JPH08116211A

JPH08116211A - 平面アンテナ装置

Info

Publication number: JPH08116211A
Application number: JP24909594A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Sato; 裕之佐藤; Soichi Matsumoto; 操一松本; Hiroyuki Omine; 裕幸大嶺; Yonehiko Sunahara; 米彦砂原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-10-14
Filing date: 1994-10-14
Publication date: 1996-05-07

Abstract

(57)【要約】【目的】衛星通信などに利用される薄型で、かつ、交
差偏波特性に優れた平面アンテナ装置を得る。【構成】地導体板上に積層された誘電体基板の両主表
面に給電方向が互いに直交する第１及び第２のマイクロ
ストリップアンテナ及び第１及び第２の給電回路を配置
し、また、各放射導体のパターン形状をそれぞれその給
電方向に平行な櫛歯状とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、衛星通信等に利用さ
れる偏波共用の平面アンテナ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の平面アンテナ装置として
例えば図１５に示されるものがある。図１５は１９９２
年発行の電子情報通信学会春季大会「偏波共用トリプレ
ート給電型平面アンテナの放射特性」において記載され
た偏波共用平面アンテナを示す斜視図であり、ここでは
２層のトリプレート給電型パッチアンテナをスロットを
介して結合させ、各々のパッチを独立したトリプレート
線路で励振するアンテナ構造が示されている。また、従
来アレーアンテナの給電方法として例えば１９８１年１
月発行のＩＥＥＥＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＯＮＡ
ＮＴＥＮＮＡＳＡＮＤＰＲＯＰＡＧＡＴＩＯＮ，Ｖ
ＯＬ．Ａ−２９，ＮＯ．１”ＭｉｃｒｏｓｔｒｉｐＡ
ｒｒａｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”に２つの放射素子を
ペアとしてトーナメント方式に給電を行なうコーポレー
ト給電が記載されている。図１６はコーポレート給電を
示すアレーアンテナの給電方法の説明図である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】例えば、一層のアレー
アンテナによって偏波共用を行なう場合、各アンテナ素
子には２方向から給電を行う必要があり、２種類の給電
線路を接続しなければならないが、同一平面上に２種類
の給電線路を形成する場合は互いの線路が接触しないよ
う配置しなければならず、一般に図１６に示すよう各素
子を順次直列に接続する手段が用いられる。しかし、こ
のような直列式の給電方法では、給電信号の位相が各放
射素子を経由する度にずれていくため、各放射素子には
それぞれ位相が異なる給電信号が供給され、各放射素子
の放射パターンもその偏波方向が互いに少しずつずれた
ものとなり、交差偏波成分が互いに漏れ込んで偏波の共
用が難しいという問題点があった。また、このような問
題点を避けるため図１５に示すようにアンテナの多層化
がなされるが、薄型化が望まれる平面アンテナ装置では
必ずしも実用的な解決手段とはいい難い。

【０００４】この発明は、上述したような問題点を解消
するためになされたものであり、放射パターンの周波数
特性を小さくでき、交差偏波成分の漏れ込みの少ない偏
波共用が可能な薄型の平面アンテナ装置を得ることを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
係る平面アンテナ装置は、平面状の地導体板と、この地
導体板に隣接して設けられた第１の誘電体板と、この第
１の誘電体板上に積層され、上記第１の誘電体板の厚さ
よりも薄い第２の誘電体板と、この第２の誘電体板の両
主表面にそれぞれ設けられた第１及び第２の放射導体板
と、これらの第１及び第２の放射導体板にそれぞれ給電
する給電手段とを設け、これら給電手段のそれぞれの給
電方向を互いに直交させて上記第１及び第２の放射導体
板に直交した偏波を励振させるものである。

【０００６】請求項２に記載の発明に係る平面アンテナ
装置は、平面状の第１の地導体板と、この第１の地導体
板に隣接して設けられた第１の誘電体板と、この第１の
誘電体板上に設けられた第２の誘電体板と、上記第１の
誘電体板と上記第２の誘電体板との間に設けられ、上記
第１及び第２の誘電体板の厚さよりも薄い第３の誘電体
板と、この第３の誘電体板の両主表面に櫛歯状片を有す
る導体パターンが形成され、両主表面における櫛歯状片
の延在方向が互いに直交するように配置された放射導体
板と、上記第２の誘電体板に隣接して設けられた第２の
地導体板と、上記放射導体板に給電し、直交した偏波を
励振させる給電手段とを備えたものである。

【０００７】請求項３に記載の発明に係る平面アンテナ
装置は、上記櫛歯状片の延在方向における長さを上記給
電手段によって給電される給電信号の１／２波長とした
ものである。

【０００８】請求項４に記載の発明に係る平面アンテナ
装置は、平面状の第１の地導体板と、この第１の地導体
板に隣接して設けられた第１の誘電体板と、この第１の
誘電体板上に設けられた第２の誘電体板と、上記第１の
誘電体板と上記第２の誘電体板との間に設けられ、上記
第１及び第２の誘電体板の厚さよりも薄い第３の誘電体
板と、この第３の誘電体板の両主表面に導体パターンが
形成された放射導体板と、上記第２の誘電体板に隣接し
て設けられ、上記放射導体板の導体パターンを外部に露
出させる開口部を有する第２の地導体板と、上記放射導
体板に給電し、直交した偏波を励振させる給電手段とを
備えたものである。

【０００９】請求項５に記載の発明に係る平面アンテナ
装置は、平面状の第１の地導体板と、この第１の地導体
板に隣接して設けられた第１の誘電体板と、この第１の
誘電体板上に積層され、上記第１の誘電体板の厚さより
も薄い第２の誘電体板と、この第２の誘電体板に設けら
れた第１の給電手段と、この第１の給電手段上に第３の
誘電体板を介して積層され、上記第１の給電手段により
非接触で電磁的に給電され、その給電方向に沿った偏波
を励振するスロットが形成された第２の地導体板と、こ
の第２の地導体板に隣接して設けられた第４の誘電体板
と、この第４の誘電体板上に積層され、上記第４の誘電
体板の厚さよりも薄い第５の誘電体板と、この第５の誘
電体板に設けられた第２の給電手段と、この第２の給電
手段上に第６の誘電体板を介して設けられた第３の地導
体板と、上記第５の誘電体板に設けられ、上記第１の給
電手段の給電方向と垂直な方向から上記第２の給電手段
により給電され、上記スロットにより励振される偏波と
直交する方向の偏波を励振する放射導体板とを設けたも
のである。

【００１０】請求項６に記載の発明に係わる平面アンテ
ナ装置は、平面状の地導体板と、この地導体板に隣接し
て設けられた第１の誘電体板と、この第１の誘電体板上
に積層された第２の誘電体板と、この第２の誘電体板の
両主表面にそれぞれ設けられ、複数個の放射素子がマト
リックス状に配置された放射素子アレイと、各主表面に
おいて上記放射素子アレイの列方向における互いに隣り
合う放射素子を結ぶ列方向給電線路と、行方向における
互いに隣り合う上記列方向給電線路を結ぶ行方向給電線
路と、この行方向給電線路へ給電する主給電線路とを具
備し、上記行方向給電線路から上記列方向給電線路への
給電点を上記列方向における隣り合う放射素子間におい
て同位相となるように設定したものである。

【００１１】請求項７に記載の発明に係わる平面アンテ
ナ装置は、平面状の地導体板と、この地導体板に隣接し
て設けられた第１の誘電体板と、この第１の誘電体板上
に積層された第２の誘電体板と、この第２の誘電体板の
両主表面にそれぞれ設けられ、複数個の放射素子がマト
リックス状に配置された放射素子アレイとを設け、一方
の主表面において各行方向に配置された放射素子に共に
給電する複数個の行方向給電線路、隣り合う行方向給電
線路を結ぶ列方向給電線路及びこの列方向給電線路の中
点に給電する主給電線路と、他方の主表面において各列
方向に配置された放射素子に共に給電する複数個の列方
向給電線路、隣り合う列方向給電線路の中点に給電する
主給電線路とを設けたものである。

【００１２】請求項８に記載の発明に係わる平面アンテ
ナ装置は、平面状の第１の地導体板と、この第１の地導
体板に隣接して設けられた第１の誘電体板と、この第１
の誘電体板の主表面に複数個の放射素子がマトリックス
状に配置された放射素子アレイと、上記第１の誘電体板
上に積層され、上記複数個の放射素子に対応してマトリ
ックス状に貫通孔が形成された第２の誘電体板と、上記
第１の地導体板と反対側の上記第２の誘電体板の主表面
に設けられ、上記第２の誘電体板の貫通孔に対応して形
成された複数個の開口部を有する第２の地導体板と、上
記放射素子アレイの行方向において隣り合う放射素子を
互いに接続して一対の放射素子とすべく第１の行方向給
電線路と、上記行方向において一対の放射素子を更に接
続して一組の放射素子群を形成する第２の行方向給電線
路と、上記列方向において上記第２の行方向給電線路を
結ぶ列方向給電線路と、この列方向給電線路に給電する
主給電線路を設けたものである。

【００１３】請求項９に記載の発明に係わる平面アンテ
ナ装置は、上記第２の誘電体板に設けられた所定の貫通
孔に対応する上記第２の地導体板の開口部を閉塞したも
のである。

【００１４】

【作用】請求項１に記載の発明に係る平面アンテナ装置
は、誘電体板の両主表面に第１及び第２の放射導体板を
設け、これらの第１及び第２の放射導体板にそれぞれ給
電し、それらの給電方向を互いに直交させるように構成
したので、交差偏波成分のもれ込みが少なく、偏波が共
用される。

【００１５】請求項２に記載の発明に係る平面アンテナ
装置は、給電手段が第１の地導体板と第２の地導体板と
の間に設けられた第３の誘電体板の両主表面に設けられ
てトリプレート線路を構成しているので、放射導体板に
対する給電の線路損失が抑えられる。

【００１６】請求項３に記載の発明に係る平面アンテナ
装置は、誘電体板の両主表面に設けられた放射導体のパ
ターン形状が櫛歯状で、かつ、その給電方向の長さを給
電信号の１／２波長となるように設定したので、誘電体
板の両主面に設けられた第１及び第２の放射導体板間の
交差偏波成分を的確に把握でき、かつ、互いの偏波に対
するもれ込みが生じにくい。

【００１７】請求項４に記載の発明に係る平面アンテナ
装置は、放射導体が給電手段によって非接触にそれぞれ
異なる電力により励振されるので、給電手段からの不要
放射が抑制される。

【００１８】請求項５に記載の発明に係る平面アンテナ
装置は、スロットアンテナを構成する第２の地導体板上
に誘電体板を積層し、放射導体及び第２の給電手段を設
けたので、放射導体は第２の地導体板をグランドとして
アンテナの機能を果たし、かつ、給電線路間の結合が抑
制される。

【００１９】請求項６に記載の発明に係る平面アンテナ
装置は、行方向給電線路から列方向給電線路への給電点
を上記列方向に隣り合う放射素子間において同相となる
ように設定したので、給電線路が短くでき、かつ、放射
パターンの対称性も良好となる。

【００２０】請求項７に記載の発明に係る平面アンテナ
装置は、２分配した線路の長さを等しくして同位相で放
射素子に給電する給電方式１と２分配した線路の長さを
変えて同位相で放射素子に給電する給電方式２を同一平
面に配置するので、給電線路のスペースを小さくでき、
かつ、各放射素子の放射パターンの周波数特性の小さく
偏波の直交性が良好となる。

【００２１】請求項８に記載の発明に係る平面アンテナ
装置は、マトリクス状に配置された複数個の放射素子の
上に誘電体板及び地導体板を設け、これら誘電体板及び
地導体板に上記放射素子に対応するマトリクス状の貫通
孔及び開口部が形成されているので、放射導体に対する
給電の線路ロスが抑えられ、各放射素子に対する給電効
率が良好となる。

【００２２】請求項９に記載の発明に係る平面アンテナ
装置は、誘電体板に設けられた所定の貫通孔に対応する
第２の地導体板の開口部を閉塞したので、簡単な構成で
放射パターンが低サイドローブ化され、振幅分布が均一
となる。

【００２３】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の一実施例について図を用い
て説明する。図１はこの発明の一実施例である平面アン
テナ装置、例えば、複数個のパッチアンテナを各々独立
した線路で励振するアレーアンテナの一部分である単一
のパッチアンテナを示す構成図であり、図１（ａ）は斜
視図、図１（ｂ）は上面図、図１（ｃ）は図１（ａ）に
おけるＡ−Ａの断面図をそれぞれ示す。図１（ａ）乃至
（ｃ）において、１は第１の地導体板、２はこの第１の
地導体板に隣接して設けられた第１の誘電体基板、３は
第１の誘電体板２上に設けられた第２の誘電体基板であ
り、第１の誘電体基板２よりも薄い所定の厚さｔに設定
されている。また、４は第２の誘電体基板３の第１の主
表面５に設けられた第１の放射導体、６は第２の誘電体
基板３の第２の主表面７に設けられた第２の放射導体、
８は第１の主表面５に設けられ、第１の放射導体に給電
する第１の給電線路であるストリップ導体、９は第２の
主表面７に設けられ、第２の放射導体に給電する第２の
給電線路であるストリップ導体、１０及び１１はそれぞ
れ放射導体４及び６の給電点である。なお、放射導体４
及び６はその給電点１０及び１１が互いに９０°ずれた
位置に設けられており、放射導体４及び６の表面の電流
方向は互いに直交するものとなる。さらに、放射導体４
及び６にはその給電点１０及び１１に対する給電方向に
沿って所定幅ｓのスリットが複数設けられ、そのパター
ン形状は櫛歯状に形成されている。そして、このような
構成において、１、２、３、４により第１のマイクロス
トリップアンテナ１２、１、２、３、８により第１のマ
イクロストリップ線路１３、１、２、５により第２のマ
イクロストリップアンテナ１４、１、２、９により第２
のマイクロストリップ線路１５がそれぞれ構成されてい
る。

【００２４】次に、これらマイクロストリップアンテナ
の形状及び寸法について説明する。先ず放射導体４及び
６の形状としては、正方形、長方形、円形と様々な形の
ものを用いることができるが、一般に放射導体上に励振
される偏波は、その放射導体の寸法及び給電信号の入力
波長によって周波数が変化するので、衛星通信など送受
信で異なる周波数の偏波を共用したい場合には入力波長
を同一として放射導体の形状を長方形とすることが望ま
れる。このようにすれば互いに周波数の異なる２種類の
偏波が得られ送受信で独立に使用できる。なお、本発明
では説明の簡略のため、正方形の形状のものについて説
明を行なう。

【００２５】また、放射導体４及び６の寸法、特に給電
点１０及び１１に対する給電方向の幅Ｎは、この給電点
１０及び１１に給電される給電信号の波長：λの１／２
の長さにそれぞれ設定することが必要である。つまり、
本発明の平面アンテナ装置は偏波共用のアンテナを得る
ことを前提とし、このような平面アンテナ装置では、各
マイクロストリップアンテナ上に励振される偏波が互い
に干渉せず、独立したアンテナとして機能することが必
要であり、本実施例では交差偏波成分が互いに影響しな
いよう給電点１０及び１１を互いに９０°ずらせて偏波
が直交するように構成されているが、厳密に言えばそれ
だけでは足りず、このマイクロストリップアンテナ上に
どのようなモードの偏波を励振させるかが大きな問題と
なる。

【００２６】図２は図１に示されるパッチアンテナの放
射導体４及び６の給電方向の幅Ｎを入力波長：λの１／
２の長さに設定し、λの給電信号を給電してマイクロス
トリップアンテナ上に偏波を励振させたときの磁流分布
及び電磁界分布をそれぞれ示す説明図である。放射導体
４及び６の給電方向の幅Ｎを給電信号の波長：λの１／
２の長さに設定すると、電磁界分布は図２に示す如くな
り、互いの偏波は交差偏波成分が少なくなって、互いに
影響の小さい直交偏波となる。図２に示すような磁流分
布及び電磁界分布を有するモードがＴＭ₁₀モードという
基本モードであり、給電信号の入力波長：λ又は放射導
体の形状を変更する場合には、図２に示すような基本モ
ードが励振されるようにすることが必要である。

【００２７】次に放射導体４及び６が設けられる第２の
誘電体基板３の厚さｔについて説明する。図３は図１に
示すパッチアンテナに図２に示すような基本モード、本
実施ではＴＭ₁₀モードの偏波を励振させた場合における
各マイクロストリップアンテナ間の交差偏波成分［ｄ
Ｂ］を示す特性図である。図３において、横軸は給電信
号の入力波長：λと第２の誘電体基板３の厚さｔとの
比、縦軸はその比の変化に対する交差偏波成分をそれぞ
れ示し、この交差偏波成分が小さいほど、各アンテナ間
の結合が少ないといえる。よって、第２の誘電体基板３
の厚さｔは給電信号の入力波長：λを一定とした場合、
交差偏波成分がある所定の値以下になるように設定すれ
ば良い。例えば衛星通信の場合、取り扱う信号の周波数
が１〜５０［ＧＨｚ］と高く、−２０［ｄＢ］程度に設
定すれば送受間において、互いの偏波の励振に影響がな
く、信号の劣化が生じにくい薄型の平面アンテナ装置を
得ることができる。また、基本モードではなく、高次モ
ードの場合でも偏波の共用は可能だが、高次モードの場
合は図３に示す交差偏波成分の特性は傾きが小さいもの
となり、従って、所望の交差偏波成分以下とするために
は、基本モードの場合より、板厚ｔが厚いものとなり、
薄型化が要求される平面アンテナ装置においては、やは
り基本モードが望ましい。

【００２８】次に動作について説明する。本実施例にお
いては、マイクロストリップアンテナ１２とマイクロス
トリップアンテナ１４は地導体板１を共通に有し、か
つ、給電方向が互いに直交しているためアンテナ間の結
合は小さく、それぞれ独立したアンテナとして動作し、
交差偏波特性の優れたアンテナとなる。従って、１つの
偏波は第１のマイクロストリップアンテナ１２により送
受信され、それと直交するもう１つの偏波は第２のマイ
クロストリップアンテナ１４より送受信されるため、１
つのアンテナで偏波を共用する事ができる。

【００２９】また、本実施例においては、放射導体４及
び６のパターン形状をそれぞれ櫛歯状とし、各々が第２
の誘電体基板３を挟んで互いに９０°ずれた配置で対向
するように第２の誘電体基板の両主表面に設けた構成と
しているが、これは、上述したマイクロストリップアン
テナ１２及び１４の間の相対的な電気的結合量の抑制を
目的していることは当然であるが、これ以外の観点から
考えてみても、放射導体のパターン形状を櫛歯状とする
ことに利点がある。つまり、第２の誘電体基板３の厚さ
ｔを求めるとは第１の放射導体４と第２の放射導体６と
の間の交差偏波成分を図３に示すように予め計算してお
き、この特性から適当な板厚を設定することが必要であ
るが、一般にマイクロストリップアンテナ間の結合量を
計算する場合、面接触で考えると、様々な要因により、
実際に作ったものと計算により求めたものとに大きな誤
差が生じ、現実的には非常に困難である。そこで、本実
施例のように放射導体のパターン形状を櫛歯状にすれ
ば、放射導体間が電気的に点接触していると考えられ、
例えばＷｉｒｅｇｒｉｄ法などの既存の技術で比較的容
易に放射導体４及び６間の結合量を正確に求めることが
でき、きわめて実用的な薄型の平面アンテナ装置を得る
ことができる。接触部分が点に近いほどより高精度に得
られる。

【００３０】また、このＷｉｒｅｇｒｉｄモデルによっ
て求めた放射導体間の給量特性から面接触させた場合の
結合量を予測し、又は他の方法によって結合量を求める
ことにより、面接触させた場合の結合特性が正確に求め
られれば、単なる正方形又は長方形の放射導体を用いて
平面アンテナ装置を得ることができる。図４はパターン
形状を単なる正方形とした放射導体を第２の誘電体基板
３の両主表面に設けた場合のパッチアンテナの構成図で
あり、図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）はそれぞれ
斜視図、上面図、Ａ−Ａ断面図を示す。図４において、
１ｂは第２の誘電体３の第１の主表面５に設けられた第
１の放射導体、１７は第２の主表面７に設けられた第２
の放射導体であり、これら放射導体１６及び１７は第２
の誘電体基板３を介して電気的に面接触している。な
お、図４においては、１、２、３、１６により第１のマ
イクロストリップアンテナ１８、１、２、１７により第
２のマイクロストリップアンテナ１９をそれぞれ構成し
ている。

【００３１】次に図４に示すパッチアンテナの動作につ
いて説明する。第１のマイクロストリップアンテナ１８
と第２のマイクロストリップアンテナ１９は第１の地導
体板１を共通に有しかつ互いに直交した給電方向を有し
ているため直交する偏波を発生させることができる。一
般に方形マイクロストリップアンテナの基本モードはＴ
Ｍ１０モードであり、本パッチアンテナにおいても図２
に示すような電磁界分布の偏波を励振させる。

【００３２】実施例２．次に、以上のようなパッチアン
テナをマトリクス状に複数個配置し、アレーアンテナを
構成し、これら複数個のパッチアンテナに給電を行う場
合について説明する。図５は複数個のパッチアンテナを
マトリクス状に配置したアレーアンテナに対する給電手
段を示す構成図であり、図５において、２０はパッチア
ンテナ、２１は２つのパッチアンテナ間の各放射導体に
端部をそれぞれ接続した第１の給電線路、２２は第１の
給電線路２１から給電される同相給電点、２３は同相給
電点２２と１８０度対称な位置に設けられた逆相給電
点、２４は給電位置が１８０度異なる２つの給電点２２
及び２３に同位相の給電を行うため、第１の給電線路２
２の所定の位置に接続した第２の給電線路であり、他の
パッチアンテナもこのような位置関係で給電線路が接続
されている。２５は図示しない給電部から給電される主
給電線路である。

【００３３】次に動作について説明する。全ての放射導
体を同位相で給電するため２つのパッチアンテナをペア
にして一方のパッチアンテナは通常の同相給電点２２よ
り給電し、他方のパッチアンテナは一方のパッチアンテ
ナの１８０度対称な点２３から給電を行う。対称な点２
３から給電を行った場合マイクロストリップアンテナは
１８０位相がずれて給電されるので、これを第１の線路
２１の長さの比で同位相となるように補償する。逆相か
ら給電することにより線路配置をコンパクトにまとめた
アンテナとなり偏波共用アンテナの給電線路配置が容易
になる。なお、本実施例は、一面のみの場合について述
べたが、実施例１において示したようなパッチアンテナ
によりアレーアンテナを構成する場合は、第２の誘電体
基板３の第１及び第２の主表面に互いに９０°方向をず
らして配置することが必要である。

【００３４】実施例３．次に、アレーアンテナに対する
他の給電手段について説明する。図６はこの発明のアレ
ーアンテナに対する他の給電手段を示す構成図である。
図６において、２６は２分配した線路の長さを等しくし
た第１の給電方式、２７は２分配した線路の長さを変え
て同位相で放射素子に給電する第２の給電方式である。

【００３５】次に動作について説明する。一般にアレー
アンテナとしてアンテナの配置された面に垂直に電波を
放射させる場合、全ての放射導体を同位相で給電する必
要がある。図６では２分配した線路の長さを等しくした
第１の給電方式２６と２分配した線路の長さを変えて、
例えば線路の長さを１波長の位相に相当する分だけ変え
て同位相で放射素子に給電する第２の給電方式２７を同
一平面上に配置することにより、コンパクトな給電回路
を構成しアンテナの多層化を容易にすることができる。
これにより偏波共用アンテナを得ることができる。

【００３６】実施例４．また、このような複数個のパッ
チアンテナにより構成されたアレーアンテナにおいて
は、アンテナ装置全体としての振幅分布がばらつき、均
一な振幅分布を得られない場合が生じる。図７はこのよ
うな振幅分布を均一にするための一実施例を示すもので
ある。図７において、２８はパッチアンテナを構成する
放射導体、２９は各放射導体２８に給電する給電線路、
３０は放射導体２８及び給電線路２９上に設けられた誘
電体基板、３１は誘電体基板３０の主表面に設けられた
第２の地導体板、３２は放射導体２８に対応して誘電体
基板３０に設けられた貫通孔及びこの貫通孔に対応して
第２の地導体板３１に形成された開口部からなるアパー
チャ、３３はこれら貫通孔及び開口部３２を遮蔽したア
パーチャである。

【００３７】次に動作について説明する。図７に示すよ
うに遮蔽したアパーチャ３３を設けるとアレーアンテナ
全体の振幅分布に重みをつけることができ、例えば所定
の位置に遮蔽したアパーチャ３３を設ければ、均一な振
幅分布を得ることができる。このように、アレーアンテ
ナにおいて振幅分布がばらつくのは、各放射導体２８に
励振される偏波にサイドローブが生じており、各々のサ
イドローブは低いものであるが図７に示すように複数個
配置され、アレーアンテナを構成することにより、それ
らサイドローブが蓄積されるからである。これに対し、
放射導体の１つ１つのサイドローブを抑制し、全体的な
振幅分布のばらつきを抑制することも考えられるが、非
常に面倒であり、また全体として均一性がとれるかどう
かも難しく、本実施例の如く構成することで効率的にア
レーアンテナ全体の振幅分布のばらつきを抑制できる。

【００３８】実施例５．次に、本発明の平面アンテナ装
置に係わる他の実施例について説明する。図８は複数個
のパッチアンテナをマトリクス状に配置して構成される
アレーアンテナの単一のパッチアンテナを示す構成図で
あり、図８（ａ）は斜視図、図８（ｂ）はそのＡ−Ａ断
面図をそれぞれ示す。なお、図８（ａ）は放射導体の位
置関係を理解しやすくするために第１及び第２の地導体
板に隣接した誘電体基板は省略して記載している。図８
において、３４は実施例１の図１に示されるパッチアン
テナの第２の誘電体基板３上に積層された第３の誘電体
基板、３５は第３の誘電体基板３４に隣接して設けられ
た第２の地導体板、３６は第２の地導体板３５に設けら
れた開口部であるアパーチャである。このアパーチャ３
６は図８（ａ）（ｂ）に示されるとおり、第１及び第２
の給電線路８及び９がトリプレート線路を構成するよう
に第２の地導体３５上に設けられている。なお、４は偏
波方向と同一方向のスリットを有する第１の放射導体で
あり、１、２、３より第１のマイクロストリップアンテ
ナを構成している。６は偏波方向と同一方向のスリット
を有する第２の放射導体であり、１、２、６により第２
のマイクロストリップアンテナを構成している。

【００３９】次に動作について説明する。第１の放射導
体４は第１の地導体１と両者を挟む誘電体基板とで第１
のマイクロストリップアンテナを構成し、給電回路は放
射導体４と同一平面にあるストリップ導体８と誘電体基
板をかした第１の地導体板１及び第２の地導体板３５に
よりトリプレート型のストリップ線路を構成している。
このトリプレート型のストリップ線路でマイクロストリ
ップアンテナが励振され、直線偏波の電波を放出する。
また、第１のマイクロストリップアンテナと直交した偏
波を有する第２のマイクロストリップアンテナは第１の
地導体板１、第２の放射導体６とで構成されている。給
電回路は同様に放射導体６と同一平面にあるストリップ
導体９と第１の地導体１と第２の地導体３５よりトリプ
レート型のストリップ線路を構成している。従って、ト
リプレート線路により給電線路からの不要放射を抑えか
つ１つの偏波は第１のマイクロストリップアンテナより
送受信され、それと直交するもう１つの偏波は第２のマ
イクロストリップアンテナより送受信されるため、１つ
のアンテナで偏波を共用することができる。

【００４０】実施例６．図９はこの発明の他の実施例を
示す平面アンテナ装置のパッチアンテナの構成図であ
る。図９において３７は、第１の放射導体１６を非接触
で電磁的に励振するため、第２の誘電体基板３の第２の
主表面７に設けられた給電線路である。この給電線路３
７は第１の放射導体１６のほぼ中央部付近まで伸延され
ており、かつ、誘電体基板２、３４をそれぞれ介して第
１の地導体板１と第２の地導体板３５により第１の給電
線路８と同様にトリプレート線路を構成している。本実
施例によれば、第１の放射導体１６が給電線路３７によ
り非接触で電磁的に給電されることにより１つの放射導
体を２方向に励振し、偏波の共用が可能となる。また給
電線路からの不要放射を抑圧できる効果も有する。

【００４１】実施例７．図１０はこの発明の他の実施例
を示す平面アンテナ装置のパッチアンテナの構成図であ
る。図１０において３８は、第２の地導体板３５と同一
平面に設けられた放射導体である。次に動作について説
明する。本実施例においては実施例６と同様の原理で第
２の地導体板３５と同一平面内に放射導体３８が第２の
誘電体基板３の両主面表５及び７にそれぞれ設けられた
第１及び第２の給電線路３９及び４０により非接触で電
磁的にそれぞれ励振されて、互いに直交する２つの偏波
を放射するので、給電線路からの放射の少ない偏波共用
アンテナが得られる。

【００４２】実施例８．図１１はこの発明の他の実施例
を示す平面アンテナ装置のパッチアンテナの構成図であ
る。図１１において４１はストリップ導体、４２は第３
の誘電体基板３４に隣接して設けられた第２の地導体板
３５に形成されたスロット、４３乃至４５は第２の地導
体板３５上に積層された誘電体基板、４６は誘電体基板
に隣接して設けられた第３の地導体板、４７は誘電体基
板４４に貫通する貫通孔である。次に動作について説明
する。１つの偏波はストリップ導体４１よりスロット４
２を非接触に電磁的に給電励振し、ストリップ線路と平
行な偏波をスロット４２より放射する。一方、もう１つ
の偏波はストリップ線路８により放射導体４を励振する
ことにより給電線路間の結合が小さく偏波間のアイソレ
ーションがとれた偏波共用アンテナをえることができ
る。

【００４３】実施例９．図１２はこの発明の他の実施例
を示す平面アンテナ装置のパッチアンテナの構成図であ
る。図１２において４８はストリップ線路４９により非
接触で電磁的に励振されるプリントダイポールである。
次に動作について説明する。実施例８と同様の原理で、
１つの偏波は第１のストリップ導体４１よりスロット４
２を非接触に電磁的に給電励振しストリップ線路４１と
平行な偏波をスロット４２より放射する。一方、もう１
つの偏波はストリップ線路４９よりプリントダイポール
４８を電磁的に励振することにより給電線路間の結合が
小さく偏波間のアイソレーションがとれた偏波共用アン
テナをえることができる。

【００４４】実施例１０．図１３はこの発明の他の実施
例を示す平面アンテナ装置のパッチアンテナの構成図で
ある。図１３において５０はストリップ導体５１がその
中央部分で接続するべく形成された放射導体であり、２
本のスリット５２によってストリップ導体５１を放射導
体５０の中央部まで引き込んで中央部に給電点５３を設
けている。本実施例によれば、ストリップ導体５１によ
り放射導体５０を直接励振することがこのときストリッ
プ導体５１に平行なスリット５２によりマイクロストリ
ップアンテナ１、２、３、５０の入力インピーダンスが
低下し整合がとりやすい偏波共用アンテナを得ることが
できる。即ち、放射導体５０の給電点をその中央部でな
く、端部に設けた場合、給電信号は反射され、入力イン
ピーダンスが高くなる。一般に放射導体からの反射量は
中央部が最も小さく、端部に離れるほど大きくなる。イ
ンピーダンスが低ければマッチングはとり易く、給電点
は中央部付近に設けることが望まれる。

【００４５】実施例１１．図１４はこの発明の他の実施
例を示す平面アンテナ装置のパッチアンテナの構成図で
ある。図１４において、１２ｃは放射導体に直交するス
リットである。５４は、短く折りたたまれた放射導体
で、給電方向と平行なスリット５５が形成されている。
本実施例によれば、実施例１０と同様の原理で、ストリ
ップ導体５４によりスロット４２を非接触に電磁的に給
電励振し、ストリップ線路５４と平行な偏波をスロット
４２より放射し、給電線路をコンパクトにまとめた偏波
共用アンテナを得ることができる。

【００４６】

【発明の効果】請求項１の平面アンテナ装置によれば、
第２の誘電体基板の両主表面に互いに給電方向の直交す
るマイクロストリップアンテナが配置されているので薄
型の層構成で直交する偏波共用のアンテナが得られる効
果を奏する。

【００４７】請求項２の平面アンテナ装置によれば、第
２の誘電体基板上に第２の誘電体基板に貫通する貫通孔
が設けられた第２の地導体板を設けることにより、薄型
の層構成で、かつ、線路からの不要放射を押さえる偏波
共用のアンテナが得られる効果を奏する。

【００４８】請求項３の平面アンテナ装置によれば、放
射導体のパターン形状を櫛歯状とし、その給電方向の長
さを給電信号の入力波長：λの１／２としたので薄型の
層構成で交差偏波特性の良好な偏波共用のアンテナが得
られる効果を奏する。

【００４９】請求項４の平面アンテナ装置によれば、１
つの放射導体を共用とし、一方側を電磁的に励振するの
で簡単な構成で、かつ、薄型の線路からの不要放射を押
さえる偏波共用のアンテナが得られる効果を奏する。

【００５０】請求項５の平面アンテナ装置によれば、第
１の放射素子を非接触で電磁的に給電し、第２の放射素
子を直接給電することで簡単な構成で給電線路間の結合
が小さく、直交した偏波間のアイソレーションがとれた
偏波共用のアンテナが得られる効果を奏する。

【００５１】請求項６の平面アンテナ装置によれば、隣
接して配置された放射導体の対を少なくとも１対備え、
上記対をなす放射素子への給電位置をほぼ１８０°対称
に設け、給電位相を逆相の位置から給電される給電信号
を線路の長さを変えることにより同相とし、マイクロス
トリップアンテナを同相で給電する対を同一面に配置す
ることで不要な平行平板モード、あるいは高次モードを
抑圧する事ができ、対称性のよい放射パターンをもつ偏
波共用アンテナが得られる効果を奏する。

【００５２】請求項７の平面アンテナ装置によれば、２
分配した線路の長さを等しくして同位相で放射素子に給
電する第１の給電方式と２分配した線路の長さを変えて
同位相で放射素子に給電する第２の給電方式を同一平面
に配置することで、給電線路のスペースを小さくし、か
つ放射パターンの周波数特性の小さい偏波共用アンテナ
が得られる効果を奏する。

【００５３】請求項８の平面アンテナ装置によれば、ア
レーアンテナを構成する各パッチアンテナに対する給電
手段が各々独立したトリプレートの線路を構成するの
で、給電手段からの不要放射が抑えられ、かつ、全体と
して線路ロスが大幅に改善できる偏波共用アンテナが得
られる効果を奏する。

【００５４】請求項９の平面アンテナ装置によれば、放
射素子の上部にある第２の地導体板に放射素子のほぼ上
部に穴を開けたものと穴を開けないものを配置すること
で、簡単な構造で低サイドローブ化な偏波共用アンテナ
が得られる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例である平面アンテナ装置
の一対のパッチアンテナを示す構成図である。

【図２】図１に示す一対のパッチアンテナにＴＭ１０
モードを励振させたときの磁流・電界分布図である。

【図３】図１に示す一対のパッチアンテナの交差偏波
特性図である。

【図４】この発明の他の実施例である平面アンテナ装
置の一対のパッチアンテナを示す構成図である。

【図５】この発明の他の実施例である平面アンテナ装
置の給電方式を示す説明図である。

【図６】この発明の他の実施例である平面アンテナ装
置の給電方式を示す説明図である。

【図７】この発明の他の実施例であるアレーアンテナ
を示す構成図である。

【図８】この発明の他の実施例である平面アンテナ装
置の一対のパッチアンテナを示す構成図である。

【図９】この発明の他の実施例である平面アンテナ装
置の一対のパッチアンテナを示す構成図である。

【図１０】この発明の他の実施例である平面アンテナ
装置の一対のパッチアンテナを示す構成図である。

【図１１】この発明の他の実施例である平面アンテナ
装置の一対のパッチアンテナを示す斜視図である。

【図１２】この発明の他の実施例である平面アンテナ
装置の一対のパッチアンテナを示す斜視図である。

【図１３】この発明の他の実施例である平面アンテナ
装置の一対のパッチアンテナを示す斜視図である。

【図１４】この発明の他の実施例である平面アンテナ
装置の一対のパッチアンテナを示す斜視図である。

【図１５】従来の平面アンテナ装置であるアレーアン
テナを示す斜視図である。

【図１６】従来の平面アンテナ装置の給電方式を示す
説明図。

【符号の説明】

１第１の地導体板、２第１の誘電体基板、３第２
の誘電体基板、４第１の放射導体、５第１の主表
面、６第２の放射導体、７第２の主表面、８第１の
ストリップ導体、９第２のストリップ導体、１０第
１の給電点、１１第２の給電点、１２第１のマイク
ロストリップアンテナ、１３第１のマイクロストリッ
プ線路、１４第２のマイクロストリップアンテナ、１
５第２のマイクロストリップ線路、２０パッチアン
テナ、２１第１の給電線路、２２同相給電点、２３
逆相給電点、２４第２の給電線路、２５主給電線
路、３０誘電体基板、３１第２の地導体板、３２
アパーチャ、３３遮蔽したアパーチャ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者砂原米彦鎌倉市大船五丁目１番１号三菱電機株式会社電子システム研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平面状の地導体板と、この地導体板に隣
接して設けられた第１の誘電体板と、この第１の誘電体
板上に積層され、上記第１の誘電体板の厚さよりも薄い
第２の誘電体板と、この第２の誘電体板の両主表面にそ
れぞれ設けられた第１及び第２の放射導体板と、これら
の第１及び第２の放射導体板にそれぞれ給電し、それら
の給電方向を互いに直交させることにより、直交した偏
波を励振させる給電手段とを備えたことを特徴とする平
面アンテナ装置。
【請求項２】平面状の第１の地導体板と、この第１の
地導体板に隣接して設けられた第１の誘電体板と、この
第１の誘電体板上に設けられた第２の誘電体板と、上記
第１の誘電体板と上記第２の誘電体板との間に設けら
れ、上記第１及び第２の誘電体板の厚さよりも薄い第３
の誘電体板と、この第３の誘電体板の両主表面に櫛歯状
片を有する導体パターンが形成され、両主表面における
櫛歯状片の延在方向が互いに直交するように配置された
放射導体板と、上記第２の誘電体板に隣接して設けられ
た第２の地導体板と、上記放射導体板に給電し、直交し
た偏波を励振させる給電手段とを備えたことを特徴とす
る平面アンテナ装置。
【請求項３】請求項第２項において、上記櫛歯状片の
延在方向における長さを上記給電手段によって給電され
る給電信号の１／２波長としたことを特徴とする平面ア
ンテナ装置。
【請求項４】平面状の第１の地導体板と、この第１の
地導体板に隣接して設けられた第１の誘電体板と、この
第１の誘電体板上に設けられた第２の誘電体板と、上記
第１の誘電体板と上記第２の誘電体板との間に設けら
れ、上記第１及び第２の誘電体板の厚さよりも薄い第３
の誘電体板と、この第３の誘電体板の両主表面に導体パ
ターンが形成された放射導体板と、上記第２の誘電体板
に隣接して設けられ、上記放射導体板の導体パターンを
外部に露出させる開口部を有する第２の地導体板と、上
記放射導体板に給電し、直交した偏波を励振させる給電
手段とを備えたことを特徴とする平面アンテナ装置。
【請求項５】平面状の第１の地導体板と、この第１の
地導体板に隣接して設けられた第１の誘電体板と、この
第１の誘電体板上に積層され、上記第１の誘電体板の厚
さよりも薄い第２の誘電体板と、この第２の誘電体板に
設けられた第１の給電手段と、この第１の給電手段上に
第３の誘電体板を介して積層され、上記第１の給電手段
により非接触で電磁的に給電され、その給電方向に沿っ
た偏波を励振するスロットが形成された第２の地導体板
と、この第２の地導体板に隣接して設けられた第４の誘
電体板と、この第４の誘電体板上に積層され、上記第４
の誘電体板の厚さよりも薄い第５の誘電体板と、この第
５の誘電体板に設けられた第２の給電手段と、この第２
の給電手段上に第６の誘電体板を介して設けられた第３
の地導体板と、上記第５の誘電体板に設けられ、上記第
１の給電手段の給電方向と垂直な方向から上記第２の給
電手段により給電され、上記スロットにより励振される
偏波と直交する方向の偏波を励振する放射導体とを備え
たことを特徴とする平面アンテナ装置。
【請求項６】平面状の地導体板と、この地導体板に隣
接して設けられた第１の誘電体板と、この第１の誘電体
板上に積層された第２の誘電体板と、この第２の誘電体
板の両主表面にそれぞれ設けられ、複数個の放射素子が
マトリックス状に配置された放射素子アレイと、各主表
面において上記放射素子アレイの列方向における互いに
隣り合う放射素子を結ぶ列方向給電線路と、行方向にお
ける互いに隣り合う上記列方向給電線路を結ぶ行方向給
電線路と、この行方向給電線路へ給電する主給電線路と
を具備し、上記行方向給電線路から上記列方向給電線路
への給電点を上記列方向における隣り合う放射素子間に
おいて同位相となるように設定したことを特徴とする平
面アンテナ装置。
【請求項７】平面状の地導体板と、この地導体板に隣
接して設けられた第１の誘電体板と、この第１の誘電体
板上に積層された第２の誘電体板と、この第２の誘電体
板の両主表面にそれぞれ設けられ、複数個の放射素子が
マトリックス状に配置された放射素子アレイと、一方の
主表面において各行方向に配置された放射素子に共に給
電する複数個の行方向給電線路、隣り合う行方向給電線
路を結ぶ列方向給電線路及びこの列方向給電線路の中点
に給電する主給電線路と、他方の主表面において各列方
向に配置された放射素子に共に給電する複数個の列方向
給電線路、隣り合う列方向給電線路の中点に給電する主
給電線路とを備えたことを特徴とする平面アンテナ装
置。
【請求項８】平面状の第１の地導体板と、この第１の
地導体板に隣接して設けられた第１の誘電体板と、この
第１の誘電体板の主表面に複数個の放射素子がマトリッ
クス状に配置された放射素子アレイと、上記第１の誘電
体板上に積層され、上記複数個の放射素子に対応してマ
トリックス状に貫通孔が形成された第２の誘電体板と、
上記第１の地導体板と反対側の上記第２の誘電体板の主
表面に設けられ、上記第２の誘電体板の貫通孔に対応し
て形成された複数個の開口部を有する第２の地導体板
と、上記放射素子アレイの行方向において隣り合う放射
素子を互いに接続して一対の放射素子とすべく第１の行
方向給電線路と、上記行方向において一対の放射素子を
更に接続して一組の放射素子群を形成する第２の行方向
給電線路と、上記列方向において上記第２の行方向給電
線路を結ぶ列方向給電線路と、この列方向給電線路に給
電する主給電線路とを備えたことを特徴とする平面アン
テナ装置。
【請求項９】上記第２の誘電体板に設けられた所定の
貫通孔に対応する上記第２の地導体板の開口部を閉塞し
たことを特徴とする請求項第７項記載の平面アンテナ装
置。