JP2951707B2 - 平面アンテナ - Google Patents

平面アンテナ

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JP2951707B2
JP2951707B2 JP2239777A JP23977790A JP2951707B2 JP 2951707 B2 JP2951707 B2 JP 2951707B2 JP 2239777 A JP2239777 A JP 2239777A JP 23977790 A JP23977790 A JP 23977790A JP 2951707 B2 JP2951707 B2 JP 2951707B2
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ミシエル・レルル
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    • H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は円偏波又は直線偏波を放射する（例えばプリ
ント配線又はマイクロストリップ）平面アンテナに係
る。本発明は円平面又は直線偏波の導波路の励振に適用
することができる。
本発明のこのようなアンテナは（非限定的な例とし
て）トリプレート、マイクロストリップ、同軸、バーラ
イン給電線のようなTEM（transverse electromagneti
c）モードの給電線と自由空間（又は導波路）との間の
緊密な変換を実現する。
従来技術の説明 TEMモードで伝搬される電磁波と自由空間との間の変
換を可能にする既知のシステムは、励振子とホーンとか
ら構成されるシステムと、マイクロストリップアンテナ
とがあり、前者は全体の寸法が大きく（長さが波長より
も大）、後者は全体の寸法が小さい（長さが半波長より
小）。
本発明のアンテナは改良された性能を有するマイクロ
ストリップアンテナである。
この種の既知の装置は以下の要素を含む。
直交する同軸状給電線により給電される正方形、円形
等の二重共振器。このとき、放射は励振給電線により非
対称化される。更に、このような装置ははんだ付けを要
する。
直線状スロット又は結合孔により夫々給電される二重
又は一重共振器。このような装置ははんだ付けを全く必
要としない。更に、結合スロット又は孔が（正方形、円
形等の）共振器に対して対称に配置されるとき、励振は
ダイアグラムを非対称化しない。円偏波又は二重直線偏
波の場合、励振を非対称化させるか又は給電線を交差さ
せる（交差スロットの場合）必要がある。
電磁結合による給電。このような装置ははんだ付けの
必要がない。放射は放射側の線路からの放射により減損
される。
TEMで伝搬される電磁波と導波路との間の変換を実現
する既知の緊密なシステムを以下に挙げる。導波路の底
部に夫々配置された共振器。その性能、帯域幅及び偏波
純度は電気通信帯域にほとんど適合できない。
同軸給電線により給電される二重共振器。このような
装置は３つの異なる段、即ちTEMライン励振段、能動共
振器段及び受動共振器段を必要とする。
仏国特許出願第87 15359号によると、導波路の励振に
適用される装置は通常のダイプレクサと同等の性能で２
段しか含まず、はんだ付けを何ら必要としない。
本発明の目的は、従来技術の装置の特徴を改良するこ
とである。
発明の要約 このために、本発明はループ状スロットを介して給電
線に結合された無給電素子を含む平面アンテナに係る。
有利なことには本発明は従来技術装置よりも良好な帯
域幅を有する。更に、本発明は円偏波又は二重直線偏波
の場合に放射の対称性を維持するために好適である。
得られる性能は帯域幅の増加、１つ又は２つのポート
による円又は直線偏波への高純度偏向、非常に対称な励
振（給電線は励振された波側で遮蔽される）である。
このようなアンテナは円又は直線偏波で周波数の再使
用を行う多重ソースアンテナ（アンテナアレー）で使用
され得る。該アンテナはまた、ただ１種類の偏波が励振
される直接放射多重ソース又はアレーアンテナでも使用
され得る。
本発明の特徴及び利点は添付図面に関する以下の非限
定的な実施例の説明に明示される。
実施例 本発明の装置は第１図及び第２図に示すように、任意
の形の、より具体的には円形又は正方形受動共振器すな
わち無給電素子１を備えている。この共振器１は作動周
波数のプリント回路又はマイクロストリップ導体であ
り、その中心は開放することができる。共振器１は積層
され得る複数の共振器から構成してもよい。
この共振器は円形、正方形又はその他の形状の環状ス
ロット３を介して給電線４に結合されており、スロット
の幅は一定又は不定である。このスロット３は導体板８
とディスク状、正方形又は他の形状の導体材料領域２と
の間のギャップにより構成される。
導体８及び２はプリント又はエッチングされ得る。
例えばトリプレート又はマイクロストリップ線路であ
り得る給電線４は２つの接地板８及び９の間に封入され
得る。給電線側の放射が十分弱い場合（マイクロストリ
ップ線路による給電の場合）第２の接地板９は省略され
得る。
本発明のアンテナは種々の誘電スペーサ５、６及び７
を有する。これらのスペーサは均一でも不均一でもよ
く、部分的でも全面的でもよく、該当層及び所望の性能
に依存して可変の高さを有する。これらのスペーサは誘
電率の低い材料から構成され得、特にスペーサ５は低誘
電率材料から構成される。スペーサ６及び７の高さ及び
電波品質（electromagnetic quality）が等しいなら
ば、給電線はこのとき、導体４の厚さに応じてトリプレ
ート又はバーライン型となる。スペーサ材料６及び７は
一般にスペーサ５以上の誘電率を有する。
スペーサ６及び７が互いに異なる場合、給電線は遮蔽
マイクロストリップ型となる。この場合、スペーサ６の
誘電率はスペーサ７の誘電率よりも高くすることができ
る。スペーサ６の厚さはこの場合スペーサ７の厚さより
も小さい。
共振器１は非導電性の保護材料13で被覆され得る。
給電線４は一般に放射状すなわちスロットの径方向に
配置されており、典型的には終端が開放された４分の１
波長スタブによる電磁結合によってスロット３に給電す
る。スロットはこうして共振器１に結合される。この組
み合わせにより、空気中の基板上で1.2未満の定在波比
を有する典型的には20％の広い通過帯域を得ることがで
きる。
このとき、最大放射は第２図の矢印Ｉに平行な方向で
あり、導体８及び２に垂直である。したがって、接地板
８及び導体２は給電線からの放射を遮蔽する。この放射
は非常に良好な対称性と低い交差偏波レベルとを有す
る。
環状スロット３の励振は当業者に既知の方法、例えば
放射方向の４分の１波長部分による結合、正接線による
結合、同軸給電線による励振（はんだ付けを要する）、
短絡回路を介しての励振により実施され得る。
第３図は放射方向の４分の１波長部分による環状スロ
ット３の励振を示す。この励振はトリプレート、マイク
ロストリップ等の線で実施され得、部分10は伝搬波長の
約４分の１の長さを有し終端が開放されたスタブであ
る。終端における開放はスロットの面で短絡に変換さ
れ、こうしてスロットの励振を可能にする。部分11は線
の伝搬波長の約４分の１の長さのインピーダンス整合部
分であり、装置を所望のインピーダンス（例えば50Ω）
に整合させる。線12はこのとき変換した電力を装置へ運
ぶアクセス線となる。
装置の形状に従い、スロットの励振面は第３図に示す
ように装置の対称中心とスロットとの間にある程度含ま
れ得る。
典型的な寸法は次の通りである。
共振器１の直径は半波長未満である。
環状スロット３の直径はほぼ半波長である。この直径
はスペーサ６の相対誘電率に反比例する。スロットの円
周は波長よりも大であり得る。スロット３は共振性であ
る。
スペーサ５及び６の高さは波長の数分の１である。
第４図に示す本発明の１つの実施例によると、本発明
のアンテナは相互に直交する２つの位置（導体８に平行
な線の面で90゜はなれて配置される位置）で給電され
る。励振方式が前に述べたような当業者に既知のもので
あるとき、アンテナは次の動作が可能である。
−２つのポートの結合を解除すると、相互に独立した２
つの空間的に直交する直線偏波（例えば垂直及び水平偏
波）を発生することができる。これにより、このシステ
ムは、各ポートに装置に関して対称の放射を与えるとい
う利益が得られる。
装置の対称性を維持しながら直角位相装置（カップ
ラ、90゜ハイブリッド、Ｔコネクタ及び線路長）を用い
て１つ又は２つの円偏波を発生することができる。
第４図は開放４分の１波長部分による二重給電の場合
の装置の正面図である。線路14及び15は各々垂直に（放
射方向に）スロットと交差しており、それらの長さに応
じて、導体２の下で非直線状形態をとって結合を減少す
るように分岐するようにしてもよい。線路14及び15は第
３図を参照して説明したように構成される。
第５図、第６図、第７図は単一のポートで円偏波を発
生する本発明の実施例を示す。
当業者に知られているように、マイクロストリップア
ンテナの非対称性は円偏波を形成することが可能であ
る。
したがって、本発明のアンテナはこのような非対称性
を付加して使用することもできる。特に、導体２又は１
もしくは両者にノッチ、導体２又は１もしくは両者にタ
ブ、導体２又は１もしくは両者にスロットを用いること
ができる。これらの変形の目的は放射構造を非対称化す
ることである。
第５図は対角線上に配置されたこのようなノッチを示
し、ノッチの幅は中心に向かって連続的に減少する。導
体２のこの形状は広い帯域幅にわたり楕円率を最適化す
る（８％に近い帯域幅で楕円率1dB未満）。
第６図は１つのポートで円偏波を発生する別の方法を
示す。導体８及び２の間のスロット３を短絡する薄い導
体が１つの対角線方向に配置されている。
第７図は別の実施例を示す。給電線は２つの相互に垂
直な位置でスロットの下を通る。２つの交差部間の線路
の長さは波長の約４分の１である。第３図を参照して記
載したように、線路は開放４分の１波長部分により閉じ
られている。
円偏波を独立して発生する２つのポートを得るため
に、前に述べた実施例（特に第５図及び第６図の実施
例）は、第８図に示すように、非対称性に関しては第１
のポートに対称な第２のポートを備えることができる。
材料13を越えた側の自由空間が、導体８に垂直な軸に
一致する伝搬軸を有する円筒形（円形、正方形、楕円形
等の断面）の導波路によって置き換えられる場合にも、
以上述べた全ての記載は適用することができる。導波路
の対称軸は導体１及び２の対称軸を通る。導波路の金属
壁は導体８又は９との接触により本装置に接触する。
本発明の装置が２つの導体板８及び９の存在下で給電
線４により給電される場合、２つの導体８及び９から構
成される導波路は導体の一方のスロットに起因する非対
称性により励振され得る。この現象は場合により電位性
能を低下させ得る。この場合、装置はこのスプリアス波
のためのトラップを備え得る。
導体８及び９の間でスロット３の周囲には第９図に示
すように連続又は不連続の短絡回路16が付加され得る。
このとき、平行板導波路を短絡する任意の形状のキャビ
ティが形成される。その大きいほうの寸法は波長よりも
小さく、キャビティの全体の寸法を減少するために最小
化されなければならない。このキャビティは１又は複数
の給電線を貫通させなければならない。
キャビティを共振金属スタッドにより置き換えてもよ
い。
キャビティは２つの導体８及び９を必ずしも接触させ
ることなく、導体８及び９の間のギャップの急激な減少
により構成され得る。２つの導体を接近させると、作動
周波数でスプリアス波を短絡する高いキャパシタンスを
形成する。
平行板導波路の励振は第10図に示す導体８のスロット
３の周囲に切り欠き17を形成することにより調節され得
る。これらの切り欠きは平行板導波路の開放回路を構成
する。切り欠きは給電線に沿って伝搬を撹乱してはなら
ない。これらの切り欠きの形状は任意であり得るが、所
望の性能で機能する。
これらの後者２つの方法ははんだ付けが不要である。
本発明の装置は他の変形も可能である。
通過帯域又は指向性を増加するために２又は３以上の
共振器を使用することができる。
自由空間内のみならず導波路でも上記実施例を使用す
ることができる。
当然のことながら以上の説明は好ましい実施例に関す
るものに過ぎず、発明の範囲から逸脱することなく構成
要素を同等の要素に置き換えることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の装置の正面図、第２図は第１図のII−
II面における同装置の縦断面図、第３図は無接触給電線
の説明図、第４図は直角位相装置に連結されていると
き、独立した２つの直線偏波又は相互に逆位相の２つの
円偏波を発生することが可能な直交給電線のトポロジの
説明図、第５図は１つのポートだけで円偏波が発生され
る本発明の実施例のトポロジの説明図、第６図〜第８図
は第５図に示した実施例の２種の実施例のトポロジの説
明図、第９図及び第10図は平行板導波路のためのトラッ
プに連合する本発明の装置の説明図である。 １……共振器、３……スロット、４……給電線、８……
外部導体、11……整合部分、17……切り欠き。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジエラール・ラグネ フランス国、31600・オーヌ、シユマ ン・ドウ・テユコー・1710 (56)参考文献 特開 昭63−135003（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−135107（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−77901（ＪＰ，Ｕ) 電子情報通信学会論文誌 Ｂ，Ｖｏ ｌ．Ｊ71−Ｂ，Ｎｏ．11，1988，ＰＰ. 1293−1299 Ｍｉｃｏｒｏｗａｖｅ Ｊｏｕｒｎａ ｌ Ｍａｒｃｈ，1986，ＰＰ．93−104 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01Q 13/08 H01P 3/08

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ループ状スロット（３）を介して給電線
    （４）に結合された無給電素子（１）を含んでおり、ス
    ロット（３）の外側導体（８）が切欠き（17）を含むこ
    とを特徴とする平面アンテナ。
  2. 【請求項２】ループ状スロット（３）が環状スロットで
    あることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
  3. 【請求項３】前記スロットの面に対してオフセットした
    整合部分（11）が後に続く開放四分の一波長線路形状の
    給電線（４）を含むことを特徴とする請求項１又は２に
    記載のアンテナ。
  4. 【請求項４】給電が直交する偏波を形成する二つの線路
    により行われることを特徴とする請求項１から３のいず
    れか一項に記載のアンテナ。
  5. 【請求項５】給電線がスロット（３）をその径方向に横
    切ることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に
    記載のアンテナ。
  6. 【請求項６】給電線が円偏波を発生するように直交する
    二つの位置において単一分岐でスロットに給電すること
    を特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ。
  7. 【請求項７】ループ状スロット（３）を介して給電線
    （４）に結合された無給電素子（１）を含んでおり、該
    スロット（３）が円偏波を発生するように給電線（４）
    に対して非対称に配置されており、該非対称性がスロッ
    ト（３）における一つ又は二つの短絡によって与えられ
    ることを特徴とする平面アンテナ。
  8. 【請求項８】ループ状スロット（３）を介して給電線
    （４）に結合された無給電素子（１）を含んでおり、無
    給電素子（１）若しくはスロット（３）又はその両方が
    円偏波を発生するように給電線（４）に対して非対称に
    配置されており、該非対称性が、深くなるほど幅が小さ
    くなるようにスロット（３）の内側導体（２）又は無給
    電素子（１）の導体に設けられたノッチによって構成さ
    れることを特徴とする平面アンテナ。
  9. 【請求項９】無給電素子（１）あるいはスロット（３）
    と非対称な関係を有する二つの給電線が対称的に配置さ
    れており、他方の給電線に直交する円偏波を一方の給電
    線上に発生することを特徴とする請求項７又は８に記載
    のアンテナ。
  10. 【請求項１０】アンテナが、導波路の終端においてその
    軸に垂直に配置され、該導波路を励振するように構成さ
    れることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に
    記載のアンテナ。
  11. 【請求項１１】連続又は不連続の短絡された金属キャビ
    ティが、給電線側でループ状スロットの少なくとも一部
    を包囲していることを特徴とする請求項１から10のいず
    れか一項に記載のアンテナ。
  12. 【請求項１２】容量性閉鎖金属キャビティが給電線側で
    ループ状スロットを包囲していることを特徴とする請求
    項１から10のいずれか一項に記載のアンテナ。
JP2239777A 1989-09-11 1990-09-10 平面アンテナ Expired - Lifetime JP2951707B2 (ja)

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