KR930010833B1

KR930010833B1 - 평면 안테나

Info

Publication number: KR930010833B1
Application number: KR1019900012877A
Authority: KR
Inventors: 나오히사 고또오
Original assignee: 유우겐가이샤라지아루안떼나껜뀨우쇼; 고또오 요오꼬
Priority date: 1989-08-21
Filing date: 1990-08-21
Publication date: 1993-11-12
Also published as: DE4026432A1; DE4026432C2; KR910005514A; GB2235590B; CA2023544C; GB9017253D0; US5175561A; GB2235590A; FR2651608A1; CA2023544A1; FR2651608B1

Abstract

내용 없음.

Description

평면 안테나

제1도는 본 발명의 제1실시예를 나타내는 평면 안테나의 정면도.

제2도는 제1도의 A-A선 단면도.

제3도는 제1도의 B-B선 단면도.

제4도는 평탄한 개구 분포를 얻기 위한 평면 안테나의 반경의 함수에 대한 결합 계수 α의 분포도.

제5도는 제4도에 있어서의 결합계수 분포를 얻기 위한 평면 안테나의 반경의 함수에 대한 슬롯 길이의 분포도.

제6도는 제4도에 있어서의 결합계수 분포를 얻기 위한 평면 안테나의 반경의 함수에 대한 슬롯의 간격의 분포도.

제7도는 본 발명의 제2실시예를 나타내는 중앙부분에 비방사 영역이 설치된 평면 안테나의 정면도.

제8도는 반경 10cm의 부분을 비방사 영역으로 한 경우의 결합계수 α의 분포도.

제9도는 그 평면 안테나의 이득 G 및 규격화 대역폭 B의 특성도.

제10도 및 제11도는 그 평면 안테나의 중앙 급전부의 변형예를 나타내는 단면도.

제12도는 안테나 정면을 z축으로 하는 원통 좌표계(r,θ,z)의 r-θ면(즉, 안테나면)에 있어서의 방사 슬롯쌍 및 종단 슬롯의 배치를 나타내는 다이아그램.

제13도는 안테나의 직경에 대해 작도되는 낭비 면적 △S의 안테나 면적 S에 대한 점유 비율△S/S를 나타내는 다이아그램.

제14도는 본 발명의 제3실시예를 나타내는 둘레방향 각도에 응하여 전파의 전파 거리가 변화하는 유전체 재료로 이루어진 위상 조정재를 구비하는 안테나 정면을 z축으로 하는 원통 좌표계(r,θ,z)의 r-θ면에 있어서의 방사 슬롯쌍 및 종단 슬롯의 배치를 나타내는 다이아그램.

제15도는 비유전율 ε_r에 대해 작도된 낭비 면적 △S의 안테나 면적 S에 대한 점유 비율 △S/S를 나타내는 다이아그램.

제16도는 이와 같은 위상 조정재로서 비유전율 ε_r이 4인 유전체 재료를 사용한 경우의 안테나 정면을 z축으로 하는 원통 좌표계(r,θ,z)의 r-θ면에 있어서의 방사 슬롯쌍 및 종단 슬롯의 배치를 나타내는 다이아그램.

제17도는 제16도의 슬롯 배치에 의거하여 설계한 평면 안테나의 개략 평면도.

제18도는 제17도의 C-C선의 단면도.

제19도는 그 방사 슬롯쌍의 기준선(나선형선), 종단 슬롯 및 위상 조정재의 위치 관계를 나타내는 다이아그램.

제20도는 본 발명의 제4실시예를 나타내는 제16도와 동일한 r-θ면에 있어서의 방사 슬롯쌍 및 종단 슬롯의 배치를 나타내는 다이아그램.

제21도는 안테나면의 좌표계를 나타내는 다이아그램.

제22도는 그 좌표계에 있어서의 안테나면에 있어서, 방사 슬롯의 배치를 나타내는 다이아그램.

제23도는 빔-경사형(경사각도 Φ°=15°)의 경우의 종단 슬롯 및 방사 슬롯쌍의, r-θ에서의 배치를 나타내는 다이아그램.

제24도는 빔-경사형(경사각도 Φ°=5°)의 경우의 종단 슬롯 및 방사 슬롯쌍의, r-θ면에서의 배치를 나타내는 다이아그램.

제25도는 제24도의 빔-경사형 평면 안테나에 본 발명을 적용한 경우의 안테나 정면을 z축으로 하는 원통 좌표계(r,θ,z)의 r-θ면에 있어서의 방사 슬롯쌍 및 종단 슬롯로의 배치를 나타내는 다이아그램.

제26a도는 본 발명의 제5실시예를 나타내는 종단 슬롯의 내측에서의 위상 조정 수단을 구비하는 평면 안테나의 요부 평면도.

제26b도는 이 안테나의 중앙 단면도.

제26c도는 이 안테나의 중앙 횡단면도.

제27a도 및 제27b도는 그 위상 조정을 행하는 도파 영역의 횡단면도.

제27c도는 그 도파영역의 등가 전송선로를 나타내는 다이아그램.

제28도 및 제29도는 본 발명의 평면 안테나의 상반 정리의 설명도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 평면 안테나 12, 40 : 원형 상판

14, 42 : 원형 하판 15a, 15b : 프로브

16, 46, 104 : 동축 케이블 20A, 20B : 방사 슬롯

22, 30, 50 : 반사재 24, 32, 88, 106 : 종단 슬롯

28, 34, 64, 92 : 위상 조정재 44 : 링상 원판

52, 70, 72, 76, 78, 82, 84, 86, 90 : 기준선

100 : 슬롯판 102 : 기저판

108 : 유전체판 200 : 방사전력

210 : 전력

본 발명은 평면 안테나에 관한 것으로서, 특히 방사선 슬롯 안테나로 불려지고 축대칭 모드로 여진되는 평면 안테나에 관한 것이다.

방사선 슬롯 안테나는 여러 문헌에 기재되어 있다. 예를 들어, 안테나상의 IEEE 트랜잭션 및 전파, 1985년 12월 AP-33권 1347-1353페이지의 ＂12GHz 위성 TV 수신용 방사선 슬롯 안테나＂와; 안테나상의 IEEE 트랜잭션 및 전파, 1986년 10월 AP-34권 10호 1269-1272페이지의 ＂12GHz 밴드 위성 TV 수신용 방사선 슬롯 안테나의 특성＂과; 안테나상의 IEEE 트랜잭션 및 전파, 1988년 12월 36권 12호 1675-1680페이지의 ＂12GHz 밴드 위성 TV 수신용 방사선 슬롯 안테나의 슬롯 결합＂에 기재되어 있다.

이 문헌에 기재되어 있는 축대칭 모드로 여진된 평면 안테나는, 오로지 2개의 전파층을 구비하는 2층 구조였다. 특히, 공급 전원에서의 전파를 하전파층의 중앙에 공급하고, 하전파층을 따라 반경 외측으로 전파시키고, 그 종단에서 상전파층으로 인도하고, 상전파층내를 따라 중심을 향해 전파시키고, 상층 전파층을 통한 전파과정에서 다수의 슬롯에 의하여 전파를 방사시키도록 하고 있었다. 그 슬롯의 배치에 의하여 원편파, 직선편파가 결정되어 있었다. 이와 같은 2층 구조에서는, 방사 슬롯면을 구비하는 방사층(즉, 상전파층)에서 전파가 외주로부터 중앙으로 전파한다. 이와 같이 축대칭 모드 여진의 전파가 외주로부터 중앙으로 전파하는 경우, 내부 전자계 f(r)은,

로 나타내어진다. A는 비례계수, k는 전파 정수, r은 반경, α은 반경 방향 단위 길이당에 방사되는 전력의 비례계수이다. α는 양수이고, 결합계수라고 부른다.

이에 대해서, 반경 r의 위치의 개구 전력 분포 U(r)은

가 되며, 이때 α는 양수이다. 따라서, 반경 r에 대해서 거의 균일한 개구 전력 분포를 이론적으로 얻기 쉬운 배치로 된다. 또, 방사되지 않고 남아 있는 전파의 중심의 흡수재에서 흡수된다. 그러나, 중심 부근에서는 전파 진행방향 단면적이 작고, 따라서 이렇게 흡수해야할 전파의 양도 적다. 결과적으로 안테나는 효율적으로 된다.

그러나, 이와 같은 2층 구조는, 제조가 극히 곤란하다고 하는 결점을 갖는다. 즉, 상전파층과 하전파층을 구별하는 판재를, 전파를 전파하는데 장해가 되지 않도록 유지할 필요가 있다. 또한 상전파층 및 하전파층의 층폭을 소정치로 유지할 필요가 있다.

이와 같은 제조상의 관점에서는, 전파가 중심으로부터 반경 방향 외측으로 전파하는 과정에서 전파를 방사하는 1층 구조의 것이 유리하지만, 이와 같은 1층 구조에서 축대칭 여진하는 경우 급전 전파는 중심으로부터 반경 방향 외측으로 전파하고, 그 전파 과정에서는 전파를 조금씩 방사하게 된다. 또 본원 명세서에서는, 축대칭 모드 여진의 평면 안테나에 있어서, 방사면을 구비하는 전파층내에서, 여진 전파가 외주에서 중앙으로 전하는 것을 외측 급전식(또는 외측 여진식)이라고 부르고, 중앙에서 외주로 전파하는 것을 내측 급전식(또는 내측 여진식)이라고 부른다.

이와 같은 내측 여진식에서는, 상술한 2층 구조, 즉 외측 여진식의 경우와는 반대로, 도파로내의 내부 전자계 f(r)은

가 되고, 방사 슬롯에 의한 방사가 없어도(α=0), 중심에서 매우 크고, 주위로 갈수록 약해진다. 이에 더하여 방사 슬롯으로 부터의 방사가 있기 때문에(α＞0), 외측으로 갈수록 급격히 전자계가 약해진다. 따라서, 이와 같은 내측 여진식에서는 개구 분포를 반경 방향에서 균일하게 접근시키는 것을 원리적으로 극히 곤란하다고 생각되고 있었다.

또, 방사되지 않고 남아 있는 전파는, 반사를 피하기 위해서, 외주면에서 흡수하게 되지만, 외측 급전식의 경우에 비해서 극단으로 단면적이 커진다. 이 흡수가 손실되므로, 내측 여진식에서는 이론적으로 효율이 극히 나쁘다고 생각되었다. 이와 같은 사실에서, 종래 내측 여진식에서는, 고효율이고 실용적인 평면 안테나를 얻는 것은 극히 곤란 또는 불가능하다고 생각되었고, 이것은 또, 내측 급전식에 비해서 외측 급전식의 연구가 쏟아지게 된 이유이기도 하다.

그러나, 본 발명자는, 안테나 이론의 원점으로 되돌아가서 고찰한 결과, 내측 여진식에서도 충분히 효율이 좋은 평면 안테나를 설계할 수 있음을 발견했다. 본 발명은, 효율좋게 전파를 안테나 정면에 방사시킬 수 있는 특성이 좋은 1층 구조의 내측 여진식 평면 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 평면 안테나는, 상기 목적을 달성하기 위하여, 송신의 경우 중앙에 급전된 전파가 외주 방향으로 전파하면서 외부에 방사되는 형식의 평면 안테나이고, 외부 방사의 결합계수를 외주에서 높고 중앙일수록 낮아지도록 축대칭 모드 도파부재의 전면에 형성 배치된 복수의 결합 슬롯과, 상기 축대칭 모드 도파부재의 종단 부분의 안테나면에 설치된 나선형 또는 링상 슬롯 등으로 이루어진 종단 슬롯과를 설치하도록 하는 것이다. 또 안테나면의 중앙에 외부와의 결합을 갖지 않는 영역을 설치한다. 또한, 상기 종단 슬롯을 따라서 배치되고 상기 축대칭 모드 도파부재의 내의 사이에서 전파된 전파를 반사하는 반사부재를 설치한다. 안테나의 상정 정리(후술)을 적용하면, 수신의 경우의 구성도 송신의 경우와 동일하게 하면 좋다.

본 발명에 의하면, 중앙급전의 경우, 중앙부분에서 내부 전자계가 급도로 강하고, 주변이 될 수록 급속히 약해지지만, 상기와 같이 결합계수를 외주에서 높고 중앙이 될 수록 낮아지도록 하므로써, 비교적 평탄한 개구 분포를 얻을 수 있다. 또, 중앙부분에 비방사 영역을 설치하면, 긴 선로 효과를 억압하게 되고 밴드 폭이 넓어진다. 반면, 안테나 면적의 감소에 의하여 안테나 이득이 감소한다. 그러나, 안테나 이득의 감소보다도 밴드 폭의 증가가 현저하고, 안테나로서 보다 바람직한 특성을 얻을 수 있다.

또한, 상기 종단 슬롯 및 반사부재에 의하여, 도파로 내부에의 반사를 적게 또는 실질적으로 영으로 억제하고, 종단의 전파를 안테나 정면에 반사시킬 수 있다. 상기 종단 슬롯으로 부터는 안테나의 종단으로부터 방사되는 원편파의 전파와 동일한 위상의 전파가 반사되기 때문에, 흡수체를 사용한 경우에는 흡수되어 버리는 전력을 유효하게 활용할 수 있다.

또, 수신의 경우에도 안테나의 상반 정리에 의하여 송신의 경우와 동일한 작용 효과를 나타낼 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 관해서 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

제1도 내지 제3도에 나타내는 바와 같이, 평면 안테나(10)는 원형 상판(방사판)(12)과, 원형 하판(14)을 가지며, 이들 판 사이에는 축대칭 모드 전파의 도파로가 형성된다. 상판(12) 및 하판(14), 전체가 도전성 재료로 이루어지거나 또는 적어도 그 표면을 도전체로 피복하고 있다. 상판(12)와 하판(14)과의 사이는, 공기 또는 소정의 유전체로 충전해도 좋다. 상판(12)과 하판(14)의 간격은, 충전된 유전체 도시하지 않는 부재, 또는 상판(12) 및 하판(14) 자신의 강도에 의하여, 일정 간격으로 유지되어 있다. 하판(14)의 중심에는 동축 케이블(16)이 접속되고, 상판(12)의 내면(하판(14)로 향한 면)의 중앙부분에는, 동축 케이블(16)의 전파를 반경 방향 외측으로 향하게 하는 정합 반사체(18)가 부착되어 있다. 정합 반사체(18)는, 적어도 그 표면이 전파 반사면으로 되어 있으면 좋다.

동축 케이블(16)의 전파를, 상판(12) 및 하판(14) 사이의 도파로로 인도하는 구조로 해서는, 정합 반사체(18)외에, 제10도 및 제11도에 표시하는 바와 같은 구조도 좋다. 즉, 10도에 표시하는 바와 같이, 원통형 프로브(15a)로 하기도 하고, 제11도에 나타내는 바와 같이, 원판형 프로브(15b)로 할 수도 있다.(예를 들면 나또리 마꼬또, 사꾸라이 닌오, 야스후지, 마꼬도, 고오또오 나오히사「프로브형 동축-반형 도파로 변환기의 특성」전자 정보 통신 학회 춘계 전국대회, 1989년 p2-83)

상판(12)에는, 공간적 및 전기적으로 직교하도록 배치된 두 개의 방사 슬롯(20A,20B)을 쌍으로서, 그 방사 슬롯쌍(20)을 방사면에 나선형 상으로 배치되어 있다. 참고로, 이 나선형 선을 제1도에 파선으로 도시했다. 이와 같이 배치하면, 안테나 정면에서 동위상의 원편파를 얻을 수 있다.

앞에서 설명한 바와 같이, 상판(12) 및 하판(14)으로 형성되는 도파로를 따라 전파하는 축대칭 모드의 전파는, 반경 r에 대해서

로 변화한다.

본 발명자는, 방사 슬롯(20A,20B)의 다양한 매개변수, 구체적으로는 방사 슬롯(20A,20B)의 길이 S_L, 및 반경 방향으로 인접하는 방사 슬롯쌍(20)의 거리 Sr, 둘레방향 간격 Sa, 도파로의 두께(즉, 상판 12)과 하판(14) 사이의 간격)등을 조절하므로서 개구면 전계 분포의 균일성을 유지하면서, 결합계수 α를 조절할 수 있음을 발견했다. 예를 들면 내측 급전식의 직경 60cm의 평면 안테나의 경우, 결합계수 α를 반경 r에 대해서 제4도에 표시하는 바와 같이 변화시키면, 이론적으로 허용 범위내에서 균일한 개구 분포를 얻을 수 있다. 즉, 제4도에 있어서, 가로축에 평면 안테나의 방사면의 반경(m)을 잡고, 세로축으로 결합계수 α(m^-1)를 취한다. 예를 들면, 반경 0.2m의 위치에 있어서, 결합계수 α는 약 3(m^-1), 반경 0.3m의 위치에 있어서, 결합계수 α는 약 20(m^-1)이다. 또, A는 임의의 정수, k는 파수(wave number)이고, 예를 들면 12GHz인 때, 약 3.1×10²(rad/m)이다.

이와 같은 결합계수 분포를 얻는 데에는, 방사 슬롯(20A,20B)의 길이를 반경 r에 대해서 제5도에 표시와 같이 변화시킨다. 즉, 제5도에 있어서, 가로축에 평면 안테나의 방사면의 반경(m)을 취하고, 세로축에 슬롯 길이 S_L(mm)을 취한다. 예를 들면 반경 0.1m의 위치에 있어서, 슬롯 길이 S_L은 약 8.8mm, 반경 0.2m의 위치에 있어서, 슬롯 길이 S_L은 약 9.6mm이다.

또, 반경 방향에 인접하는 방사 슬롯쌍(20)의 반경 방향 간격 Sr은 반경 r에 대해서 제6도에 나타내는 바와 같이 변화시키면 좋다. 즉, 제6도에 있어서, 가로축에 평면 안테나의 방사면의 반경(m)을 잡고, 세로축에 방사 슬롯쌍의 반경 반향 간격 Sr(mm)을 취한다. 예를 들면, 반경 0.1mm의 위치에 있어서, 방사 슬롯쌍의 반경 방향 간격 Sr은 약 21.0mm, 반경 0.2m의 위치에 있어서, 방사 슬롯쌍의 반경 방향 간격 Sr은 19.5mm이다.

이와 같은 수치계산에 의하여 이론적으로 얻어진 결합계수가, 실제의 실험치와 잘 합치하는 것이, 히로가와 지로오, 안도 마꼬또 및 고또 나오히사「주기구조 모델에 의한 방사선 슬롯 안테나에서 슬롯 결합의 해석」전기학회, 전자계 이론 연구회 자료, 1989년 5월 27일에 의하여 보고되어 있다.

그리고, 중앙에서 외주로 향해서 전파하고, 그 전파의 과정으로 정면으로 방사되지 않고 남아 있는 전파가 존재한다. 이와 같은 잔존 전파는, 흡수재에 의하여 흡수시켜도 좋지만, 이하에 설명하는 바와 같이, 효율좋게 안테나 정면으로 방사시키는 것이 바람직하다. 즉, 외측 급전식의 즉, 2층식의 평면 안테나의 지식으로부터, 약 45도의 경사면의 반사재에 의하여 역방향으로 거의 반사하지 않고 전파를 안테나 정면 방향으로 반사시킬 수 있음을 알았다. 그래서 본 실시예에서는, 평면 안테나(10)의 외주 부분에, 전파된 전파를 정면 방향으로 향하게 하는 반사재(22)를 배치하고, 상판(12)에는 반사재(22)에 의한 반사 전파를 정면 방향으로 방사하기 위한 나선형 상의 종단 슬롯(24)을 설치했다. 이와 같이, 슬롯의 형상을 나선형 상으로 하는 것은, 이 슬롯(24)에 의한 방사 전파도, 정면 방향으로 원편파를 발생시키기 위함이고, 방사 슬롯쌍(20)에 의한 방사 전파와 동상으로 할 필요에서, 종단 슬롯(24)은 방사 슬롯쌍(20)의 나선형 선과 적당한 간격만큼 반경 방향으로 빗나간 점을 시점으로 한다.

예를 들면 제1도에 표시하는 바와 같이 각도 방향으로 360°에 걸치는 하나의 슬롯으로 하면 좋다. 이 슬롯(24)을 따라서, 반사재(22)를 배치한다. 또한, 상기 실시예에서는, 반사재의 경사각도는 45도로 했지만, 그 경사각도는 반경 도파관의 높이에 응해서, 적당한 경사각도로 선정할 수 있다.

나선형 상으로 뻗는 슬롯으로 부터는 원편파의 전파가 방사되는 것이 이미 알려져 있지만, 그 방사 전파량을 정밀하게 조절하는 것이 곤란하므로 다수의 슬롯에 의한 방사가 고려되었다. 본 실시예의 종단 슬롯(24)은, 이에 의하는 방사량을 조절할 필요는 없고, 반사재(22)에 의한 전파를 모두 반사하면 되는 것이므로, 이에 응한 폭의 슬롯으로 하면 좋다.

또 제4도에 나타내는 바와 같이, 안테나면의 중심 부분에서는 결합계수 α는 매우 작아도 좋다. 극단적인 경우에는, 안테나면의 중심부분에 방사 슬롯(20A,20B)을 설치하지 않으면, 그 부분의 결합계수 α는 영이 된다.

그래서, 본 발명의 제2의 실시예로서, 안테나면의 중앙을 방사 슬롯(20A,20B)을 설치하지 않는 비방사 영역으로 한다. 제7도는 제2의 실시예의 정면도이고, 안테나면의 중심에 반경 r의 비방사 영역을 설치하고, 그 외주측에 제4도에 나타낸 결합계수 α의 분포가 되도록 방사 슬롯(20A,20B)을 설치한다. 이에 의하여, 결합계수 α로서는, 제8도에 나타내는 바와 같이, 반경 r까지는 완전히 영이고, 반경 r에서 반경 R까지의 사이는 제4도와 같이 곡선이 된다.

또, 안테나 이득 G는 방사면의 면적 S, 즉 안테나 반경 R의 제곱에 대략 비례하고, 다른 한편, 대역(밴드)폭 B는 도파로의 전파거리, 즉 축대칭 여진의 평면 안테나에서는 안테나 반경에 반비례한다. 후자는 소위, 선로길이가 길어질수록 주파수 대역이 좁아지는 긴 선로 효과에 의한 것이다.

제9도는, 안테나 반경 R 및 비방사 영역의 반경 r과, 규격화 대역폭 B 및 이득 G와의 관계를 나타내는 그래프다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 비방사 영역에 의하여 안테나 면적이 감소하므로, 이득 G가 조금 감소하지만, 전파의 전파거리가 안테나 반경 R에서 (R-r)로 짧아지고, 긴 선로 효과에 의하여 대역폭이 넓어진다. 환언하면, 비방사 영역을 설치하므로서 이득 G의 감소를 커버하기에는, 방사 면적이 πr²만큼 증가하도록 안테나 반경 r를 크게하면 되지만, 그 증가한 안테나 반경에서도 전파의 전파거리(선로길이)는 당초의 값(R)보다 작으며, 따라서 보다 큰 대역폭 B를 얻을 수 있다. 예를 들면, 직경 60cm에서, 반경 r=10cm의 비방사 영역을 설치하면, 이득은 약 0.5dB밖에 저하하지 않고, 대역폭은 약 1.3배가 된다.

제8도에서는 비방사 영역과 방사영역의 접점에서, 결합계수를 계단상으로 하고, 기타의 부분에서는 제4도에 나타내는 특성 커브로 변화시켰지만, 이와 같은 사이드 로브의 상승은, 결합계수를 완만하게 변화시킴으로서 완화될 수 있다. 따라서 제8도에 표시와 같이 결합계수 α를 비방사 영역과 방사영역의 경계에서 단계적으로 항상 변화시킬 필요는 없고, 이 경계에 있어서 서서히, 제4도의 특성 커브에 접근시켜도 좋다.

또한, 제7도와 같이 안테나면의 중앙에 비방상 영역을 설치하는 구성은, 축대칭 모드의 내측 여진의 평면 안테나 일반에 적용될 수 있으며, 원편과 직선편과 등의 편파의 종류에 한정되는 것은 아니다.

이와 같이, 내부 급전 방식에서는, 중앙부분의 강한 전자계가 균일한 개구 분포의 형식을 방해하는 큰 요인이 되어 있지만, 본 발명에서는, 결합계수 α를 반경방향으로 변화시킴으로서 비교적 평탄한 개구 분포를 얻을 수 있음을 나타냈다. 방사 슬롯의 형상 및 배치에 관해서는, 여러 가지로 변형할 수 있다.

또, 통상 중앙부분의 강한 내부 전자계가 균일한 개구를 부여하기 힘들지만, 안테나면의 중앙부분을 비방사 영역으로 하므로서, 이것을 개선하고, 평탄한 개구 분포가 보다 얻어지기 쉬워지면 밴드 폭도 넓힐 수 있다.

외주부에 종단 슬롯(24) 및 이 슬롯(24)에 따라 반사재(22)를 설치하므로서, 중앙에서 외주로 전파하여 외부로 반사되지 않고 남아 있는 전파를 안테나 정면에 효율이 좋게 방사할 수 있다. 따라서, 매우 높은 효율을 얻을 수 있다.

이상에 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 축대칭 여진 모드이고 1층의 고효율의 평면 안테나를 제공할 수 있다. 전파의 전파층이 1층으로만 가능하기 때문에, 외부 급전식인 2층의 평면 안테나에 비해서 저렴하게 제조될 수 있다.

다음에, 본 발명의 제3의 실시예에 관해서 설명한다.

상기와 같은 종단 슬롯(24)은 전파의 유효이용이라는 점에서 유익하다. 그러나, 안테나 개구를 통상의 원형으로 한 경우에는, 종단 슬롯(24)의 외측 부분은 안테나로서는 낭비면적이 되어 있다.

제12도는 안테나 정면을 z축으로 하는 원통 좌표계(r,θ,z)의 r-θ면(즉, 안테나면)에 있어서의 방사 슬롯쌍(20) 및 종단 슬롯(24)의 배치도를 나타낸다. 제12도에 나타내는 바와 같이, 방사 슬롯쌍(20)은 둘레방향 각도 θ를 비례하는 반경 위치에 배치되고, 반경 r의 방향에 대해서 2π의 주기성을 구비하는 기준선을 따라서 배치된다. 종단 슬롯(24)도 둘레방향 각도 θ에 비례하는 반경 위치를 차지한다. 평면 안테나(10)의 상판(12)을 반경 a의 원판으로 형성한 경우, 제12도에서 사선을 실시한 부분의 면적 △S는, 안테나로서 작용하지 아니하고, 낭비부분이 된다. 예를 들면 12GHz(파장 25mm)의 경우, △S의 점유 비율 △S/S(단 S=πa²)은, 제13도에 나타내는 바와 같이 직경이 40cm의 경우는 11.8%, 직경이 50cm의 경우는 9.5%, 직경이 60cm의 경우는 8%가 된다.

그래서 이 실시예에 있어서, 이와 같은 낭비 면적 △S가 생기지 않는 평면 안테나를 얻도록 하고 있다.

이하, 이에 관하여 상세히 설명한다.

우선, 이 실시예의 기본적인 사고방식을 설명한다.

상기와 같이, 종단 슬롯(24)이 방사 슬롯쌍(20)의 위치를 규정하는 나선형선(기준선)의 연장선을 따라서 뻗는 것은 종단 슬롯(24)에 의한 방사 전파가 방사 슬롯쌍(20)에 의한 방사 전파와 동일 위상이 되도록 하기 위함이다. 따라서, 예를 들면 종단 슬롯(24)의 내측에 위상 속도를 조정하는 유전체 재료를 배치하면, 종단 슬롯(24)의 반경 방향의 뻗음을억제할 수 있고, 평면 안테나의 반경 a를 작게할 수 있다.

예를 들면, 제14도에 나타내는 바와 같이, 종단 슬롯(24)보다 내측에 있고, 반경 a-r에서 반경 a의 범위의 부분에, 둘레방향 각도에 응하여 전파의 전파거리가 변화하는 유전체 재료로 이루어진 위상 조정재(28)을 묻어 넣는다. 여기에서 파장은 λ, 이 위상 조정재(28)의 비유전율을 εr로 하면 종단 슬롯(24)의 외측 부분의 면적 △S는, 하기의 식으로 주어진다.

단,

안테나의 면적 S(=πa²)에 대한 △S의 비율 △S/S는, 제15도에 나타내는 바와 같이, 비유전율 εr의 높은 유전체 재료를 사용함으로서, △S의 면적 비율을 작게할수 있음을 알 수 있다.

그러나, 단순히, 제14도와 같이, 둘레방향 각도 θ에 응해서 전파의 전파거리의 변화하는 위상 조정재(28)를 종단 슬롯(24)의 내측에 배치하는 것만으로는, △S를 영으로, 즉 종단 슬롯(24)을 원형으로 할 수는 없다.

그래서, 이 실시예에서는, 반대로, 종단 슬롯을 우선 원형으로 하고 이와 같은 원형의 종단 슬롯에서도 방사 슬롯쌍에 의한 방사 전파와 동위상이 되도록 둘레방향 각도 θ방향으로 전파의 전파거리가 변화하는 유전체 재료를 배치한다. 종단 슬롯을 우선 원형으로 결정하면, 이와 같은 위상 조정용의 유전체 재료는 반경 도파로 내에서 방사 슬롯쌍의 하부에도 위치하도록 한다. 그래서, 방사 슬롯쌍의 위치도, 위치 조정용의 유전체 재료에 의한 위상 변화량에 응해서 조정한다.

제16도는 이와 같은 위상 조정제로서 비유전율 εr가 4의 유전체 재료(예를 들면, 세라믹스)를 사용한 경우의 한 실시예의 r-θ면의 슬롯 배치도이다. 30은 상기한 방사 슬롯쌍(20)과 동일하게 두 개의 방사 슬롯을 쌍으로 한 방사 슬롯쌍이고, 가장 외주의 슬롯쌍(30)을 제외하고는, 제4도와 동일한 형상으로 설계되도록 배치되어 있다. 32는 방사 슬롯쌍(30)에서 방사되지 않았던 전파를 방사하는 종단 슬롯이고, 내경 a의 링상 개구부를 갖는 원형 링상의 슬롯이다.

또, 34는 상술한 위상 조정재(단, 비유전율 ε_r=4)이다. 이 위상 조정재(34)는, 종단 슬롯(32)보다 2만큼 내측, 즉 반경(a-λ)의 위치에서종단 슬롯(32)(즉, 반경의 위치)까지의 범위이고, 둘레방향 각도 θ가 영의 위치에서는 전파의 전파거리, 즉 폭이 영이고, 둘레방향 각도 θ가 360도의 위치에서는 폭이 λ가 되도록, 나비가 연속적으로 변화하고 있다.

최외주의 1주분의 방사 슬롯쌍(30)은, 종단 슬롯(32)보다 2π만큼 내측의 기준선(스파이럴선)을 따라서 위치하고, 또 보다 내측의 방사 슬롯쌍(30)을 규정하는 기준선(나선형선)보다 2π만큼 외측에 위치해야 한다. 또, 위상 조정재(34)의 비유전율 ε_r이 4이고, 그 부분에서의 파장 λg는,

임의로, 최외주의 방사 슬롯쌍(30)은 둘레방향 각도 θ가 영의 위치에서 반경 a-λ, 둘레방향 각도 θ가 360도의 위치에서 반경 a-λ/2가 되는 나선형 선상에 위치하면 상기 위상 조건을 만족시키게 된다. 위상 조정재(34)는 제16도에 나타내는 바와 같은 위치 및 나비를 갖고, 또한 그 비유전율 εr이 4이므로, 최외주의 1주분의 방사 슬롯쌍(30)의 위치를 이와 같이 수학적으로 간단히 결정할 수 있다.

제17도는 제16도의 슬롯배치에 익거하여 설계한 평면안테나의 개략평면도, 제18도는 제17도의 c-c선의 단면도이다. 제16도에 나타낸 방사 슬롯쌍(30)은 종단 슬롯(32) 및 위상 조정재(34)에 관해서는 동일부호로 도시되어 잇다. 본 실시예도, 종단 슬롯(32), 최외주의 방사 슬롯쌍(30) 및 종단슬롯(32)의 위치, 및 위상 조정제(34)의 존재를 제외하고는 기본적으로 1층구조(제1도 내지 제3도 참조)를 하고 있다.

안테나면을 구성하는 원형의 상판(40)과 이 상판(40)에서 소정거리 떨어져서 원형의 하판(42)에 의하여, 반경 도파로가 형성되어 있다. 상판(40)이 외주테의 외측에는, 소정간격 떨어져서 평행인 원형의 하판(42)에 의하여, 반경 도파로가 형성되어 있다. 상판(40)의 외주테의 외측에는, 소정간격 떨어져서 링상원판(44)이 배치되어 있다. 링상 원판(44)의 내주테두리와 상판(40)의 외주테두리와의 사이에 형성되는 개구부가, 종단 슬롯(32)이 된다. 상판(40), 하판(42) 및 링상 원판(44)은, 도전성 재료로 이루어진다. 도시하지는 않았지만, 적당한 복수의 개소에서, 상판(40)과 링상 원판(44)을 안테나 특성에 너무 영향주지 않는 양태 및 부재에 의하여 상호 연결해도 좋다.

하판(42)의 중심에는 동축 케이블(46)이 접속되고, 상판(40)의 내면(하판(42)로 향한 면)의 중앙부분에는 동축 케이블(46)의 전파를 반경방향 외측으로 향하게하는 원뿔형상의 정합 반사체(48)가 부착되어 있다.

위상 조정제(34)의 나비, 즉 전판의 전파거리는, 제16도에 도시한 바와 같이, 둘레방향 각도위치에 응해서 변화하지만, 제17도에서 표시하는 바와 같이, 전파의 반사를 피하기 위하여, 전판 진행방향에 대해서 전파 입사 단면 및 전파출사 단면을 경사, 예를 들면 45도 정도로 형성되어 있다.

또, 상판(40) 및 하판(42)에 의하여 형성되는 반경 도파로의 반경 방향외측의 종단 부분에는, 전파하는 전파를 종단 슬롯(32)의 쪽으로 유도하는 반사(유도)재(50)가 설치되어 있다. 종단 슬롯(32)가 원형 링상이므로, 반사재(50)는 중심축으로의 반사가 극력 적어지도록, 예를 들면 원형 링상부재의 내주면을 양 45도 정도로 경사시키고, 그 경사면을 전파반사면에 가공하면 좋고, 제조는 극히 간단하다.

상판(40)과 하판(42)으로 형성되는 반경 도파로내는, 위상 조정제(34)를 제외하고 완전한 공간이지만, 적당한 유전체 재료를 전체 또는 부분적으로 충전해도 좋다. 이와 같이 유전체 재료를 충전하는 경우에는, 충전한 유전체 재료에 의한 등가비 유전율과의 비교에 있어서, 위상 조정제(34)의 비유전율을 결정한다. 상판(40)과 하판(42)와의 간격은 상판(40) 및 하판(42) 자신의 강도에 의하여 보존되어 있지만, 전판의 전파에 나쁜 영향을 주지않는 따위의 적당한 지지부재에 의하여 그 간격을 유지하고 또는 보강하도록 해도 좋다.

상판(40)에는, 제16도에 관련하여 설명한 바와 같이, 방사 슬롯쌍(30)이 배치되어 있다. 물론, 제1도 내지 제3도에 나타낸 바와 같이, 실용적으로 균일한 개구 분포를 얻을 수 있도록, 각 방사 슬롯쌍(30)을 구성하는 개개의 방사 슬롯의 길이, 반경 방향에 인접하는 방사 슬롯쌍(30)의 거리 Sr 및 둘레방향 간격 Sa, 도파로의 두께(즉, 상판(40)과 하판(42)간의 간격)등을 조정한다. 참고를 위하여, 방사 슬롯쌍(30)의 위치 기준이 되는 기준선(52)(나선형선)을 제17도에 파선으로 나타냈다. 기준선(52)의 속, 최외주의 1주분에서는, 내주의 그것과 비해서, 반경방향에서의 변화량이 1/2가 되어 있다. 이것은 위상 조정제(34)의 비유전률이 4이기 때문이다.

방사 슬롯쌍(30)의 기준선(52)(나선형 선), 종단 슬롯(32) 및 위상 조정제(34)의 위치관계를 제19도에 표시했다. 위상조정제(34)에는 해칭이 실시되어 있다. 제17도에 있어서, 위상 조정제(34)로서는, 상판(40)에 접하는 단면 형상을 도시했다. 쉽게 이해하기 위하여, 위상 조정재(34)에는 해칭이 실시되어 있다. 위상 조정재의 내측단면은, 반경 a-λ의 원이고, 외측단면은 a-λ에서 a에 반경이 변화하는 나선형 선이되어 있다.

제17도 및 제18도에 나타낸 평면 안테나의 동작을 간단히 설명한다.

도시하지 않은 전파선의 전기신호는 동축 케이블(46)을 사이에 두고, 상판(40) 및 하판(42)에 의하여 형성되는 반경 도파로 내에 공급되고 정합반사체(48)에 의하여 반경 도파로내를 반경방향으로 향해서 전파한다.

이 전파과정에서 방사 슬롯쌍(30)에 의하여 조금씩 안테나 정면에 원판파의 전파가 방사된다. 최외주의 방사 슬롯쌍(30)에서는, 위상 조정제(34)에 의하여, 내주의 방사 슬롯쌍(30)에 의한 방사전파의 위상과 동일하게 되도록 위상 조정된 전파가 방사된다. 전방사 슬롯쌍(30)에 의해서도 방사되지 않은 전파는 위상조정제(34)를 거의 무반사로 통과시키고, 반사제(50)에 의하여 종단 슬롯(32)로 향해서, 안테나 정면으로 방사된다. 위상 조정제(34)를 통과한 전파는 안테나 중심을 중심으로하는 동심원상에서 원편파의 전파가 되어 있고, 따라서 종단 슬롯(32)에서 방사되는 전파는 방사슬롯쌍(30)에 의한 원편파에 완전히 동조되어 있다.

제16도 내지 제19도에서 설명한 실시예서는 위상조정재(34)의 내측단면은, 반경 a-λ의 원이고, 외측단면은 a-λ에서 a에 반경이 변화하는 나선형 선이 되어 있지만, 기타의 형상이라도 좋다.

제20도는 본 발명의 제4도의 실시예를 나타내는 것이고, 제16도와 동일한 r-θ면에서의 슬롯 배치도이다. 60은 방사 슬롯쌍(30)과 동일한 방사 슬롯쌍, 62는 종단 슬롯(32)과 동일하게 원형 링상의 종단 슬롯 64는 위상 조정재(34)에 대응하는 위상 조정재이다. 이 실시예에서는, 위상 조정재(64)는 비유전율이 4이고, 그 내측 단면은 a(둘레 방향각도 θ=0)에서 a-λ(둘레 방향각도 θ=360°)로 반경이 변화하는 나선형선이고, 외측단면이 반경 a의 원형이 된다. 이 경우, 최외주의 방사 슬롯쌍(60)은 둘레 방향각도 θ가 0°에서 360°의 범위에서는, a-λ(θ-0)에서 a-λ/2(θ=180°)로 반경이 변화하는 나선형 선을 따라서 배치하고 둘레방향각도 θ가 180°에서 360°의 범위에서는 a-λ/2의 반경의 원을 따라 배치하면 된다.

상기 실시예에서는, 위상 조정재(34,64)로서, 비유전율이 4의 유전체를 사용했지만, 이것은 일례이고, 기타의 비유전율의 재료를 사용해도 좋은 것은 명백하다. 또, 상기 실시예에는 위상 조정재(34,64)의 내단면 및 외단면은 반경 방향이 둘레 방향각도에서 매끄럽게 변화하는 곡면이 되어 있지만, 물론 그 한쪽 또는 양쪽을 다각형상으로 근사시켜도 좋다. 또한 위상조정재(34,64)의 둘레 방향 각도에서의 위상량을 유전율 또는 전파의 전파거리와 유전율을 변화시킴으로서 변화시키도록 해도 좋다.

상기 실시예에서는 전파를 안테나 정면에 방사하는 경우를 에로설명 했지만, 안테나 정면에서 소정 각 경사방향으로 방사하는 빔-경가형 안테나로도 적용될 수 있다. 예를 들면, 제21도에 나타내는 바와 같이 안테나 정면을 z축으로하고, 안테나 면상에 x,y축을 배치한 경우이고, 주 빔을 y-z 면내에서, z축에서 각도 Φo만큼 경사시키는 경우를 생각한다. 원점 0에서 나오는 전판(기준으로하는 가상적인 파)와, 원점 0에서 점까지 전파하여나오는 전파가 주빔방향에서 동위상이 되는 조건은

단, C는 정수, n은 최내주의 나선형에서 O, 최외주의 나선형에서 N이 되는 정의 정수이다.

임으로,

따라서,

식(5)에서 방사 슬롯쌍(20,30)과 동일한 방사 슬롯쌍을 +y축 방향에서는 보다 중심에서 멀고, -y축 방향에서는 보다 중심에 가까워 지도록 배치하면 좋은 것을 알수 있다. 또 식(6)에서 나선형 간격은 n에 의존하지 않음을 알 수 있다. 제22도는, 이와 같은 경우의 안테나면에 있어서의 슬롯 배치를 나타낸다.

이와 같은 빔-경사형 안테나에서는, 방사 슬롯쌍에, 제1도 내지 제3도에서 설명한 종단 슬롯을 설치하면, 이 종단 슬롯도 방사 슬롯쌍과 동일한 기준선을 따라서 만곡시키면 좋다. 빔-경사형의 경우의 종단 슬롯 및 방사 슬롯쌍의 r-θ면에서의 배치를 제23도 및 제24도에 나타낸다. 또한, 이들로는 간단하기 때문에, 관내 파장 λg가 공간 파장 λ에 동등한 것으로 도시되어 있다. 제23도는 경사각도 Φ_o=15°의 경우를 나타내고, 제24도는 경사각도 Φ_o=5°의 경우를 나타낸다. 기본적으로는, 상기 설명에서 이해될 수 있는 바와 같이, 둘레방향각도 θ=90°또는 270°의 부분에서 상호 반대방향으로 부어오른 만곡선을 따라서 배치하면 된다. 제23도에 있어서, 부호 70,72는 방사 슬롯쌍을 배치하는 기준선을 나타내고, 부호 74는 종단슬롯을 나타낸다. 제24도에 있어서, 부호 76,78은 방사 슬롯쌍을 배치하는 기준선을 나타내고, 부호 80은 종단 슬롯을 나타낸다.

제25도는, 제24도의 빔-경사형 평면 안테나에 본 발명을 적용한 경우의 r-θ면에서의 슬롯배치를 나타낸다. 부호 82,84는 방사 슬롯쌍(30)에 해당하는 방사 슬롯쌍이 배치되는 기준선을 나타내고, 부호 88은 종단 슬롯을 나타낸다. 또, 부호 86은 위상 조정제(92)가 없다고 가정한 경우의 방사 슬롯쌍의 배치 기준선을 나타낸다. 기준선(82,84)는 각각 제24도의 기준선(76,78)에 일치한다.

부호 92는 종단 슬롯(88)을 전원(true circle) 또는 실질적으로 진원으로하기 위하여, 그 내측에 배치하는 위상 조정제이고, 제16도의 경우와 동일하게, 비유전율 εr가 4의 유전체 재료를 사용하고, 기타의 부분은 공간(비유전율 ε_r=1)이라고 하고 있다. 위상조정제(92)의 내경은 일정하다. 외경은 둘레방향에서 변화한다. θ방향에 있어서의 위상 조정제(92)의 폭 w는 종단 슬롯 반경 a에 대해서,

로 주어진다. 또, 최외주의 방사 슬롯쌍은 위상 조정제(92)상의 기준선(90)위에 배치한다. 기준선(90)은 위상 조정제(92)의 내측원주를 기준으로하여 기준선(86)을 r방향으로 1/2배로 축소한 것이다. 기준선(86) 및 위상 조정제(92)의 외주단의 위치는, 기본적으로 제16도의 실시예에 관련하여 설명한 것과 같은 사고 양식으로 설계하면 된다.

다음에, 본 발명의 제5실시예, 즉, 종단 슬롯의 내측에서의 위상 조정수단을 구비하면 평면 안테나에 관하여 설명한다.

일반으로, 전파의 전파 가로방향에서 파장에 비해서 충분히 얇게 유전률의 상이한 재료를 적층한 도파로 구조, 및 전파의 전파방향으로 도파로의 가로폭이 변화하는 도파로 구조의 전파의 전파상황은, 등가 유전률에 의하여 이론적으로 설명이 가능하고, 등가유전률의 변화하는 경계면에서의 정합조건도 알려져 있다. 따라서, 본 발명에 있어서도, 반경 도파로내에 복수의 유전체층을 설치하고, 또 도파로 가로폭을 조정함으로서, 위상 조정제(34,64,92)의 위상 조정기능을 등가적으로 실현하도록 해도된다.

제26a도는 그 실시예의 정면도, 제26b도는 중앙단면도, 제26c도는 중앙횡단면도이다. 단, 제26a도에서는, 방사 슬롯쌍의 도시를 생략했다. 100은 방사 슬롯쌍(30)에 해당하는 다수의 방사 슬롯쌍을 구비하는 슬롯판이고, 제16도의 상판(40)에 대응한다. 또, 102는 상판(100)과의 사이에서 반경 도파로를 형성하기 위한 기저판이고, 제16도의 하판(42)에 해당한다. 104는 동축 케이블이다. 106은 진원 또는 실질적으로 진원의 종단 슬롯이고, 종단 슬롯(32)(제16도, 제17도 및 제18도)에 해당한다. 동축 케이블(104)에 의한 여진전파는, 슬롯판(100)과 기저판(102)과의 사이에 형성되는 반경 도파로를 지나서 반경방향 외측으로 전파하고, 도시하지 않은 방사 슬롯쌍 및 종단 슬롯(106)에서 외측으로 방사된다.

또, 슬롯판(100)과 기저판(102)으로 형성되는 반경 도파로내에는 둘레방향각도에 응한 외경이 나선형 상으로 증대하는 유전체판(108)이 배치되어 있다. 즉 θ=0°, 90°, 180°, 270°, 360°의 반경을 각각 R1,R2,R3,R4로 하면,

RO＜R1＜R2＜R3＜R4

이다. 상세한 것은 후술하는 바와 같이 유전체판(108)에서 반경 RO에서 외측의 부분이 실질적으로 상대 조정제(34)로서의 역할을 한다.

유전체판(108)두께는 일정하고, 그 둘레단면은 직각으로 절단되어 있다. 유전체판(108)의 형상을 용이하게 이해할 수 있도록 제26a도에 유전폐찬(108)을 해칭을 실시하여 도시했다. 유전체판(108)로서는, 예를 들면 복수의 합성수지를 혼합 또는 화합하여 형성한 판재를 펀치하여 형성할 수 있고, 비유전률이 4 내지 6 정도의 것을 용이하게 또한 자유롭게 얻을 수 있다.

중심으로부터 일정한 반경 Rs까지의 영역에서 유전체판(108)과 기저판(102)과의 사이에는 공간(110)이 있고, 유전체판(108)의 유전률과 공간(110)의 유전률에 의하여 결정되는 등가유전률에 따라서 전파가 전파된다. 상세하게 후술하지만, 반경 Rs의 직전에서, 정합조건에 의하여 무반사 또는, 있어도 소량의 반사가 되도록, 공간(110)의 폭을 서서히 좁히고, 최종적으로는 유전폐찬(108)을 지지하는 목적도 있지만, 공간(110)의 폭을 0으로 하고 있다. 반경 Rs보다 외측에서는, 위상 조정재(34)로서 필요한 전파의 전파거리의 사이, 유전체판(108)만을 전파가 전파하도록 하고, 또한 그 외측에서는, 정합조건에 의하여, 무반사 또는 있다고할지라도 소량의 반사가 되도록, 반경 도파로의 가로 폭을 설정하고 있다. 유전체판(108)을 통과한 전파는 공간(112)을 전파하여 종단 슬롯(106)에 도달하고, 외부에 반사된다.

제27도를 참조하여, 반경 Rs의 근방에 있어서의 전파의 전파 조건에 관하여 간단히 설명한다. 또한 간단하게 하기 위하여, 평면파 근사를 하고 있다. 제27a, b도는, 위상 조정을 행하는 도파영역의 횡단면도를 표시한다. 제27b도가 제26도의 구조에 대응하고 있고, 제27a도 및 27b도의 어느쪽이라도 본 발명의 목적을 달성할 수 있다. 제27a도 및 제27b도는, 제27c도에 나타내는 바와 같은 전송전로라고 생각할 수 있다. 즉, 제27c도의 영역 r은 제27a도, 제27도의 각 영역 Ia,Ib에 대응하고, 제27c도의 영역 II는 제27a, b도의 각 영역 IIa,IIb에 대응하고, 제27c도의 영역 III은 제27a, b도의 각 영역 IIIa,IIb에 대응한다.

전송선로의 임피던스 Z은 일반적으로

단, w는 선로의 폭(일정), d는 선로의 높이, e는 선로의 등가 비유전률이다.

또, 파수 k는,

이다.

따라서, 유전체판(108)의 비유전률은 ε₁, 그 두께를 d₁, 영역 IIIa, IIIb에 있어서의 반경 도파로의 가로 폭을 d₃으로 하면, 제27a도, 제27b도의 영역 Ia,Ib에서는

제27a도, 제27b도의 영역 IIIa,IIIb에서는,

이다. 제27b도의 영역 IIa에서는

이다. 제27b도의 영역 IIb에서는,

단, 콘덴서의 직렬 접속을 고려하여,

이다.

각 영역의 전압, 전류는 이하와 같이된다. 즉, 영역 Ia,Ib에서는,

영역 IIa,IIb에서는

영역 IIIa,IIIb에서는

이다. z=0의 지점, 즉 영역 Ia,Ib와 영역 IIa,IIb에서는,

이고, z=a의 지점, 즉, 영역 IIa,IIb와 영역 IIIa,IIIb의 경계에서는

단, θ=k₁a이다. 식(25)에서,

가되고, 이것을 식(24)에 대입하면,

이 얻어진다. 영역 Ia,Ib에서 반경 방향 외측으로 전파하는 전파밖에 존재하지 않는다고하면,

이 되고, 이것을 식(27)에 대입하면, 정합조건은,

이 된다. 이것이 만족되도록, d₁,d₃,ε₁,a를 선택하면 된다.

구체적인 수치예를 나타내면, 제27a도의 경우에, 영역 IIa의 길이 a는, 식(29)에서 λ/4인 때, 비반사되고 12GHz인 경우에는,

이고, 식(30)의 정합조건에서,

따라서

이고, ε₁=4로 하면

이다.

또, 제27b도의 경우에는,

이고, 따라서

이것과 식(17)에서,

이 얻어진다. 여기에서 ε₁=4로 하면

이 되고, 12GHz에서는

이 된다.

제26도 및 27도에서는 1매의 유전체판(108)과 공기총(110)을 적층한 경우를 예시했지만, 본 발명은 물론, 이것에 한정되지 않고 복수의 층을 적층하고, 또, 필요에 의하여 도파로의 높이를 변경하고, 위상조정재(34,64,92)와 동일하 위상 조정 작용을 발휘하게 해도 좋다. 이와 같은 도파로 구조에서는, 전판의 전파방향에 있어서의 유전률의 변화 부분에서의 반사를 억제 또는 0으로 하는 것은 그처럼 어렵지는 않고 정합을 취하는 영역의 형상 및 치수도 본 발명은 상기에서 한정되지 않는다. 또, 제19도에 표시한 바와 같이, 위상 조정제(34)의 단면을 경사지게 형성하는 경우에는, 가공이 곤란하고, 제조비용의 상승에 연관된다. 제26의 실시예에서는 제조가 매우 간단하게 되고, 저렴하게 할수 있다.

또한, 방사 슬롯쌍(30,60)의 방사 슬롯 및 종단 슬롯(32,62,106)은, 전파에 있어서의 개구부가 있으면 좋으며, 물리적인 개구부일 필요는 없다.

또, 상기 실시예에 있어서는 설명의 형편상, 안테나면에 전파를 방사하는 경우, 즉 전파의 송신의 경우를 예로 설명했지만, 안테나의 상반 정리에 의하여 전파를 수신하는 경우에도 동일한 것을 말할 수 있다. 즉, 제28도에 나타내는 바와 같이 동축 케이블(16)에서 급전되는 전력(210)이, 평면 안테나(10)(제1도 내지 제3도 참조)의 안테나면에서 방사전력(200)으로 방사되는 경우, 같은 조건하의 평면 안테나(10)에 있어서, 제29도에 나타내는 바와 같이, 입사전력(210)이 평면 안테나에서 수신전력(210)을 출력할 수가 있다.

또한, 이와 같은 안테나의 상반 정리는, 예를 들면, 안테나 이론 Inter-University Electronice Serties, Vol, 7, McGraw-Hill Book Company, p.93 내지 100에 상세히 기술되어 있다.

이상, 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 안테나면의 이용효율이 높은 1층 구조의 송신용 또는 수신용의 평면 안테나를 제공할 수 있다. 또, 보다 소형으로 컴팩트한 평면 안테나를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 종단 슬롯의 형상, 위상 조정부재의 형상, 반사부재를 90도의 벽으로 구성하는 등 본 발명의 취지에 의거하여 여러 가지 변형이 가능하고, 이들을 본 발명의 범위에서 배제하는 것은 아니다.

Claims

안테나면을 구비하는 전파층내에서, 중앙에서 외주에 전파하는 1층 구조의 내측 급전석의 축대칭모드 여진의 평면 안테나에 있어서, (a) 축대칭모드 도파부재와, (b) 이 축대칭모드 도파부재의 중앙에 접속된 전파의 접속수단과, (c) 결합개수가 외주에서 높고 중앙에서는 점차적으로 낮아지도록, 상기 축대칭모드 도파부재의 전면에 형성 배치된 복수의 결합슬롯과, (d) 상기 축대칭모드 도파부재의 종단부분의 안테나면에 설치되는 종단 슬롯을 포함하는 평면안테나.
제1항에 있어서, 상기 종단 슬롯은 나선형상의 슬롯임을 특징으로 하는 평면안테나.
제1항에 있어서, 상기 축대칭모드 도파부재의 중앙이 상기 결합슬롯을 구비하지 않은 영역이 설치됨을 특징으로 하는 평면 안테나.
제2항에 있어서, 상기 나선형상 슬롯을 따라서 배치되고, 상기 축대치모드 도파부재의 내외 사이에서 전파하는 전파를 반사하는 반사부재가 설치됨을 특징으로 하는 평면 안테나.
제2항에 있어서, 안테나면의 중앙이 상기 결합 슬롯을 구비하지 않는 영역을 설치함과 동시에, 상기 나선형상 슬롯을 따라서 배치되고, 이 축대칭 모드 도파부재의 내외 사이에서 전파하는 전파를 반사하는 반사 부재를 설치함을 특징으로 하는 평면 안테나.
제1항에 있어서, 상기 전파는 송신 전파임을 특징으로 하는 평면 안테나.
제1항에 있어서, 상기 전파는 수신전파임을 특징으로 하는 평면 안테나.
안테나면을 구비하는 전파층내에서, 중앙으로부터 외주로 전파하는 1층 구조의 내측 급전식의 축대칭 모드 여진의 평면 안테나에 있어서, (a) 축대칭모드 도파부재와, (b) 이 축대칭모드 도파부재의 중앙에 접속된 전파의 접속수단과, (c) 결합 개수가 외주에서 높고 중앙이될수록 점차적으로 낮아지도록 상기 축대칭 모드 도파부재의 전면에 형성 배치된 복수의 결합 슬롯과, (d) 상기 축 대칭모드 도파부재의 종단 부분의 안테나면에 설치된 원형 링상의 슬롯과, (e) 상기 축대칭모드 도파부재의 종단부 근방에, 둘레방향 각도에 응한 소정의 위상량을 부여하는 외상 조정재를 포함하는 평면 안테나.
안테나면을 구비하는 전파층내에서, 중앙에서 외주로 전파하는 1층 구조의 내측 급전식의 축대칭모드 여진의 평면 안테나에 있어서, (a) 축대칭모드 도파부재와, (b) 이 축대칭모드 도파부재의 중앙에 접속된 전파의 접속수단과, (c) 결합개수가 외주에서 높고 중앙이 될 수록 점차적으로 낮아지도록, 상기 축 대칭모드 도파부재의 전면에 형성 배치된 복수의 결합슬롯과, (d) 상기 축대칭모드 도파부재의 종단 부분의 안테나면에 설치된 원형링상의 슬롯과, (e) 이 축대칭모드 도파부재의 반경 방향에서 중심에서 보아 제1의 동가 유전율을 제1의 도파영역, 제2의 동가 유전율을 제2의 도파영역 및 제3의 등가유전율을 제3의 도파 영역의 적어도 세 개의 도파영역을 구비하고, (f) 상기 제2등가유전율은 상기 제1등가유전율보다 크고, 상기의 제2등가 유전율은 둘레방향 각도에 응한 소정의 위상량을 전파하는 전파에 부여하는 평면 안테나.
제9항에 있어서, 상기 축대칭모드 도파부재의 반경 도파로가, 상기 제1도파영역과 상기 제2도파영역과의 상기, 및 상기 제2도파영역과 상기 제3도파 영역과의 사이에 각각에, 정합영역을 구비함을 특징으로 하는 평면안테나.