JPH05160626A - 無給電素子付きトリプレート型平面アンテナ - Google Patents

無給電素子付きトリプレート型平面アンテナ

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JPH05160626A
JPH05160626A JP32567091A JP32567091A JPH05160626A JP H05160626 A JPH05160626 A JP H05160626A JP 32567091 A JP32567091 A JP 32567091A JP 32567091 A JP32567091 A JP 32567091A JP H05160626 A JPH05160626 A JP H05160626A
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JP
Japan
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slot
square
antenna
parasitic
radiating element
Prior art date
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Application number
JP32567091A
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English (en)
Inventor
Masahiko Ota
雅彦 太田
Hironobu Ishizaka
裕宣 石坂
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Showa Denko Materials Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Chemical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】放射素子からスロット板と地導体間を横方向へ
伝播する成分の発生を抑制し、素子の配列間隔を従来よ
り広い範囲で任意に設定可能で、かつビームチルトアン
テナの設計において、横方向伝播成分の影響による円偏
波の軸比の劣化がなく高効率にする。 【構成】スロット板4の面上に、誘電体2cを介して無
給電素子9を形成した無給電基板8を、無給電素子9が
放射素子5及びスロット7の真上にくる様に設置し、か
つ、放射素子5とスロット7及び無給電素子9を直交す
る2方向に各々等間隔で配列すると共に、2方向の配列
間隔を利用する周波数帯域の中心周波数の自由空間波長
λ0に対して0.7〜0.93倍にし、さらに誘電体2
a、2b、2cの比誘電率εrを1.0〜1.3とし、
その厚みをλ0に対して0.04〜0.12倍に設定す
ること。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波帯の送受信
に用いられるトリプレート型平面アンテナに関する。
【0002】
【従来の技術】平面アンテナのアンテナ効率を高める手
段として、トリプレート線路を用いて線電線路の低損失
化を図る方法がある。この種のアンテナの基本構成は、
図6(a)に示すように、地導体1の面上に誘電体2a
を介して放射素子5と給電線路6等を形成したアンテナ
回路基板3を設置し、その面上に誘電体2bを介してス
ロット7を有するスロット板4をスロット7が放射素子
5の真上にくる様に形成したものである。更にこの種の
アンテナにおいて、高効率を達成する為には、図6
(b)に示す様に地導体1とスロット板4の間を横方向
へ伝播する成分が、隣接するスロットから放射する際の
位相をスロットから直接放射する成分の位相と一致させ
る必要がある。筆者らは、この隣接するスロットから放
射する横方向伝播成分の位相とスロットから直接放射す
る成分の位相を一致させる様に、隣接する素子の配列間
隔を適正な値に保つことで、横方向伝播成分を利得に寄
与させることが可能であるという結果を得た。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この素子間隔の適正化
によって、隣接スロットから放射する横方向伝播成分の
位相をスロットから直接放射する成分の位相と一致さ
せ、横方向伝播成分を利得に寄与させる方法は、確かに
高効率な平面アンテナが実現可能であるものの、図7に
示す様に適正な素子間隔は0.9λ0(λ0は、使用周波
数帯の中心周波数の自由空間波長)前後に限定されるた
め、更に素子の配列間隔を狭めて配列効率を高め、より
高効率化を図ることは困難であった。また、主ビームの
方向がアンテナ面に対して垂直な方向から傾いたビーム
チルトアンテナの実現に際しては、図8に示す様に、チ
ルト面内においてはチルト方向から到来する平面波に対
して、横方向伝播成分(4)・(5)を同相とし、かつ
主放射成分(1)・(2)・(3)と同相にするために
は、θ−0゜すなわちビームチルトなしとする以外は幾
何的に困難である。従ってチルト面内での横方向伝播成
分が活用できないため、トリプレート型平面アンテナ構
成のビームチルトアンテナは、図9に示す様に効率低下
が生じ、かつ円偏波のビームチルトアンテナでは、図1
0に示す様に軸比が劣化する等の問題があった。本発明
は上記問題点に鑑みてなされたものであり、トリプレー
ト型平面アンテナにおいて、放射素子からスロット板と
地導体間を横方向へ伝播する成分の発生を抑制し、素子
の配列間隔を従来より広い範囲で任意に設定可能で、か
つビームチルトアンテナの設計において、横方向伝播成
分の影響による軸比の劣化がない高効率な平面アンテナ
を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は図1に示す様
に、地導体1と、この地導体1の面上に誘電体2aを介
して、放射素子5と給電線路6等を形成したアンテナ回
路基板3を設置し、その面上に誘電体2bを介してスロ
ット7を有するスロット板4をスロット7が放射素子5
の真上にくる様に設置して構成されるトリプレート型平
面アンテナにおいて、前記スロット板4の面上に、誘電
体2cを介して無給電素子9を形成した無給電基板8
を、無給電素子9が放射素子5及びスロット7の真上に
くる様に設置し、かつ、前記放射素子5とスロット7及
び無給電素子9を図2に示す如く、直交する2方向に各
々等間隔で配列すると共に、前記2方向の配列間隔
1,P2を利用する周波数帯域の中心周波数の自由空間
波長λ0に対して0.7〜0.93倍にし、さらに前記
誘電体2a、2b、2cの比誘電率εrを1.0〜1.
3とし、その厚みhをλ0に対して0.04〜0.12
倍に設定する。本発明の直線偏波用アンテナに用いる放
射素子5とスロット7及び無給電素子9の形状は、一般
に用いられる正方形あるいは円形のパンチを用いること
ができるが、正方形の場合、放射素子5の一辺の長さa
はλ0に対して0.39〜0.48倍であることが望ま
しく、スロット7の一辺の長さLはλ0に対し0.56
〜0.64倍が望ましく、無給電素子9の一辺の長さb
は0.28〜0.3倍が望ましい。また、本発明の円偏
波用アンテナに用いる放射素子5の形状は、一般に用い
られる正方形あるいは円形の2点給電パッチや正方形あ
るいは円形パッチに摂動を設けた1点給電パッチを用い
ることができるが、1点給電の正方形パッチの場合は、
一辺の長さaがλ0に対して0.39〜0.48倍で、
相対する2つの角の切除面積の合計s×sと前記正方形
の面積a×aとの割合を0.05〜0.09であること
が望ましい。
【0005】
【作用】本発明の無給電素子付きトリプレート型平面ア
ンテナのスロット板4は、給電線路6と地導体1と共に
構成されるトリプレート線路の上部地導体として作用
し、線路からの放射損失を抑制した低損失な給電系を構
成する。また、スロット7は放射素子5と無給電素子9
が電磁的に結合するための開口であり、これにより給電
線路6から放射素子5に効率よく伝送された電力は、ほ
ぼ損失なくすべて無給電素子9に伝達される。この無給
電素子9は、上部を遮蔽するスロット板等を有しておら
ず、従って横方向へ伝播する成分はほとんどなく、無給
電素子9に伝達された電力は、通常のマイクロストリッ
プパッチからの放射と等価となる。このように、無給電
素子9を設けたことで、横方向伝播成分がほとんど発生
せず、従って本アンテナは、横方向伝播成分を活用する
ための適正配列間隔に制約されることなく、より広い範
囲で効率的な配列間隔を任意に設定できる。またビーム
チルトアンテナの実現に際しても、チルト面と非チルト
面とで放射成分に差がなく、軸比の劣化がない。
【0006】
【実施例】実施例1 本発明の一実施例を図2(a)に示す。地導体1として
厚さ1mmのアルミニウム板を用い、スロット板4として
厚さ0.5mmのアルミニウム板を用いた。誘電体2a、
2b、2cとして厚さ2mmで比誘電率約1.1のポリエ
チレンフォームを用いた。またアンテナ回路基板3及び
無給電基板8として厚さ25μmのPETフィルムに厚
さ35μmの銅箔を貼り合わせた基板を用い、放射素子
5と給電線路6及び無給電素子9を銅箔の不要な箇所を
エッチング除去して形成した。また、スロット板4には
スロット7をプレス加工にて形成した。上記の構成によ
り、放射素子5、スロット7及び無給電素子9の配列数
を16とし、直交する2方向にそれぞれ等間隔で配列す
ると共に、前記2方向の間隔P1,P2を利用周波数12
GHZの自由空間波長λ0=25mmに対し、0.7、
0.78、0.82、0.86、0.9、0.93倍の
6種に設定した試料を製作した。ここで、放射素子5を
一辺の長さaがλ0の0.4倍の正方形とし、スロット
7を一辺の長さLがλ0の0.6倍の正方形とし、さら
に、無給電素子9を一辺の長さbが0.29倍の正方形
とした。この時、アンテナ試料の外形は各配列間隔の試
料ごとにPの4倍で製作した。この直線偏波アンテナの
性能は図3に示す様に、配列間隔P=0.7λ〜0.9
3λ0の広い範囲で高効率な特性を示し、従来のトリプ
レート型平面アンテナの最高効率75%に比べ、最大1
0%の効率向上を実現できた。
【0007】実施例2 次に本発明の他の実施例を図2(b)に示す。本実施例
の構成は、放射素子5を一辺の長さaがλ0に対して
0.4倍とし、更に相対する2つの角をsがλ0の0.
106倍だけ切除し、この切除面積の合計s×sと正方
形の面積a×aとの割合が0.07となるようにした以
外は、実施例1と同じである。この円偏波アンテナの性
能は、図3とほぼ同様の結果であった。
【0008】実施例3 実施例1において、直交する2つの方向の配列間隔のう
ち一方の間隔P1をλ0の0.86倍とし、もう一方の間
隔をλ0の0.7倍とし、かつこの0.7倍の間隔で配
列された面内の素子を順次90゜づつ位相差をもって励
振する以外、実施例1と同じ構成としたアンテナを製作
した。このアンテナは、アンテナ面に垂直な方向から2
0゜主ビーム方向が傾いた直線偏波のビームチルト特性
を示した。このアンテナの特性は、図4に示す様に従来
のトリプレート型平面アンテナ構成のビームチルトアン
テナより約10%効率の高い結果が得られた。
【0009】実施例4 実施例3において、放射素子5を一辺の長さaがλ0
0.4倍とし、更に相対する2つの角をsがλ0の0.
106倍だけ切除した以外、実施例3と同じ構成とした
アンテナを製作した。このアンテナは、実施例3と同様
に主ビーム方向がアンテナ面と垂直な方向から20゜傾
いた円偏波のビームチルト特性を示し、特性は図4とほ
ぼ同様であった。更に軸比特性は、図5に示す様に広帯
域の周波数範囲で、従来のトリプレート型平面アンテナ
構成のビームチルトアンテナの軸比より約3dB低い1
dB未満の特性が得られた。
【0010】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明の無給電素子
付きトレプレート型平面アンテナによれば、給電電力は
放射素子と電磁結合した無給電素子からほぼ損失なく空
間に放射されるため、スロット板と地導体の間を横方向
へ伝播する成分がなくなり、従って、従来のトリプレー
ト型平面アンテナにおいて、横方向伝播成分を活用する
ための配列間隔の制約範囲より広い範囲で任意に素子間
隔を設定でき、かつビームチルトアンテナの実現に際し
ても、横方向伝播成分の合成電力の差による軸比劣化は
なく、高効率な平面アンテナを提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のアンテナの基本構成を示す平面図及び
断面図
【図2】本発明の実施例の構成を示す斜視図
【図3】本発明の実施例の特性図
【図4】本発明の実施例の特性図
【図5】本発明の実施例の特性図
【図6】従来例の構成を示す斜視図
【図7】従来例の問題点を説明するための特性図
【図8】従来例の問題点を説明するための断面図
【図9】従来例の問題点を説明するための特性図
【図10】従来例の問題点を説明するための特性図
【符号の説明】
1 地導体 2a,2b,2c
誘電体 3 アンテナ回路基板 4 スロット板 5 放射素子 6 給電線路 7 スロット 8 無給電基板 9 無給電素子

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 地導体1と、この地導体1の面上に誘電
    体2aを介して、複数の放射素子5と給電線路6等を形
    成したアンテナ回路基板3を設置し、その面上に誘電体
    2bを介して、複数のスロット7を有するスロット板4
    を各スロット7が各放射素子5の真上にくる様に設置し
    て構成されるトリプレート型平面アンテナにおいて、前
    記スロット板4の面上に、誘電体2cを介して複数の無
    給電素子9を形成した無給電基板8を各無給電素子9が
    各放射素子5及び各スロット7の真上にくる様に設置
    し、かつ、前記放射素子5とスロット7及び無給電素子
    9を直交する2方向に各々等間隔で配列すると共に、前
    記2方向の配列間隔P1,P2を利用する周波数帯域の中
    心周波数の自由空間波長λ0に対して0.7〜0.93
    倍にし、さらに前記誘電体2a、2b、2cの比誘電率
    εrを1.0〜1.3とし、その厚みhをλ0に対して
    0.04〜0.12倍に設定したことを特徴とする無給
    電素子付きトリプレート型平面アンテナ。
  2. 【請求項2】 前記放射素子5の形状を一辺の長さaが
    λ0に対して0.39〜0.48倍の正方形とし、前記
    無給電素子9の形状を一辺の長さbがλ0に対して0.
    28〜0.30倍の正方形とし、さらに前記スロット7
    の形状を一辺の長さLがλ0に対して0.56〜0.6
    4倍の正方形としたことを特徴とする請求項1に記載の
    直線偏波用の無給電素子付きトリプレート型平面アンテ
    ナ。
  3. 【請求項3】 前記放射素子5の形状を一辺の長さaが
    λ0に対して0.39〜0.48倍の正方形の相対する
    2つの角を取り除いた形状とし、且つこの取り除かれた
    2つの角の合計面積s×sと前記正方形の面積a×aと
    の割合を0.05〜0.09に設定し、さらに前記無給
    電素子9の形状を一辺の長さbがλ0に対して0.28
    〜0.30倍の正方形とし、且つ前記スロット7の形状
    を一辺の長さLがλ0に対して0.56〜0.64倍の
    正方形としたことを特徴とする請求項1に記載の円偏波
    用の無給電素子付きトリプレート型平面アンテナ。
  4. 【請求項4】 チルト方向の配列間隔のみを、チルト角
    から計算されるグレーティング発生素子間隔以下とし、
    且つチルト方向に配列された素子をチルト角に応じた位
    相差で励振したことを特徴とする請求項1〜3のうちい
    ずれかに記載のビームチルト型の無給電素子付きトリプ
    レート型平面アンテナ。
JP32567091A 1991-12-10 1991-12-10 無給電素子付きトリプレート型平面アンテナ Pending JPH05160626A (ja)

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