JPS6216603A - 導波管励振プリンテツドダイポ−ルアレイアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、無線通信に用いられるプレイアンテナに関し
、特に、アレイアンテナの放射素子が誘電体基板上にプ
リント化された半波長ダイポールアンテナと、その給電
回路よシ構成されるプリンテッドダイポールアレイアン
テナに関する。

〔従来の技術〕

通常、アレイアンテナではアレイを構成する各放射素子
を目的に応じた電力比と位相によシ給電するだめの給電
回路が必要である。ここで第１３図に従来のフ０リンテ
ッドダイポールアレイアンテナの平面図を、第１４図及
び第１５図に従来のプリンテッドダイポールアレイアン
テナの断面図を示す。

第１３図、第１４図及び第１５図を参照して。

プリンテッドダイポールアレイアンテナは放射素子であ
る半波長ダイポールアレイ５，５′と給電回路であるマ
イクロストリップ線路８，８′及び平行線路４，４′が
１つの誘電体基板１上にプリント化されて構成される。

従って、小形、軽量を目的として一般的に用いられる。

なお１図中、８′はマイクロス）　ＩＪツブ線路の中心
導体８に対する地導体。

２２は金属反射板、２１は給電用コネクタであり。

反射板２２は一般に半波長ダイポールアレイ５゜５′よ
シ導波管側に約１／４波長離れた位置に設置される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来のプリンテッドダイポールアレイアンテナ
は、各半波長ダイポールアンテナ５．５′に電力を供給
するだめの給電回路として、第１４図に示すようにマイ
クロストリップ線路８．８′と半波長ダイポールを直接
励振する平行線路４，４′とから構成された給電回路を
有している。このように、給電回路がマイクロス）　Ｉ
Ｊッゾ線路８．８′と平行線路４，４′とから構成され
ているため、同軸コネクタ２１から各半波長ダイポール
までの線路長、特にマイクロストリップ線路部８，８′
の長さが長くなシ、その結果、給電回路での損失が増大
するという問題点がある。

この損失は主としてマイクロストリップ線路を構成して
いる誘電体基板の誘電体損に起因し１周波数が高くなる
程単位長当シの損失が増大する。

例えば第１３図及び第１４図に示すように各ダイポール
アンテナが同一誘電体基板上にほぼ直線状に長く配列さ
れたアレイアンテナを高周波において実現しようとする
場合には、損失が大きな問題点である。

本発明は上述の問題点を除去することを目的とし、低損
失高周波伝送路として用いられる矩形導波管を用いて各
半波長ダイポールアンテナを導波管のほぼｖ４管内波長
間隔で励振し、低損失なプリンテッドダイポールアレイ
アンテナを実現し。

あわせて９例えば周波数が１０　ＧＨｚ以上の高周波で
は矩形導波管そのものが小形化する特徴を利用して、従
来形式のアンテナと比較しても小形、軽量化の面でも大
差のない構造を実現しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は矩形導波管の電界面の中心線上に略１／４管内
波長間隔で設けられた複数の結合孔を備えた給電導波管
と、誘電体基板上に一組の半波長ダイポールあるいは折
シ返しダイポールがプリントされ、さらに平行線路及び
結合部がプリントされて成る複数個のプリント板とを有
し、このプリント板は給電導波管の電界面にほぼ垂直に
、その結合部が結合孔を介して給電導波管に挿入、固定
され、複数のプリント板はその結合部が交互に電界結合
と磁界結合になっていることを特徴とする導波管励振プ
リンテッドダイポールアンテナである。

〔実施例〕

以下本発明について実施例によって説明する。

第１図は本発明の実施例を示す斜視図である。

第１図を参照して、１０は２軸と平行な管軸を有する矩
形導波管である。座標軸ｘ＋ｙｓｚは導波管１０の磁界
面内壁に平行にＸ軸、電界面内壁に平行にｙ軸を取り、
Ｘ軸、ｙ軸と右手直交系をなす方向に２軸を定めた直交
座標軸でちる。１１は導波管１０の電界面の外壁の中心
線上に略ＩＡｒら） 管内波長（λｇ）間隔で設けられた結合孔であり、結合
孔１１から導波管１０内の電力が漏洩しないように、結
合孔１１は電界面のほぼ中心線上の波長に比較して十分
小さな穴か、あるいはｙ軸方向が長手方向となるスリッ
トによって構成される。

誘電体基板１の第１の面及び第２の面にはそれぞれ半波
長ダイポール５及び５′がプリントされておシ、さらに
誘電体基板１には給電回路である平行線路４及び４′、
結合部２及び２′がプリントされて、全体として、一枚
のプリント板として構成される。そして、半波長ダイポ
ール５及び５′はそれぞれ平行線路４及び４′を介して
結合部２及び２′に連結されている。

上述のようにして構成されたプリント板は導波管１０の
上下磁界面上に設けられた設置金具１３によって導波管
１０に固定され、複数のプリント板が導波管１０に取シ
付けられる。この固定の際に、７′リント板に形成され
た結合部２及び２′は導波管１０に形成された結合孔１
１を介して、導波管１０内に挿入され、導波管１０内生
ずる電磁界と結合して平行線路４及び４′に給電し、半
波長ダイポール５及び５′を励振する。

ところで、矩形導波管内を伝播する基本モードの電磁界
分布は次の第（１）弐〜第（３）式で示される。

なお、第（１）弐〜第（３）式において、Ｅは電界、Ｈ
は磁界成分を示し、そのサフィックスは電界ある因は磁
界の方向を示す。Ａ　、　Ａ’及びＡ”はそれぞれ矩形
導波管のＸ軸方向の寸法である。

一方、アレイアンテナの放射特性の制御、即ち指向性合
成上の不要放射低減（所謂グレーティングローブ抑圧）
の点から、各半波長ダイポール。

即ち各プリント板の配置間隔は大きく取れず、一般には
その間隔は使用電波の凭波長程度゛を限度とルの相互結
合の影響がでない範囲で配置間隔は小さい方が好ましい
。

ところで、第（１）弐〜第（３）式から明らかなように
導波管１０内を伝播する電波はその管内波長（λｇ）の
長さを伝播する間に位相が３６０度変化する。

従って電界成分Ｅｙあるいは磁界成分ＨＸのみに結合す
る結合部２，２′だけで導波管１０内の電波と結合させ
ようとすると、結合孔１１の間隔によって結合部２，２
′の給電位相は一義的に定まってしまう。例えば、電界
成分Ｅｙに結合する結合部２゜２′を扇いて、１／４管
内波長間隔で導波管１０内の電波と結合させると、給電
位相はＯ，−９０゜−１８０°、−２７０’、−３６０
°（Ｏｏ）と変化する。一般に、アレイアンテナの設計
上は上述の給電位相はアレイアンテナの設計上の重要な
パラメータとして残しておくから、上述のように結合孔
の間隔で定まる位相分を補償出来る構造としておくこと
が望ましい。

ところで、上述した実施例では、第３図〜第６図に示す
プリント板を用いており、そして、給電導波管にこれら
のプリント板を装着した場合、互いに隣シ合うプリント
板の結合部は交互に電界結合あるいは磁界結合として、
必要に応じて、各プリント板の結合部同士の間隔で定ま
る位相を補償している。

ここで、第３図〜第６図に示すプリント板について説明
する。

第３図〜第６図を参照して、前述したように。

誘電体板１の第１の面及び第２の面にはそれぞれ半波長
ダイポール５及び５′、平行給電線４及び４′（給電線
４′は図示せず）、結合部２及び２′がプリントされて
、プリント板が構成されている。

第３図に示すプリント板では、第１の面にプリントされ
ている半波長ダイポール５及び結合部２は右方向に延在
しておシ、第２の面にプリントされている半波長ダイポ
ール５′及び結合部２′は左方向に延在している。一方
、第５図に示すプリント板では、第１の面にプリントさ
れている半波長ダイポール５及び第２の面にプリントさ
れている結合部２′は左方向に延在しておシ、第２の面
にプリントされている半波長ダイ２−ル５′及び第１の
面にプリントされている結合部２は右方向に延在してい
る。

まだ、第４図に示すプリント板では、第１の面にプリン
トされている半波長ダイポール５は右方向に延在し、結
合部２は半円形状にプリントされ。

スルーホール６を介して、第２の面にプリントされた半
円形状の結合部２′に連結されており、結合部２及び２
′は実質的に円形を形成している。そして、第２の面に
プリントされた半波長ダイポール５′は左方向に延在し
ている。一方、第６図に示すプリント板では、第１の面
にプリントされている半波長ダイポール５は左方向に延
在し、結合部２は半円形状にプリントされ、スルーホー
ル６を介して、第２の面にプリントされた半円形状の結
合部２′に連結されておシ、結合部２及び２′は実質的
に円形を形成している。そして、第２の面にブリ　。

ントされた半波長ダイポール５′は右方向に延在してい
る。そして、第３図〜第６図のプリント板は第１図に示
すように給電導波管１０の結合孔ＩＩに順次挿入される
。

ことで、簡単のため第１図に示す各半波長ダイポール５
，５′を総て同位相で励振し、アレイアンテナの最大放
射方向をＸ軸方向とする場合を考え次給電していけばよ
い。第３図及び第５図のプリント板の結合部２，２′は
第（１）式に示すＥｙ酸成分結λｇ／２であ孔従って、
結合部２，２′での給電位相が逆相になっている。よっ
て、前述のように第３図のプリント板と第５図のプリン
ト板では半波長ダイポール５，５′の向きを逆にして位
相反転させて同相励振としている。第４図及び第６図の
プリント板結合部２．２′は第（３）式に示すＨ２成分
と結合する磁界結合形結合部である。前述の場合と同様
に、第４図と第７図のプリント板ではその結合部２．２
′での給電位相が逆相になっている。従って半波長ダイ
ポール５，５′で位相反転させて、同相励振としている
。さらに、第３図のプリント板の結合部２．２′におい
ては、Ｅｙ酸成分ｚ　＝　０でＥｙ−２ｇ 明らかなようにＥｙ、　Ｈ２はｚ　＝　Ｏと２−下の点
で実数、即ち同相である。従って第３図のプリント板の
結合部２，２′と第４図のプリント板の結合部２．２′
は同相で給電され、おのおの半波長ダイポール５，５′
を同相で励振する。このように第１図に示すアレイアン
テナの各半波長ダイポール５゜５′は総て同相で励振さ
れ、従って、結合孔１１の間隔によシ定まる結合部２．
２′での給電位相は惚て補償されることに々る。

第７図〜第１０図に示すシリンド板は本発明によるプリ
ンテッドアレイアンテナに用因られるプリント板の他の
実施例であシ、第３図と第７図のシリンド板、第４図と
第８図のプリント板、第５図と第９図のプリント板、第
６図と第１０図のプリント板とがおのおの対応する。第
７図〜第１０図に示すプリント板では誘電基体板１の第
１の面上に半波長ダイポール５　、５’、平行給電線４
，４′がプリントされている。また第７図のプリント板
では結合部２及び２′はそれぞれ右方向及び左方向に延
在しておシ、第８図のプリント板では平行給電線４，４
′は結合部２によって連結されている。

一方、第９図のプリント板では結合部２は誘電体基板１
の第１の面にプリントされておシ、結合部２′は第２の
面にプリントされている。そして。

結合部２は平行線路４′に、結合部２′はスルーホール
６を介して平行線路４に連結されている。まだ。

第１０図のプリント板では誘電体基板１の第１の面にプ
リントされた半円形状の結合部２が平行線路４′に連結
され、′この結合部２にスルーホール６　゛を介して一
端が連結された略半円形状の結合部２′がスルーホール
６を介して平行線路４に連結され°ている。

第７図〜第１０図に示すプリント板では位相反転効果を
半波長ダイポール５，５′ではなく、結合部２，２′で
行ったものである。また、半波長ダイポール５．５′が
誘電基体板１の第１の面上にプリントされているため、
第３図〜第６図に示すプリント板のように半波長ダイポ
ール５，５′を誘電体基板１の両面にプリントする場合
に比べて、半波長ダイポールの励振点、即ち平行線路４
，４′が約９０度折れ曲る点における誘電体基板１に直
交する方向の不安電界成分の発生を抑圧できる。

以上説明したように、給電導波管内を伝播する電波は逐
次各プリント板の結合部２，２′によって半波長グイボ
ルルアレイアンテナを給電することになる。この場合、
各半波長ダイポール５，５′を給電することによる給電
系の損失は導波管の伝播損失と平行線路４，４′の損失
が加わったものとなる。ところで例えば１０　ＧＨｚ帯
近辺では導波管の単位長描シの損失は平行線路４，４′
の単位長当シの損失と比較して１／１００〜１／７０と
低損失であシ。

・Ｆ行線路４，４′の単位長当シの損失については本発
明の１−ＩＧ成」−その線路長が短いため、全体として
艮ダイポールを励振出来、全体として小形化できる。

第２図に本発明の他の実施例を示す。この実施例ではｘ
−ｙ平面内の放射特性を調整する為に全開フレアー２０
が設置金具］３上に固着され、この金属フレアー２０は
Ｘ軸方向に延在している。

一方、金属フレア２０はＺ方向に連続した構造であり、
Ｘ軸に対する金属フレア２０の角度及び長さを調整して
放射特性を調整り、ようとするものである。即ち、ｘ−
ｚ平面内の放射特性はアｌ／イによυ調整出来るが、ｘ
−ｙ平面内の放射特性の調整がアレイでは出来ない点を
金属フｌ／ア−２０で補ニジ・うというものである。

さらに、第１１図及び第１２図にはプリンテ。

ドダイポールの他の実施例を示す。第１１図に示すプリ
ンテッドダイポールでは誘電体基板】の第１の面上に折
り返しダイポール７がプリントされテオリ、一方、第１
２図のプリンテッドダイポールでは誘電体板１の第１の
面及び第２の面にそれぞれスルーホールを介して連結さ
れた折シ返しグイ７ＪＰ−ルア、７′が形成されている
。このように折り返しダイポールを用いてもよい。

なお、上述の図においては結合部２　、２’、平行線路
４．４．’、半波長ダイポール５　、’５’、折シ返し
ダイポール７のプリント線の幅および平行線路４゜４′
についてはその線間隔は総て一定としたが、インピーダ
ンス整合のために線の幅及び線間隔を・ぐラメータとし
て線の幅及び線間隔をステップ状あるいはテーパ状に変
化する方法があることはもちろんである。

〔発明の効果〕

以」−説明し７だように１本発明によるプリンテッドダ
イポールアレイアンテナでは、導波管を用いてプリンテ
ッドダイポールアレイアンテナをほぼ１／４管内波長間
隔で給電することによシ、低損失なゾリンテッドダイポ
ールアンテナを実現でき。

しかも損失の効果がより顕著に表われる準ミリ波帯の周
波数に適用することによって、プリンテッドアレイアン
テナの本来の特徴である小形、軽量化の面でもその特徴
をそこなわない構造のアンテナが実現できる。

４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図は本発
明の他の実施例を示す断面図、第３図。

第５図、第７図及び第９図は本発明で用いられる電界結
合形プリンテッドダイポールアンテナの一実施例を示す
正面図、第４図、第６図、第８図及び第１０図は本発明
で用いられる磁界結合形プリンテッドダイポールアンテ
ナの一実施例を示す正面図、第１１図及び第１２図は本
発明のダイポールアンテナの他の実施例を示す正面図、
第１３図は従来のプリンテッドダイポールアレイアンテ
ナの一例を示す平面図、第１４図及び第１５図は従来の
プリンテッドダイポールアレイアンテナの断面図である
。

■・・・誘電体基板、　２　、２’・・・結合部（電界
結合部あるいは磁界結合部）、４．４′・・・平行線路
、５゜５′・・・半波長タイホール、６・・・スルーホ
ール、７゜７′・・・折り返しダイポール、　８　、８
’・・・マイクロストリップ線路、１０・・・導波管、
１１・・・結合孔、１３・・・設置金具、２０・・・金
属フレアー、２１・・・同軸コネクタ、２２・・・反射
板。

第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、矩形導波管の電界面の中心線上にほぼ１／４管内波
   長間隔で設けられた複数の結合孔を備えた給電導波管と
   、誘電体基板上に一組の半波長ダイポールあるいは折り
   返しダイポールがプリントされ、さらに平行線路及び結
   合部がプリントされて成る複数個のプリント板とを備え
   、該プリント板は、前記給電導波管の電界面にほぼ垂直
   に前記結合部が前記結合孔を介して前記給電導波管に挿
   入、固定され、前記複数のプリント板はその結合部が交
   互に電界結合と磁界結合になっていることを特徴とする
   導波管励振プリンテッドダイポールアレイアンテナ。