JPS63174411A - 平面アンテナ - Google Patents

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】 ［技術分野１ 本発明は、静止衛星からの電波を受信する環状スロット
を有する平面アンテナに関するものである。

［背景技術］ 従来、赤道上空の静止衛星（放送衛星、通信衛星）から
の電波を受信するこの種の平面アンテナとしては、第５
図および第６図に示すように、地導体板１と、給電ライ
ン２が形成された給電回路板３と、放射回路パターン４
が形成された放射回路板５とを空気層よりなる誘電体Ｎ
６ａ、６ｂを介して積層した所謂トリプレート・エアー
サスペンド型のものがあり、放射回路パターン４は、導
電体に設けた正方形の開口窓７内に正方形のパッチ素子
８を設けた環状スロット９にて形成されており、放射回
路パターン４の環状スロット９と給電ライン２とは静電
誘導結合されていた。ところで、この種の平面アンテナ
を家屋の壁面に取着して静止衛星からの電波を受信する
場合においで、その壁面が静止衛星方向に向いていない
場合には、平面アンテナのビーム指向性を静止衛星方向
に傾ける所謂ビームチルトを行う必要がある。そこで、
一方向に列設された環状スロット９に順次適当な位相差
をもって給電し、アレイファクターのピークを任意の角
度に傾斜（チルト）させ、このアレイファクターと１個
の環状スロット９の放射パターンとの積で所定のビーム
チルトが付与された放射パターンを得るようになってい
た。しかしながら、このような従来例において、多数の
環状スロット９をマトリクス状に配置し、ビームチルト
を付与するために各環状スロット９に適当な位相差をも
って給電しようとした場合、給電ライン２が長くなって
給電損失が大きくなる上、スペース的に環状スロット９
を等間隔で配置することが不可能になってしまうという
問題があった。

［発明の目的］ 本発明は」二記の点に霞みて為されたものであり、その
目的とするところは、環状スロットに順次適当な位相差
をもって給電することによりビームチルトを付与するよ
うにした場合における給電ラインを短くして給電損失を
少なくするとともに、環状スロットを等間隔に配置でき
るようにした平面アンテナを提供することにある。

［発明の開示１ （実施例） 第１図乃至第４図は本発明一実施例を示すもので、地導
体板１と、給電ライン２が形成された給電回路板３と、
放射回路パターン４が形成された放射回路板５とを誘電
体Ｍ６ａ、６ｂを介して積層し、適当な間隔をもってマ
トリクス状に配列された多数の環状スロット９にて放射
回路パターン４を形成し、一方向に列設された環状スロ
ット９に順次適当な位相差をもって給電することにより
所定のビームチルトを付与するようにした従来例と同様
の平面アンテナにおいて、放射回路を４×４個の環状ス
ロット９毎に分割してサブアンテナブロック又とし、各
サブアンテナブロックＸの一方向の環状スロット９に対
して位相差をもって給電する給電回路を形成するととも
に、各給電回路に同位相で給電するようにしたものであ
る。また、実施例にあっては、環状スロット９の開口窓
゛７を長方形（長辺と短辺との差が１１以上）とし、開
口窓７の短辺方向を位相差をもって給電される環状スロ
ット９の列設方向とするとともに、開口窓７の長辺側の
スロット幅が短辺側のスロット幅よりも狭くなるように
パッチ素子８を形成している。

なお、パッチ素子８の形状としでは、第３図（、）〜（
ｄ）に示すように、正方形、長方形、円形、多角形のも
の、および正方形のパッチ素子８の対角方向の角をカッ
トしたものや、突起を設けたもの、円形のパッチ素子８
の直径方向にくぼみや、突起を設けたものなどが考えら
れる。また、実施例では、誘電体層６　ａ、　６　ｂを
空気層とし、Ｑ値が小さく広帯域で、しかも給電損失が
少なく高効率の平面アンテナが得られるようにしている
が、誘電体／ｉ６ａ、６ｂとして誘電率が１．５以下の
発泡合成樹脂を使用しても良い。また、長辺方向の環状
スロット間隔Ａは０．８〜１．０λｇ１短辺方向の環状
スロット間隔Ｂは０．５〜０．８λｇに設定することが
望ましく、環状スロット間隔が１．０λｇを越えると、
グレーティングローブが発生するという問題がある。さ
らに、サブアンテナブロックの環状スロット数を４×４
以上に設定すると、所定の位相差を持たせるための給電
ライン２の長さの差が大きくなって設計が困難になる。

一方、環状スロット数を４×４よりも少なくすると、こ
れらを同位相で配置する場合のアレイファクターのグレ
ーティングローブが放射パターンのＯ゛（平面アンテナ
の正面方向）付近に発生するため、ビームチルトが付与
できないという問題がある。

以下、実施例の動作についで説明する。いま、各サブア
ンテナブロックＸ内において、開口窓７の短辺方向に列
設された環状スロット９には、適当な位相差をもって給
電されており、ビームチルト角をθ、短辺方向の環状ス
ロット間隔をＢ、給電回路内の波長をλｇとすれば、位
相差をもって給電するための給電ライン２の長さの差ａ
−ｂ（Ｑ部分）、ｃ−ｃｌ（Ｐ部分）は、 ａ−ｂ＝（２ｘ　Ｂ　／λｇ）ｓｉｎθｃ−ｃｌ＝（４
ｙｒ　Ｂ／λｇ）ｓｉｎθとなっており、上式に基いて
所定のビームチルトが得られるように各環状スロット９
に対する給電ライン２の長さく位相差）が設定される。

なお、開口窓７の長辺方向に列設された環状スロット９
に対してはそれぞれ同位相で給電で給電されていること
は言うまでもない。ところで、このように環状スロット
９に順次適当な位相差をもって給電することによりビー
ムチルトを付与するようにした場合における給電ライン
２は、環状スロット数が４×４個以上になると、所定の
位相差を設けるために給電ライン２の長さが長くなって
環状スロット９を等間隔に配置することができず、スペ
ース的に設計が困難になってしまうが、本発明では、各
サブアンテナブロックＸを４×４個の環状スロット９に
て構成し、複数個のサブアンテナブロックＸを組み合わ
せて平面アンテナを形成しているので、給電ライン２を
必要以上に長くすることなく所定の位相差をもって短辺
方向の環状スロット９に給電することができ、給電損失
を少なくすることができるとともに、環状スロット９を
等間隔に配置できるようになっている。

また、実施例では、長方形に形成された開口窓７の短辺
方向を位相差をもって給電される環状スロット９の列設
方向としており、位相差給電が行なわれる短辺方向の環
状スロット間隔Ｂを短くしているので、グレーテングロ
ーブが発生してアンテナ効率が低下することなく、所望
のビームチルトを実現できるようになっている。また、
長方形に形成された開口窓７の長辺側のスロット幅が短
辺側のスロット幅よりも狭くなるようにパッチ素子８を
形成しており、一般にアンテナ利得はスロッ７一 ト幅が広くなるにしたがって高くなるので、両スロット
幅ｔａ、ｔｂを適当に設定することにより、アンテナ利
得を低下させることなくビームチルトを行えるようにな
っている。

（具体例１） 以下に、ビームチルト角が２０゛の平面アンテナの作製
手順について詳述する。いま、放射回路板５を構成する
プリント基板は、市販の厚さ５０μｍのポリエステルフ
ィルムに、市販の３５μｍの銅箔を既存の方法でラミネ
ートして形成され、このプリント基板に放射回路パター
ン４がエツチング形成される。なお、第２図および第３
図において、導電体部分を明示するために斜線を付して
いる。ここに、放射回路パターン４の環状スロット９は
、長辺が１６１１１１０．短辺が１３ｍｍの開口窓７内
に、−辺が７ｍｍの正方形のパッチ素子８を配置して形
成され、パッチ素子８の対角方向の一対の角を３１に亘
ってカットしている。また、環状スロット９の長辺方向
の環状スロット間隔Ａを２０＋ｎ＋ｎ、短辺方向の環状
スロット間隔Ｂを１７制０とし、１６×１６個（２５６
個）の環状スロット９をマトリクス状に配列して１６個
のサブアンテナブロックＸを構成する環状スロット９を
一括形成する。

また、環状スロット９に給電する給電ライン２が形成さ
れる給電回路板３は、上述のプリント基板をエツチング
して各環状スロット９に給電する給電回路が形成される
。すなわち、４×４個の環状スロット９よりなるサブア
ンテナブロックＸ毎に、短辺方向に列設された環状スロ
ット９へ順次給電する位相差が８６°になるように給電
ライン２の長さを設定するとともに、１６個のサブアン
テナブロックＸに対応する各給電回路をマトリクス状に
対称配置し、各給電回路に同位相で給電するように給電
ライン２を形成している。

また、枠幅３０＋ｎｔａのスペーサ枠１０は、厚さが２
＋＋ｕｎの鉄板にて形成され、内寸が給電回路板３、放
射回路板５０回路寸法よりも大きくなるように形成され
、このスペーサ枠１０に給電回路板３および放射回路板
５を接着剤を用いて接着する。なお、接着剤としては、
酢酸ビニルを変性したボリエチレンシートを用い、１４
０°〜１６０°Ｃに加熱して圧力２〜４Ｋｇ／ｃｍ２で
プレスすることによりプレス接着している。

一方、地導体板１は、２１のアルミ板にで形成され、こ
の地導体板１上にスペーサ枠１０に取着された給電回路
板３および放射回路板５を載置してスペース枠１０部分
を固定（例えば、ねじ固定）し、給電ライン２の給電点
に給電端子Ｔを設けることにより平面アンテナが完成す
る。

上述のようにして形成された平面アンテナのアンテナ特
性を、測定周波数１１．７〜１２．２ＧＨｚで評価した
ところ、２１°のビームチルト（短辺方向）が得られ、
かつアンテナ利得が２９．２〜３０．０ｄＢｉ、軸比≦
１〜２ｄＢの円偏波用の平面アンテナが得られることが
確認でたな。

（具体例２） 具体例１のバッチ素子８に代えて、−辺が７１の正方形
のバッチ素子８として環状スロット９を形成し、この平
面アンテナのアンテナ特性を測定周波数１１．７〜１２
．２ＧＨｚで評価したところ、２１°のビームチルトが
得られ、かつアンテナ利得が２９．５〜３０，２ｄＢｉ
、交差偏波特性≦−２’５ｄＢの直線偏波用の平面アン
テナが得られることが確認で鰺だ。

（具体例３） 具体例１，２のスペーサ枠１０に代えて、格子状に加工
した発泡ポリエチレンボード（発泡倍率３０倍、誘電率
１．１）をスペーサとして用いた場合にあっても、上述
の具体例１，２と同様のアンテナ特性が得られることが
確認できた。

［発明の効果１ 本発明は上述のように、地導体板と、給電ラインが形成
された給電回路板と、放射回路パターンが形成された放
射回路板とを誘電体層を介して積層し、適当な間隔をも
ってマトリクス状に配列された多数の環状スロットにで
放射回路パターンを形成し、一方向に列設された環状ス
ロットに順次適当な位相差をもって給電することにより
所定のビームチルトを付与するようにした平面アンテナ
において、放射回路を４×４個の環状スロット毎に分割
してサブアンテナブロックとし、各サブアンテナブロッ
クの一方向の環状スロットに対して位相差をもって給電
する給電回路を形成するとともに、各給電回路に同位相
で給電するようにしたので、環状スロットに順次適当な
位相差をもって給電することによりビームチルトを付与
するようにした場合における給電ラインを短くして給電
損失を少なくすることができるとともに、環状スロット
を等間隔に配置できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｃ）は本発明一実施例の要部構成を示
す図、第２図は同上の要部正面図、第３図（ａ）〜（Ｌ
Ｌ）は同上の環状スロットの具体例を示す図、＄４図は
同上の概略構成図、第５図は従来例の要部正面図、第６
図は同上の要部断面図である。 １は地導体板、２は給電ライン、３は給電回路板、４は
放射回路パターン、５は放射回路板、６ａ、６ｂは誘電
体層、７は開口窓、８はバッチ素子、９は環状スロット
、Ｘはサブアンテナブロックである。 ２・・・給電ライン （ｂ）（ｃ） 第２図 第３図 （ａ）　　　　　（ｂ） （Ｃ）　　　　　　　　（ｄ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）地導体板と、給電ラインが形成された給電回路板
   と、放射回路パターンが形成された放射回路板とを誘電
   体層を介して積層し、適当な間隔をもってマトリクス状
   に配列された多数の環状スロットにて放射回路パターン
   を形成し、一方向に列設された環状スロットに順次適当
   な位相差をもって給電することにより所定のビームチル
   トを付与するようにした平面アンテナにおいて、放射回
   路を４×４個の環状スロット毎に分割してサブアンテナ
   ブロックとし、各サブアンテナブロックの一方向の環状
   スロットに対して位相差をもって給電する給電回路を形
   成するとともに、各給電回路に同位相で給電するように
   したことを特徴とする平面アンテナ。
2. （２）環状スロットを導体面に形成された長方形の開口
   窓と、該開口窓内に配置されたパッチ素子とで形成し、
   開口窓の短辺方向に列設された環状スロットに順次適当
   な位相差をもって給電するようにしたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の平面アンテナ。
3. （３）長辺方向の環状スロット間隔を０．５〜０．８λ
   ｇとし、短辺方向の環状スロット間隔を０．８〜１．０
   λｇとしたことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
   の平面アンテナ。