JPS6242526B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、誘電体基板上に導体膜からなる給
電用マイクロストリツプラインと放射素子を形成
して平板状に構成したアンテナに係り、特に円偏
波の回旋方向を切換える機能を有する偏波切換型
円偏波アンテナに関する。

従来、円偏波の回旋方向を切換える機能を有す
るこの種の円偏波アンテナは、一般に第１図に示
すように構成されている。すなわち、１は裏面に
接地導体膜２が被着された誘電体基板であり、こ
の基板１上に導体膜からなる給電回路３および放
射素子４が形成される。給電回路３は3dBハイブ
リツドカツプラ５とマイクロストリツプライン
６，７，８，９からなる。

このような構成で、今、マイクロストリツプラ
イン６を給電端、マイクロストリツプライン７を
終端として放射素子４に給電すると、3dBハイブ
リツドカツプラ５の出力であるマイクロストリツ
プライン８，９上の電流は、振幅が等しく、位相
はマイクロストリツプライン９上の電流がマイク
ロストリツプライン８上の電流に比べ90゜遅れて
いる。このような電流が放射素子４に給電される
と、第２図に示すようにマイクロストリツプライ
ン８から結合される電流２１とマイクロストリツ
プライン９から結合される電流２２とが放射素子
４上に流れる。電流２１と電流２２は90゜の位相
差があり、電流２２は電流２１に対し90゜位相が
遅れている。この結果、放射素子４から接地導体
膜２側より見て時計方向に回転する右旋円偏波が
放射される。次にマイクロストリツプライン７を
給電端、マイクロストリツプライン６を終端とし
て放射素子４に給電すると、3dBハイブリツド５
を通過後のマイクロストリツプライン８，９上の
電流成分は前記と逆になり、振幅が等しく位相は
マイクロストリツプライン８上の電流がマイクロ
ストリツプライン９より90゜遅れた状態になる。
その結果、放射素子４上にマイクロストリツプラ
イン８，９から結合される電流は第３図の３１，
３２のようになり、第２図の場合と逆方向回転
の、すなわち左旋円偏波が放射される。

しかしながら、このアンテナでは給電回路３に
3dBハイブリツドカツプラ５を必要とするため、
１つの放射素子４に対して必要とする誘電体基板
１上の占有面積が大きくなつてしまい、価格的に
も高くなる。従つてアレイアンテナを実現しよう
とする場合、放射素子４の配列に大きな制約を受
けるという問題がある。さらに給電端を機械的も
しくは電気的に切換えなければならず、そのため
に複雑な装置を必要とする問題がある。

この発明は、上記の問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は簡単かつ形状的に小さな構成で
円偏波の回旋方向を切換えることができる偏波切
換型円偏波アンテナを提供するにある。

この発明は、誘電体基板上に給電用マイクロス
トリツプラインおよびこれと分布結合する円偏波
放射素子を導体膜により形成し、給電用マイクロ
ストリツプラインの先端を開放状態と短絡状態と
に切換えることによつて、円偏波の回旋方向を右
旋、左旋に切換えるようにしたことを特徴として
いる。この発明によるアンテナは、給電用マイク
ロストリツプラインと放射素子および簡単なスイ
ツチング素子を含む偏波切換手段によつて構成さ
れるため、従来のアンテナに比べ著しく簡単化、
かつ小型化される。また、円偏波の回旋方向の切
換えは給電用マイクロストリツプラインと放射素
子との結合モードの切換えによつてなされるた
め、その切換えに複雑な装置を必要としないとい
う利点がある。

以下、この発明の実施例を図面を参照して説明
する。

第４図にこの発明の一実施例の偏波切換型円偏
波アンテナの構成を示す。第４図において４１は
誘電体基板であり、その裏面には接地導体膜４２
が一様に被着されている。この誘電体基板４１に
は導体膜からなる給電用マイクロストリツプライ
ン４３および円偏波放射素子４４が形成されてい
る。放射素子４４はこの例では、誘電体基板４１
による波長短縮率を考慮した波長をλ_gとしたと
き、一辺の長さがほぼλ_g／２の正方形状に形成
され、かつ一つの対角線上にスリツト４５が設け
られている。なお、放射素子４４全体の形状は長
方形もしくは円形状等の他の形状であつてもよ
い。放射素子４４は一辺が給電用マイクロストリ
ツプライン４３に近接して配置されており、マイ
クロストリツプライン４３の一端４３ａを例えば
高周波信号源に接続してマイクロストリツプライ
ン４３に電流を流したとき、放射素子４４はマイ
クロストリツプライン４３との分布結合により励
振される。なお、放射素子の形状が円形状の場合
は、給電用マイクロストリツプラインは例えば放
射素子の半周に沿つてわん曲して形成されて、放
射素子と分布結合することになる。

給電用マイクロストリツプライン４３の先端４
３ｂは、偏波方向の切換えのためのスイツチング
素子としてのダイオードスイツチ４６を介して接
地端子４８に接続されるとともに、直流成分を通
過させ高周波成分は通過させないためのローパス
フイルタ４７を介してバイアス端子４９に接続さ
れている。

次に、このアンテナの動作を第５図および第６
図を用いて説明する。今、バイアス端子４９に接
地電位または負の電圧を印加し、ダイオードスイ
ツチ４６に逆方向バイアスを与えると、ダイオー
ドスイツチ４６がカツトオフ状態となることによ
り、給電用マイクロストリツプライン４３の先端
４３ｂは開放状態となる。このときの様子を第５
図に示す。すなわち、マイクロストリツプライン
４３の先端４３ｂが開放状態のときには、マイク
ロストリツプライン４３上の電圧Ｖ、電流Ｉ分布
は第５図ａに示すようになり、放射素子４４の一
辺に対向している部分の両端で電圧最大、中央部
で電流最大となる。従つて、この場合のマイクロ
ストリツプライン４３と放射素子４４との分布結
合は、電流結合（誘導結合）となる。その結果、
放射素子４４には第５図ｂに示すようにストリツ
プライン４３と平行な方向に電流５１が流れる。
このとき、スリツト４５によりこの電流５１のモ
ードの縮退が解かれるため、結局この電流５１の
向に対して±45゜の方向つまりスリツト４５に平
行な方向およびこれと直交する方向に、いわゆる
直交ダイポールモードの２つの電流５２，５３が
分離して流れ、円偏波が発生する。すなわち電流
５２，５３は振幅が等しく、位相はスリツト４５
に平行な方向の電流５２に対し直交する方向の電
流５３が90゜遅れた関係になつている。従つて、
この場合は接地導体膜４２側から見て時計方向の
右旋円偏波が発生することになる。

一方、バイアス端子４９に正の電圧を印加し、
ダイオードスイツチ４６に順方向バイアスを与え
ると、ダイオードスイツチ４６がオン状態となる
ことにより、給電用マイクロストリツプライン４
３の先端４３ｂは接地され、短絡状態となる。こ
のときの様子を第６図に示す。すなわち、マイク
ロストリツプライン４３の先端が短絡状態のとき
には、マイクロストリツプライン４３上の電圧、
電流分布は第６図ａのようになり、第５図ａとは
逆に放射素子４４の一辺に対向している部分の中
央部で電圧最大、両端部で電流最大となる。従つ
てこの場合のマイクロストリツプライン４３と放
射素子４４との分布結合は、電界結合（容量結
合）となる。その結果、放射素子４４には第６図
ｂに示すようにストリツプライン４３と直交する
方向に電流６１が流れる。そしてこの電流６１が
同様にスリツト４５によつて２つの直交ダイポー
ルモードの電流６２，６３に分離して流れること
により、円偏波が発生する。この場合は、電流６
２，６３は振幅が等しく、位相はやはりスリツト
４５に平行な方向の電流に対し、これと直交する
方向の電流６３が90゜遅れた関係となるから、第
５図の場合とは逆に左旋円偏波が発生し、ここに
円偏波の回旋方向が切換えられたことになる。

なお、上記実施例においてスリツト４５は第４
図に破線で示すように放射素子４４のもう一つの
対角線上に設けてもよく、その場合は逆にマイク
ロストリツプライン４３の先端４３ｂを開放状態
としたとき、左旋円偏波、短絡状態としたとき右
旋円偏波がそれぞれ発生することになる。

以上説明したように、この発明によればダイオ
ードスイツチのようなスイツチング素子を用い
て、円偏波放射素子と分布結合する結電用マイク
ロストリツプラインの先端を開放状態と短絡状態
とに切換えるという、従来に比べ大幅に簡略化さ
れた構成によつて、円偏波の回旋方向を切換える
ことができるため、誘電体基板上における放射素
子以外の部分の占有面積を非常に小さくすること
が可能であり、アンテナ全体の小型化と、低価格
化を図ることができる。

従つて、この発明は誘電体基板上における占有
面積の減少と、デツドスペースの減少によつて、
アレイアンテナを構成する場合、放射素子の配列
に制約を受けることが少なくなり、所望のアレイ
パターンが容易に得られる。第７図はこの発明を
アレイアンテナに適用した実施例を示したもの
で、給電用マイクロストリツプライン４３を複数
本平行に配列するとともに、各々のマイクロスト
リツプライン４３の両側に放射素子４４をマイク
ロストリツプライン４３の長さ方向に沿つて配列
している。これによつてサイドローブの低いアン
テナを実現することができる。なお、この場合マ
イクロストリツプライン４３と平行の方向および
これと直交する方向において隣接する放射素子の
中心間距離Ａ，Ｂはいずれもほぼλ_g程度が適当
である。また、この例では各々のマイクロストリ
ツプライン４３の先端にダイオードスイツチ４６
およびローパスフイルタ４７を個別に装荷してい
るが、これらを複数のマイクロストリツプライン
に対し共用することも可能である。

この発明はその他種々変形して実施が可能であ
り、例えば第８図に示すように給電用ストリツプ
ライン４３の先端４３ｂとダイオードスイツチ４
６との間にインピーダンス整合回路５０を挿入し
てもよい。

また、この発明のアンテナにおける円偏波放射
素子としてはスリツトを形成したものに代えて、
第９図に示すように縁部に適当な形状の凸部９１
または９２を形成したもの、あるいは第１０図に
示すように同一対角線上の両端部に切欠き１０
１，１０２または１０３，１０４を形成したもの
を用いてもよい。

さらにこの発明のアンテナは送信アンテナとし
てのみならず、受信アンテナとしても用いること
ができるのはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の偏波切換型円偏波アンテナの構
成を示す平面図および断面図、第２図および第３
図はその動作説明図、第４図はこの発明の一実施
例に係る偏波切換型円偏波アンテナの構成を示す
平面図およびＡ―A′断面図、第５図および第６
図は第４図のアンテナの動作説明図、第７図ａ，
ｂはこの発明をアレイアンテナに適用した実施例
を示す図、第８図はこの発明の他の実施例を示す
平面図、第９図および第１０図はこの発明で用い
る円偏波放射素子の他の例を示す平面図である。 ４１…誘電体基板、４２…接地導体膜、４３…
給電用マイクロストリツプライン、４４…円偏波
放射素子、４５…スリツト、４６…ダイオードス
イツチ、４７…ローパスフイルタ、４８…接地端
子、４９…バイアス端子、５０…整合回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 誘電体基板上に導体膜からなる給電用マイク
   ロストリツプラインおよびこれと分布結合する円
   偏波放射素子を形成するとともに、前記マイクロ
   ストリツプラインの先端を開放状態と短絡状態と
   に切換えて円偏波の回旋方向を切換える偏波切換
   手段を備えたことを特徴とする偏波切換型円偏波
   アンテナ。 ２ 偏波切換手段は、給電用マイクロストリツプ
   ラインの先端と接地点間に接続されたスイツチン
   グ素子からなることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の偏波切換型円偏波アンテナ。