給電部材２
４を固定することができる。さらに、上記のようにして
ラジアル導波路２３と給電部材２４を固定した後、回転
止め用孔４０に固定用ピンを挿入することによりラジア
ル導波路２３に対する給電部材２４の回転が抑止され、
ラジアル導波路２３からの給電部材２４の抜出を確実に
防止することができる。

【００３４】なお、本実施例においてラジアル導波路２
３側と給電部材２４側に設けた嵌合部、すなわち第１、
第２の凸部の数、形状等に関しては、本実施例に限るこ
となく、適宜変更してもよい。さらに、嵌合部自体の構
成として、本実施例のようなラジアル導波路に対して給
電部材を回転させることで凸部同士を嵌合させる以外に
も、例えば凸部を弾性変形させることで凸部同士を嵌合
させる等、種々の構成を採用することができる。また、
ラジアル導波路に対する給電部材の回転を抑止する手段
としては、固定用ピンを挿入するための回転止め用孔を
設ける本実施例の他、任意の手段を用いてよい。

【００３５】また、スロット板２５、誘電体板２６、導
体板２７等の材料については、本実施例に挙げたものの
他、適宜使用することができる。さらに、本実施例の構
成にラジアル導波路２３を収容するケースや支持部材を
適宜追加してもよい。また、本実施例の平面アンテナ２
２の製造方法においては、スロット板、誘電体板、導体
板を貼り合わせるための接着材として両面テープを用い
たが、両面テープの代わりに接着剤を用いてそれらを貼
り合わせるようにしてもよい。そして、本実施例の平面
アンテナ２２を受信用、送信用アンテナの双方に適用し
得ることは勿論である。

【００３６】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、請求項１
に記載の平面アンテナは、複数のスロットペアが同心円
状に配置されたものであり、元来、この種の平面アンテ
ナに必要な空洞共振部を構成する壁部および有底穴を給
電部材の取付部として有効利用するために嵌合部を設け
たものである。そこで、これら嵌合部を互いに嵌合させ
ることによって、ねじ止め、接着等の手段を用いること
なく、ラジアル導波路に対して給電部材を確実に取付、
固定することができる。すなわち、特にアンテナの小型
化を推進する上で有利な同心円状配置型のスロットペア
を採用したうえで、給電部材の取付用として新たな部材
を追加設計することもなく、従来の平面アンテナの問題
点（電波の乱れ、漏れ、または固定強度等）を容易に解
決することができる。したがって、小型化が図れると同
時に、性能的、強度的に何ら問題なく給電部材を固定し
得る平面アンテナを提供することができる。

【００３７】また、請求項２に記載の平面アンテナによ
れば、第１、第２の凸部の位置をずらした状態で有底穴
内に壁部を挿入し、ラジアル導波路と給電部材を相対回
転させるといった簡単な操作のみでラジアル導波路と給
電部材を固定することができる。

【００３８】また、請求項３に記載の平面アンテナによ
れば、上記のようにしてラジアル導波路と給電部材を固
定した後、固定手段を機能させることによりラジアル導
波路に対する給電部材の回転が抑止され、ラジアル導波
路からの給電部材の抜出を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である平面アンテナの全体構
成を示す斜視図である。

【図２】同、平面アンテナにおいてラジアル導波路の有
底穴部分を示す平面図である。

【図３】同、平面アンテナにおいてラジアル導波路と給
電部材を（ａ）嵌合させた状態、（ｂ）分解した状態、
の嵌合部（図２のＡ−Ａ線に沿う）をそれぞれ示す側断
面図である。

【図４】同、平面アンテナにおけるラジアル導波路の有
底穴部分の図２のＢ−Ｂ線に沿う側断面図である。

【図５】同、平面アンテナにおける給電部材の平面図で
ある。

【図６】空洞共振部の特性を説明するための図である。

【図７】従来の平面アンテナの一例を示す側断面図であ
る。

【符号の説明】

２２ 平面アンテナ ２３ ラジアル導波路 ２４ 給電部材 ２５ スロット板 ２６ 誘電体板 ２７ 導体板 ２８ 壁部 ３０ スロットペア ３１ 有底穴 ３２ 第１の凸部（嵌合部） ３４ 空洞共振部 ３９ 第２の凸部（嵌合部） ４０ 回転止め用孔（固定手段）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同心円状に配置された複数のスロットペ
   アを有するスロット板と導体板とこれらの間に介在する
   誘電体板が一体化した円板状の積層板からなるラジアル
   導波路と、該ラジアル導波路に対して給電を行なう給電
   部材により構成され、 前記ラジアル導波路の中心に、前記導体板側に開口する
   有底穴が設けられ、前記給電部材に、前記ラジアル導波
   路の前記有底穴内に挿入されて空洞共振部を構成する壁
   部が設けられるとともに、 前記有底穴の内壁面と前記壁部の外壁面に、互いに嵌合
   し合う嵌合部がそれぞれ設けられたことを特徴とする平
   面アンテナ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の平面アンテナにおい
   て、 前記有底穴および前記壁部が平断面円形に形成されると
   ともに、 前記嵌合部が、前記有底穴の内壁面における円周方向に
   沿う一部に内側に向けて突出して設けられ前記壁部が前
   記有底穴内に挿入された状態で該壁部の基端側に位置す
   る第１の凸部と、前記壁部の外壁面における円周方向に
   沿う一部に外側に向けて突出して設けられ該壁部が前記
   有底穴内に挿入された状態で前記第１の凸部の位置より
   該壁部の先端側に位置する第２の凸部とにより構成され
   たことを特徴とする平面アンテナ。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の平面アンテナにおい
   て、 前記第１および第２の凸部が嵌合した状態で、前記ラジ
   アル導波路に対する前記給電部材の回転を抑止する固定
   手段が設けられたことを特徴とする平面アンテナ。