JPS626503A

JPS626503A - 平面アンテナの合成装置

Info

Publication number: JPS626503A
Application number: JP14393185A
Authority: JP
Inventors: Akira Takahashi; 章高橋
Original assignee: Yagi Antenna Co Ltd
Current assignee: Yagi Antenna Co Ltd
Priority date: 1985-07-02
Filing date: 1985-07-02
Publication date: 1987-01-13

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】［発明の技術分野〕本発明はアンテナ素子を印刷して構成し、ＳＨＦＨＦ上
の短い波長領域で用いられる平面アンテナの合成装置に
関する。

［従来技術とその欠点］従来、この種平面アンテナの合成装置としては、同軸線
路、ストリップ線路及び導波管が用いられていた。しか
し、我が国８８（放送衛星、周波数帯は１２Ｇ　ＨＺ　
’）に利用する場合、同軸線路やストリップ線路では減
衰量が約６ｄＢ／ｍと大きい。

したがって、利得を上げるため、平面アンテナを減衰量
を有する出力線路にて合成すると、動作利得は給電間隔
的０．５ｍで最大利得となり、それ以上の利得上昇は望
めなかった。また、後者の導波管では、減衰量は約０．
０５ｄＢ／ｍであり、減衰が少なく合成できるが、加工
が困難であり、低価格で製造することができなかった。

［発明の目的］本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、その目的は
、平面アンテナの反射板を利用して誘電体線路を構成し
、低減衰量の線路でアンテナを合成して、利得を上昇さ
せることのできる安価な平面アンテナの合成装置を提供
することにある。

［発明の要点］本発明は、複数の平面アンテナを合成して利得を上昇さ
せる合成装置に於いて、前記平面アンテすの反射板とこ
の反射板に対し所定の間隔で平行に設置された金属板と
の間に誘電体スラブを挿入して構成された誘電体線路に
、前記平面アンテナの放射素子の給電部より取出された
給電線を結合し、電磁波を前記誘電体線路に沿って所要
の箇所まで伝送し合成するものである。

このように反射板を利用した誘電体線路により電磁波の
伝送を行うことにより、同軸ケーブルやストリップ線路
に比較して減衰量が少なくなり、かつ加工も容易となる
。

［発明の実施例］以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。ま
ず、第２図により本発明の基本的原理について説明する
。

誘電体線路とは、誘電体と空気の境界での全反射を利用
して電磁波を誘電体の内部に閉込めて伝送する線路であ
る。一般に、平行に設置された２枚の金属平板の間隔を
半波長以下に小さくすれば、平板に平行に偏波した電磁
波は遮断されて伝搬しないが、第２・図に示すような構
成とすることにより伝搬が可能となる。すなわち、金属
平板１ａ。

１ｂ間に直線状あるいは曲線状に誘電体スラブ２を挿入
すると、誘電体中では波長が短縮されるため、遮断状態
が解消さ、れ、その結果誘電体スラブ２に沿って電磁波
が伝搬される。

金属平板１ａ、Ｉｂ間に、幅ａ、厚さｂ１周囲媒質（こ
こでは、空気３）に対する比誘電率εｒの誘電体スラブ
２を挿入すると、この誘電体スラブ２に沿って単一モー
ドで伝搬し、金属平板１ａ。

１ｂ間で遮断される条件は、 λＯ・λ！７１＞２ａ＞２ｇ０で表わされる。但し、λ（ｉｎ（ｎ−０，１，２，・・
・）は厚さｂ、比誘電率εｒの誘電体スラブ２を伝搬す
るＴＭｎ表面波モードの伝搬波長であり、λ０は空気３
中の平面電磁波の波長である。

したがって、誘電体スラブ２の幅ａを上記条件を満足す
るように選べば単一モード伝送が可能である。上記条件
より、ａが小さいと誘電体ストリップに沿う電磁波も遮
断されて伝搬できず、これよりａが大きいと基本モード
以外の高次モード伝送の可能性があり、使用上不便であ
る。

誘電体スラブ２には、アルミナ（εｒ−９，６）、石英
ガラス（εｒ−３，８）、ポリスチロール（εｒ　−２
，５６）などが用いられ、εｒが大きい程単−モード伝
送を行うａの幅は狭くなる。

例え１ｆ、金属平板１ａ、ｉｂをアルミニウム板（導電
率ａ−２，３Ｘ１０’　Ｓ／ｍ＞　、誘電体スラブ２を
アルミナ（ｔａｎδ−１０幅）１周波数１２ＧＨ２，誘
電体スラブ２の幅ａ−７．２Ｍ、厚さｂ−３，９Ｍ、λ
＝１１．９ｍとすれば、減衰量αｔ−０，７ｄＢ／ｍと
計算される。この減衰層は導波管よりは劣るが、同軸ケ
ーブルやストリップ線路に比較すると非常に小さな値で
ある。

誘電体線路は、誘電体スラブ２が１波長程度の間隔では
約２６ｄ　１３程度の減衰」となるため、金属平板１ａ
、Ｉｂ間に多数並べても、その間の結合は殆ど問題とな
らない。

第１図に実際に使用する場合の誘電体線路の構造を示す
。同図に於いて、平面アンテナは円板素子１１、給電素
子１２、主給電線１３、基板１４及び反射板１５により
構成されている。反射板１５には上記円板素子１１等と
は反対面に誘電体スラブ１６が取り付けられている。ま
た、主給電線１３は、基板１４に設けられた透孔を介し
て反射板１５側に取り出され、結合器１１により誘電体
スラブ１６に結合されている。

電磁波は反射板１５に平行に偏波し誘電体スラブ１６に
沿って伝搬される。反射板１５には高さλｇ／２゜長さ
λａの断面コの字型金属板１８が固定され、この金属板
１８と反射板１５間で上記誘電体スラブ１６を挟み込む
。このコの字型金属板１８の固定は完全密閉しなくとも
、電波は外部に漏洩することはなく、導波管と異なり、
加工は非常に容易である。

平面アンテナの利得を上げるため、多素子とすると、基
板を用いた場合の反射板の強度は全体に弱くなるので、
２５６素子や１０２４素子などの多素子合成の場合は、
反射板の裏面に金属板でさらに補強する場合がある。こ
の場合は、この反射板と補強金属板との間とで誘電体線
路を構成するものである。

次に、平面アンテナの代表例として、我が国の衛星放送
受信用のマイクロストリップ円偏波ペア素子を用いたア
レーアンテナについて説明する。

第３図はその素子アンテナを示すものである。マイクロ
ストリップ円板アンテナの円板素子２１に、給電素子２
２に対して±４５゛方向に縮退分離素子２３を対称装荷
し、ダイポールモード（ＴＭよ、。）の縮退を解き、円
偏波アンテナとして作動させる。

円板素子２１の基板２４には銅箔付きテフロンファイバ
あるいはポリエチレン等が用いられる。

第４図は、この素子アンテナを複数個接続してサブアレ
ーアンテナを構成したものである。すなわち、広帯域特
性を得るため、素子アンテナＦ１と素子アンテナＦ２を
９０°だけ空間的に回転配列し、しかもその給電位相を
９０°ずらずため、位相器（ＰＩ　−Ｆ２　）３１を付
加するものである。また、素子アンテナＦｔ　、Ｆ２の
接続には、λｇ／４変成器（λＱ；ストリップ線路の伝
搬波長）　３２．３３゜３４が用いられ、Ｑ点にて主給
電線路３５と整合が取れるように設定される。このよう
な構成により、広帯域な特性が得られるものである。ざ
らに、利得を上げるためには、第４図のサブアレーユニ
ットを適宜盤べて接続することにより達成することがで
きる。この場合、１６．６４．２５６　、１０２４・・
・素子の配列が用いられる。

衛星放送受信用のアンテナなどの高利得アンテナをこの
ような方式により構成すると、素子数の増加に伴いスト
リップ線路からの給電損失が増加し、開口能率が低下す
る。このような場合、本発明により平面アンテナの給電
線を反射板側に取り出し、この反射板を利用した誘電体
線路に接続し、平面アレー間の給電損失を極力減少させ
ることにより、開口能率を上げ、最大利得を向上させる
ことができる。

第５図は２５６素子平面アンテナの合成装置を示すもの
で、４個の６４素子平面アンテナ４１．〜４１４を各々
の中央点より誘電体線路に結合して合成したものである
。すなわち、反射板４２を利用した結合部４３１〜４３
４で、電磁波を各アンテナから誘電体線路に結合し、Ｔ
型合成器４４１　、４４２で２面ずつ合成した後、さら
に合成して出力接栓４５から出力するようになっている
。

利得及び開口能率の実測値は、１６素子で１８．５ｄＢ
（６８％）、６４素子で２２．７　ｄ　Ｂ　（５１％）
である。ここで、このままストリップ線路で合成してゆ
くと、２５６素子で２７．５　ｄ　Ｂ　（４０％）　、
　１０２４素子で３２．５　ｄ　Ｂ　（２５％）程度の
特性しか得られない。

しかしながら、本発明に係る誘電体線路を利用すルト、
２５６素子テ２８．５　ｄ　Ｂ　（４５％　）　、１０
２４素子で３４ｄＢ（３６％）程度と利得上昇が得られ
る。

このように本発明においては、反射板を利用して誘電体
線路を構成できるので、簡単な構成で伝送路を安価に製
造できると共に損失を減少できるものである。

尚、上記実施例に於いては、衛星放送用平面アンテナに
ついて説明したが、本発明はこれに限定するものではな
く、アンテナは直線偏波アンテナでも使用でき、さらに
進行波アンテナにも使用できる。また、アンテナ背面の
反射板が曲線でも効果があるものである。

［発明の効果コ以上のように本発明によれば、反射板を利用した誘電体
線路を高い周波数帯のアンテナ合成に使用することによ
り、伝送損失を減少させることができ利得を向上できる
と共に、開口能率を向上させることができる。また、構
成が簡単であり、加工が容易であるため、安価な製品と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る誘電体線路の構成を示
す断面図、第２図は第１図の線路の基本原理を示す断面
図、第３図は本発明に係る素子アンテナを示す斜視図、
第４図は第３図の素子アンテナを用いたサブアレーアン
テナを示す平面図、第５図は本発明に係る２５６素子平
面アンテナの合成装置を示す斜視図である。１１・・・円板素子、１２・・・給電素子、１３・・・
主給電線、１４・・・基板、１５・・・反射板、１６・
・・誘電体線路、１１・・・結合器、１８・・・コの字
型金属板。出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１図第２図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

複数の平面アンテナを合成して利得を上昇させる合成装
置に於いて、前記平面アンテナの反射板とこの反射板に
対し所定の間隔で平行に設置された金属板との間に誘電
体スラブを挿入して構成された誘電体線路に、前記平面
アンテナの放射素子の給電部より取出された給電線を結
合し、電磁波を前記誘電体線路に沿って所要の箇所まで
伝送し合成することを特徴とする平面アンテナの合成装
置。