JPS6369301A - 偏波共用平面アンテナ - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は不平衡平面回路共振型のマイクロストリップア
ンテナにおいて、垂直、水平の両偏波の共用を可能とす
るための改良に関する。

〈従来の技術〉 マイクロ波領域以上を対象とするアンテナの一形態とし
て、本乎衡平面回路共振型のマイクロストリップアンテ
ナがある。

これは、地導体を形成する導体面と、こわに所定の距離
を置いて対向する所定面積の導体面から成る放射素子を
単位のセルとし、この単位セルを複数個、二次元的に並
設してそれら全てを同位相で励振するようにしたもので
、通常、こうしたアンテナは単に平面アンテナと呼称さ
れる。単位セルを複数個並設するのは必要な利得を得る
ためであり、実用上、その個数は数百側から子細オーダ
にまでなり得る。

こうした平面アンテナの作成には一般にプリント配線技
術が援用される。つまり、地導体は適当なる誘電体基板
−面に張られた銅面により各セルに共通のものとして構
成されるが、各放射素子は、当該誘電体基板の他面また
は別な誘電体基板の一面に張られた銅面をエツチングす
ることにより、所定形状にパターニング形成される。も
ちろん、各放射素子が地導体とは別個な誘電体基板に形
成されている場合には、それら二枚の誘電体基板は互い
に物理的に重ね合せられるか、または所定の距離を置く
ように支持される。

こうした製作工程からも顕かなように、平面アンテナは
本質的に、他の形式の開口面アンテナに比べて量産性に
優れ、また非常に薄型（ロープロファイル）にもしく！
ｌるため、昨今、とみに注目されている。

〈発明が解決しようとする問題点） 上記のように、平面アンテナは本質的に優れた側面を有
しているが、問題なことに、従来は垂直または水平のい
づれか一方の直線偏波専用として構成されていた。

換言するなら、これまでにはこうした平面アンテナにお
いて、垂直、水平の両直線偏波を共用できる、いわゆる
偏波共用アンテナとして構成されたものの報告は見当た
らない。

ただ、仮定の域に留めるならば、従来構成されている単
−偏波専用の平面アンテナを二つ重ねて、垂直偏波用、
水平偏波用の各面内の放射素子に対する給電点が互いに
直交するように図れば、一応、両偏波を独立に放射でき
る偏波共用平面アンテナが構成できるかと思われる。た
だしその場合にも、一方の偏波用の放射素子群に関する
地導体は省略して、他方の偏波用の地導体を共通に用い
る程度の簡単化は図るようにする。

こうした平面アンテナがもし提供されたとしても、その
ままではおそらくは実用にならないと考えられる。

まず第一に、組立関係を除外して考えても、素材費、製
作工程はほぼ二倍になり、平面アンテナに本来的とされ
ていた量産性、経済性は損われるし、薄型という利点も
薄れてしまう。

また、垂直、水平偏波用の放射素子がそれぞれ専用に形
成されている二つの面にそれぞれ形成される給電線路網
は、それぞれの条件に最適となるよう改修されたとして
も、地導体に対し互いには薄い誘電体基板を介して上下
方向に平行または直交的に直接に対向することになるた
め、相互に結合、干渉し、整合不能となることが顕かで
ある。

本発明はこうした従来の実情にかんがみて成されたもの
で、量産性、経済性に慢れ、薄型な特徴も損うことなく
、垂直、水平の両直線偏波を共用できる偏波共用型の平
面アンテナを提供せんとするものであり、また、この主
目的を達成するため、各偏波用の放射素子への給電線路
網の構成にも工夫を施すものである。

ただし、周知の相反の定理ないし可逆定理により、アン
テナは送信系、受信系の双方に用いることができ、本５
発明においてもその事情は全く同じである。ただ、こむ
も周知のように、一般にこの社のアンブナ技術に関する
各種の説明は便宜上、放射側についての説明とすること
が多いので、本書においてもこれに従う。

く問題点を解決するための手段〉 本発明者はまず、上記目的を達成するため、各単位セル
の放射素子の形状に関し、ＺＳ図に示すように、垂直偏
波と水平偏波とが独立して共存し得る正方形または円形
の放射素子１１を考え、その面内で互いに直交する二方
向に垂直直線偏波用、水平直線偏波川の各給電点１２．
１３を形成したものを作成した。

放射素子形状を正方形または円形としたのは、この種の
技術常識に従い、垂直偏波、水平偏波の双方にあって極
力利得ないし放射強度を等しくするためであるが、こう
した形状は、誘電体基板１５の上に張られている銅面を
エツチング加工することによって得た。

一方、地導体１４は別個な誘電体基板１６の上に張られ
ていた銅面なそのまま利用し、放射素子１１に対し、当
該地導体１４が距離ｄを置くように配した。

こうした平面アンテナの単位セルｌＯにおいて、給電点
１２より励振すると、図中、矢印Ｖで示されるように垂
直偏波（Ｖ偏波）が、また給電点１３より励振すると、
図中、矢印Ｈで示されるように水平偏波（Ｈ偏波）が、
それぞれ独立して放射素子＋１の鉛直方向上方に放射さ
れた。

ここにおいて距離ｄを変え、マイクロ波Ｃバンドにおけ
る特性を取った所、入力定在波比（ＶＳＷＲ）が良好な
帯域幅は：１００Ｍ１ｌｚ程度であった。

また、垂直、水平両幅波の結合に関しては、原理的に励
振系が理想的であるならば、それらの結合量は零となる
筈であるが、ｉ？［ｄの存在のため、Ｖ−Ｈ結合量、交
差偏波保護比は共にｌ　ＯｄＢ程度であった。

こうした特性自体は、確かに、極めて良好というもので
はない。しかし重要なことは、このように、放射素子の
面内において互いに直交する二方向の軸上に給電点を設
けた場合、それらからの励振により、とにもかくにもあ
る程度以上の特性で垂直偏波、水平偏波の双方を放射で
きたという事実であり、これは偏波共用平面アンテナの
実現可能性を示すものである。現に本発明においては、
後述の所からも理解されるように、放射素子部分には原
理的にこの構造を用いる。

次いでこの結果に基づき、さらに鋭意検討を重ね、こう
した単位セルをさらに第６図に示されるような構成に展
開してみた。

まず上記の知見からして、放射素子１１と地導体１４と
の距ｌｉｄは小さい方が良く、したがって第６図に示さ
れるように、適当なる厚味ｔ＝ｄの誘電体基板１５の片
面に地導体１４を、他面に放射素子１１を形成した。し
かし機械的な強度も必要なので、当該基板の厚味ｔはこ
の点にも併せかんがみて定めた。

また、従来の単−偏波用の平面アンテナに認められた方
策として、放射素子と同様の平面形状の無給電素子を当
該放射素子に平行に対向させると人力定在波比の良好な
範囲の帯域が広がるという事実から、この実験素子にも
この考えを適用し、無給電ぷ子１８を適当なる誘電体基
板１７の上に形成し、これを距離りを置いて放射素子１
１に対向配置した。

こうした配慮の結果、入力定在波比が良好な周波数帯域
幅は５００ＭＩＩｚにまで広がり、一般に十分な値とな
った。

さらに上記の厚味設定に加え、誘電体基板１５に誘電率
の適当なるものを選択すると、Ｖ−Ｈ結合量、交差偏波
保護比も２０ｄＢ程度にまで増すことができた。

なお、無給電素子１８は図示の場合、それが形成されて
いる誘電体基板１７を挟んで放射素子１１に対向してい
るが、空間を介して放射素子１１に直接に対向するよう
に、図示誘電体基板１７の裏面側に装荷しても良く、こ
うすると当該基板１７をいわゆる降雨雪対策用レードー
ムとして利用することもできる。ただしこの無給電素子
１８を形成する誘電体基板１７は誘電体損が小さく、電
磁波の透過損失が小さければ良いので、放射素子や後述
の給電ストリップ線路網を形成する誘電体基板よりも廉
価なものを使用することができる。

こうした知見からして、第５図ないし第６図に示される
単位セルｌＯは、十分に偏波共用平面アンテナ用の単位
セルとして機能し得ることが判明し、特に第５図に示さ
れる原理構成に即し、第６図に示される配慮を実施例的
に追加すれば、特性的にも良好な偏波共用平面アンテナ
が提供できることが分かる。

しかるに、本発明者は、この単位のアンテナセルを実際
に二次元的に複数個配列して一つの平面アンテナを構成
する場合、その給電線路網がどうなるかについても考慮
を及ぼした。

換言すれば、偏波共用平面アンテナを本発明により新た
に構成するに際し、まずその放射素子構造は上記のよう
に定められたので、これに対する給電線路網の物理的な
構造に最適なものを得ることにより、既述の目的を実用
的なレベルにおいて達成しようとしたのである。

そこでまず、この給電線路網に関する議論を簡単化する
ため、第７図に示されるように、第５図または第６図に
示す放射素子１１を四つ用いた場合について考えてみる
。

例えば従来のように、単一偏波専用の平面アンテナとし
て構成するのであれば、その給電線路網は第７図（＾）
に示されるようになり、比確的に簡単であり、給電スト
リップ線路の本数も少なくて清む。すなわち、各放射素
子１１の面内において一つの軸上にのみ位置する各給電
点に対し、一つの共通端子ＴｈまたはＴｖからの給電ス
トリップ線路１９を配線すれば良いだけであり、隣接す
る放射素子間に要する線路本数も実質的に最大二本で足
りる。

これに対し、本発明の指向するように、偏波共用の平面
アンテナとする場合には、各放射素子１１に関してその
面内において直交する二つの軸上に形成される垂直偏波
用、水平偏波用の各給電点に対し、干渉を避けるため独
立励振を図る限り、第７図（Ｂ）に示されるように、そ
れらの垂直偏波用、水平偏波用の給電ストリップ線路１
９．２０はそれぞれの端子Ｔｈ、　Ｔｖから独立別個に
配線しなければならず、やや複雑となる。ここでは端子
Ｔｈを水平偏波用、端子Ｔｖを垂直偏波用として置く。

一方、−・般にこの種の平面アンテナにおいては、隣接
する個々の放射素子１１．１１の中心間隔は対象とする
周波数の空間波長で一波長以下とされることが多い。簡
単に例えばＣバンド中、３Ｇｌｌｚを対象周波数と考え
るならば、当該中心間隔は目安として１０ｃｍ程度とな
る。また、放射素子が図示のように正方形である場合、
その−辺の長さはマイクロストリップ内の波長の局波長
程度とされるから、結局、基板の誘電体の誘電率を例え
ば２．６とすると、隣接する放射素子間の間隔はこの場
合、６．２ｃｍ程度となる。

さらに、給電線路網に用いるストリップ線路の線路幅は
、望むだけ細くできるというものではなく、インピーダ
ンスを５０オームとすると、基板の誘電体の厚さを１＋
ｉ＋ｓ以下として２ｍ−程度は必要とされる。Ｔ分岐等
のインピーダンス変成部の幅はこれより広くなる。一方
、線路間の結合、干渉を考慮すれば、平行するストリッ
プ線路間のギャップはストリップ線路幅または誘電体の
厚さの二倍程度が望まれる。

こうしたことから総合的に、物理的な寸法上の制約が生
ずるのである。

第７図（Ｂ）に示される場合、隣接する放射素子１１、
１１の間に配線される給電ストリップ線路数の最大数は
４”である。つまり、四本の給電ストリップ線路１９ａ
、　１９ｂ　；　　２０ａ、　２０ｂが隣接する放射素
子１１．１１の間に配される。しかし、それらの形成に
要する寸法を考えた場合、線路１９ｂと２０ｂには実質
的には線路一本分の幅をあてがえば良いので、必要な寸
法はストリップ線路幅にして三本分である。

したがって、こうした画素子程度では、未だ十分に各給
電ストリップ線路を必要な幅で弔−の平面内に形成する
ことができる。なお、先にも述へたように、地導体は図
示していないが各放射素子に共通のものとして、これら
各放射素子及び各給電ストリップ線路の形成されている
基板面の裏面または別な基板の一面に形成された後、各
放射素子に対向するように配されるし、第６図に示され
るように無給電素子１８が必要な場合には、同様に放射
素子１１に対して適当な距離を置くよう配される。

しかるに、第８図に示されるように、さらに素子数が増
えて１６素子ともなると、同図（＾）に示されるように
従来同様、単一偏波（Ｖ用とする場合はともかく、本発
明の指向する偏波共用とする場合には、同図ＣＢ）に示
されるように、給電ストリップ線路の配線系はかなり混
み入ってくる。図示の場合、隣接する放射素子１１．１
１の間に要する最大線路幅寸法は五木分である。

しかし実際上、この程度でも、まだ同一平面に形成可能
な本数である。

が、例えば米国衛星放送受信のＴＶＲＯ用平面アンテナ
を構成する場合ともなると、実際上、必要な利得を得る
ために要する単位セルの個数は最低でも１０２４　（３
２Ｘ　３２）個になり得る。

こうなってくると、隣接放射素子１１．１１間に要する
ストリップ線路本数は１７木と飛躍的に多くなり、一本
当たりに必要な線路幅はとても確保できないものとなる
。現実的にはそれより下の２５６素子でも、最早、線路
幅は十分に取れなくなる。

そこで考えられるのは、垂直偏波用、水平偏波用の谷給
電線路網を放射素子とは独立な面内に形成しくつまり他
の基板上または同一基板であっても裏面側に形成するよ
うにし）、放射素子に関して基板を口く接続ビンとかス
ルーホールで接続を取ることである。

確かにこのようにすると、幾分かの寸法余裕は生まれる
が、放射素子に対する励振点位置が規定されていること
、回路を簡単化すること等を考えると、そわら給電線路
網の形成面内において垂直偏波用と水平偏波用との給電
ストリップ配線路の間で互いに交差する部分が生ずるの
を妨げ得ない。

したがってこうした場合には当然に、一方のストリップ
線路が他方を渡し越すための構造が必要となる。そうし
た構造としては、この桟技術の公知手法を援用すると、
第９図または第１Ｏ図に示される手法が考えられる。

第９図に示される手法は、一般に言うスルーホールによ
る手法であって、同図（＾）は基板−面側、同図（Ｂ）
が他面側を示している。

線路１９の方を連続に通した場合、これに直交する関係
となる線路２０を当該線路１９との交差点において分断
し、当該分断点における臨向端部を接続ピンまたはスル
ーホール２１．２１により基板をｄｈｌせて対白面に形
成されているストリップ線路２２に接続を取る。ストリ
ップ線路２２の周囲には適当な非導体領域２３を介し地
導体１４を配しても良い。

しかし、こうした実験においては、基板厚が薄い場合、
挿入損失こそある程度小さく押えられても、Ｖ−Ｈ結合
量は全帯域において１２ｄＢ程度と著しい低下を示して
しまった。

そこで、第１０図に示すように、ジャンパ線２４を利用
する方法を実験した。

すなわち、分断される方のストリップ線路２０の臨向端
部相互を他方のストリップ線路１９を空間的に渡し越す
ジャンパ線２４で接続したのである。

こうした手法によった場合、当該ジャンパ線２４の太さ
及び長さを最適に設計すれば、挿入損失も小さく、また
Ｖ−Ｈ結合量も満足な値内に収めることができた。しか
しいかんせん、この手法は量産性に乏しく、また何等か
の要因でジャンパ線２４がストリップ線路１９に接触す
るという事故も考えられないではない。

そこで本発明者は、単純に既存の技術にのみ頼るを止め
、新たな給電線路網の構造を模索した結果、垂直偏波用
と水平偏波用の各給電ストリップ線路の配線系に関し、
その物理構造として、それら垂直偏波用と水平偏波用と
を別個な面上に形成し、それらの間に地導体を配するこ
とにより、相互の結合、干渉を抑−１するという発想に
至った。

地導体を本来の機能と給電線路網間の分離用の二つの機
能に合理的に使用するのである。

こうしたことを総合し、本発明は既述の放射素子構造と
給電線路網構造とをそれぞれ独自の構成として、次のよ
うな偏波共用・ト面アンテナを提供する。

第一の給電線路網、地導体、上記第一の給電線路網とは
独立な第二の給電線路網をそれぞれ第一、第二の誘電体
層を介して互いの絶縁を保ちながら積層形成すると共に
： 上記第一の給電線路網の形成されている面と同一面１−
１または３第一の給電線路網に対して第三の誘電体層を
介した面上に、それぞれ当課面内において互いに直交す
る釉上に給電点を一つづつ有する所定の平面形状の放射
本ｆを複数個、互いに所定距ＳＳ間させながら形成し； 該各放射素子の上記二つの給電点のいづれか一方と第一
の給電線路網との接続は、該複数個の放射素子が上記第
一の給電線路網の形成されている面と同一面上に形成さ
れている場合には直接のバタニニングにより、また、該
放射素子が上記第三の誘電体層を介した面上に形成され
ている場合には該第三の誘電体層を厚味方向に貫通する
接続手段によりなす一方； 上記放射素子の上記二つの給電点のうち、上記一方に対
する他方の給電点と上記第二の給電線路網との接続は、
上記第一、第二の誘電体層を貫通し、かつ上記地導体に
触れずして該地導体を厚味方向に貫通するか、または上
記第一、第二、第三の誘電体層を貫通し、かつ上記地導
体に触れずして該地導体を厚味方向に貫通する接続手段
によりなすようにしたこと： を特徴とする偏波共用平面アンテナ。

く作用および効果） 本発明によれば、複数個があいまって一つの装置として
の下面アンテナを構成する各放射素子は、それぞれ垂直
直線偏波と水平直線偏波とを独立に放射することができ
る。

したがって実質上、放射素子を垂直偏波用と水平偏波用
とにそれぞれ専用に製作する必要がないので、従来の学
−偏波用の平面アンテナに要していたとほぼ変わらない
構成、費用、寸法、製造工程で済み、また偏波共用型と
しては従来にない薄型化にも寄与することができる。

また、垂直偏波用、水平偏波用の各給電線路網に関して
も、それぞれを独立な面上に形成し、地導体を合理的に
使用することによってそれら一対の給電線路網を分離し
たので、相互の結合、干渉を十分に抑制することができ
る外、放射素子数が相当程度に増えても、各給電線路網
はそれぞれ単独の面内に形成されるので、従来の単−偏
波用のそれと変わらない程度の簡単さで済み、エツチン
グ加工により必要な線路幅を確保しながら十分な本数を
形成することも容易になる。

なあ、本発明要旨中に見られるように、第一の給電線路
網は放射素子と同一誘電体層上に形成されていても良い
し、他の誘電体層上に形成されていても良いのであって
、いづれの場合にも、面内において直交する軸上に各一
つく計二つ）の給電点を有する放射素子を用い、かつ地
導体で合理的な分離を図りながら第一、第二の給電線路
網をそわぞれ個別に形成するという本発明の趣旨は満足
されるのであり、上記した本発明の独自かつ顕著なる効
果も共に満足し得るのである。

しかし、下位の概念として、個別的な効果上の相違につ
き考えると、放射素子と第一給電線路網とを同一の面上
に形成した場合には、他の面にそれぞれ形成するよりは
薄くできるという効果が付加され、逆に他の面に形成す
る場合には、放射素子に対向させて望ましくは既述の無
給電素子を形成するに際し、当該無給電素子群の全体的
なパターンと５註放射素子群の全体的なパターンとを同
一のパターンにし得、したがってエツチング加工に関す
る設計、製作が合理的になるという利点が付加される。

もちろん、要旨構成中における第一、第二の給電線路網
のどちらを垂直偏波用にし、どちらを水゛Ｙ偏偏波にす
るかは自由であるし、また、誘電体層についても、先に
従来例に関して述へたように、通常のプリント配線基板
のような誘電体基板をこの誘電体層としても用いて良い
のは当然のこととして、既述のように地導体と放射素子
の間隔は短い方が良いこともあるので、機械的な強度が
確保されるか、または別途な補強手段によりそうした機
械的な強度が保証可能であるならば、プラスチックフィ
ルム等、シート状の誘電体層を用いても良い。

さらに、既述の無給電素子は、本発明によって必須では
ないが、あれば望ましい構成子であるし、放射素子の形
状に関しても、先に述べたように、通常は垂直偏波、水
平偏波共、はぼ同一の輻射条件ないし利得とすることが
常識なので、正方形または円形形状が普通となるが、将
来開発されるかも知れない特定の用途とか、あるいはま
たある程度の許容範囲が見込まれる場合、さらには本発
明を意図的に逃れるため等の目的で非正方形、非円形形
状としても、既述の本発明要旨構成を満たす限り、それ
らはいづれも本発明の要旨中に含まわるものである。

また、こむも既述したように、本発明の説明においては
主として本発明アンテナを放射側、つまり送信側に用い
る場合に即し説明したが、相反の定理ないし可逆定理に
より、受信側にて使用可能なことは言うまでもない。給
電点ないし給電線路等の表現は、こうした受信系に用い
る場合にも通常用いられる用語であり、放射側に特定す
る意図で用いたものではない。

要旨構成中に言う接続手段に関しても、具体的にはスル
ーホールや接続ビンが考えられ、本発明がそれらを特定
するものではない。

〈実　施　例〉 第１図には本発明に即して構成された望ましい実施例と
しての偏波共用平面アンテナ３０が示されているが、ｔ
ｌ　ＩＦ−のため、図中においては学位セル四個分しか
示していない。また第２図は、第１図中、■−１１線に
沿う単一セル部分のみの要部断面構造を示している。後
述の第４図に示される実施例も含め、先に第５図以降に
即して説明したきた各構成子に対応するもの、ないしは
同一で良いものには図中、同一の符号を付して説明する
。

第１図、第２図に示されているように、図示の平、面ア
ンテナ３０は、まず、第一〇誘電体層３１を有し、その
−面に所定距ｍｌＩ！１間して配された放射素子１１の
群が形成されている。

ここでは便宜のため、誘電体層３１や後述の誘電体層３
２等に関し、図中において上方に示される側の面を表面
、その反対面を裏面と称し、図中の上下方向関係もその
まま利用して説明する。

第一誘電体層コｌの表面に形成されている放射素子１１
．、、、はこの実施例の場合、個々にはその一辺が対象
となる周波数のマイクロストリップ内の波長の号波長程
度の長さの正方形状をなしており、また互いには対象と
なる放射波の波長に対し、−波長以内の間隔を置いて厭
横二次元方向に整列的に形成されている。

第一誘電体層３１は、通常のプリント配線基板と同様の
構造となっていて良く、したがって放射素ｆＩＩ、、、
、の個々の形状及び配列は、第一誘電体層としての誘電
体基板３１の上面に張られていた銅面を当該所定パター
ンに即しエツチング加工することにより得ることができ
る。

各放射素子１１には、それの形成されている面内にるい
て互いに直交する軸上に各一つあての給電点Ｆｖ、　Ｆ
ｈが設定され、給電点ＦｖはＦｖ同志、ＦｈはＦｈ同志
、それぞれ給電ストリップ線路により共通端子Ｔｖ、　
Ｔｈに接続が取られるが、その接続の取られ方は、実施
例により異なってくる。

この第一の実施例においては、各放射素子０の垂直偏波
用の各給電点Ｆｖに対し、共通端子Ｔｖとの間での導通
な取る第一の給電線路網２ｏは、当該放射素子１１の群
が形成されていると同一の面、つまり同一の誘電体基板
３１の表面に形成されており、したがって放射素子１１
のパターニングと同時の直接のエツチングパターンによ
ってその全体形状が規定されており、この第一の給電線
路網２ｏには、必要に応じ、Ｔ分岐３４．３５や９０°
ベンド３６等が備えられている。

一方、水平偏波用の各給電点Ｆｈへの共通端子“ｒｈか
らの導通は第二の給電線路網１９を介して取られるが、
本発明の思想に即し、上記した第一の給電線路ｗ４２０
とこの第二の給電線路網１９との間には、両給電線路網
２０．１９間の結合、干渉を抑制する機能をも有する地
導体１４が介在している。

言い換えれば、放射素子１１と地導体１４により、まず
もって乙ンテナの基本的な放射機能は満たされるのであ
るが、本発明においてはこの基本機能に加え、地導体１
４には両給電線路間の結合、干渉抑制機能をも合せ持た
せているのである。

この地導体１４は第１図中では仮想線で透視的に示され
ているが、第２図には断面によって明確に示されている
。

特に第２図に良く示されるように、地導体１４は放射素
子ＩＩ及び第一の給電線路網２ｏが形成されている第一
の誘電体層３２の裏面に形成されていても良いし、ある
いは次に述べる第二の給電線路網１９がその裏面に形成
されている第二の誘電体基板３２の表面に形成されてい
ても良い。

第二の給電線路網１９は、共通端子Ｔｈに対し、各放射
素子Ｈの水平偏波用給電点Ｆｈへの導通を取るべく、所
定パターンのストリップ線路群やＴ分岐４２、４３等に
よって構成されているが、当該給電線路網の各端末点と
放射素子１１の給電点Ｆｈとの間には高さ方向に第一誘
電体基板３１、地導体１４、第二誘電体基板３２が介在
し、物理的な距離があるので、それらの間の接続には第
一、第二の誘電体基板３１．３２を高さ方向に貫通し、
かつそれらの間に挟まれている地導体１４に触れずして
当該地導体１４をも貫通する接続手段４０が用いられる
。

接続手段４０は、具体的には適当なる太さの導電材料よ
り成る接続ビンであって良く、また地導体１４には、当
該接続ビン４０が触れないようにするため、当該貫通部
分の周囲に非導体部分４１が形成されている。

このような構造であるため、図示の平面アンテナ３０は
、端子Ｔｖからの励振、端ｆＴｈからの励振により、そ
れぞれ独立に互いに直交する偏波を放射することができ
るが、これに関しては各放射素子１１を垂直偏波、水平
偏波の双方に関し、それぞれ同位相で励振する必要があ
る。

しかしこれは、例えば第１図中、Ｔ分岐３５の両側の線
路３７．３７の関係に見られるように、用いている各々
のＴ分岐３４．３５．４２．４３の両側の線路長さを等
しくすること等により設計的に簡単に満足することがで
きる。

本発明によった場合、唯一問題となるかも知れないと考
えられるのは、接続ビン等、高さ方向に基板群及び地導
体を貫通して伸びる接続手段４０が信号を減衰すること
なく伝送し、放射素子１１を効率良く励振するか否かで
ある。

しかしこれは、本出願人の十分な実験により、放射素子
の各給電点位置の最適設計、接続手段として用いるビン
の太さや給電ストリップ線路幅の最適設計により、はぼ
完全に解決可能なことが分かった。

実際上、本発明の、！！！想に即して構成された上記第
一実施例の平面アンテナ３０は、偏波共用型として十分
に機能することが確かめられており、定在波比も　１．
５以下には容易にすることができた。

具体的な実験例に即して述べならば、第１図に示される
四セル偏波共用平面アンテナ３０の性能は、使用周波数
Ｃバンドの５００ＭＨｚ帯域で入力定在波比は両端共に
１．５以下、利得は１２ｄＢｉ、Ｖ　−Ｈ結合量、交差
偏波保護比共、２０ｄＢ以上とすることができた。ただ
し第１図には示していないが、第２図に示されるように
、各放射素子に対向的に最適に設計、設定した距ｔｓＤ
を置いて放射素子１１と同一形状、同一配置パターンの
無給電素子１８を配置した。

この無給電素子１８を所定距１１１Ｄを保って配置する
ための誘電体基板１７の支持の仕方は全く任意であり、
単にアンテナ装置の物理的な機械構造の問題に過ぎない
。これに関しては従来の単−偏波用アンテナ装置におけ
る構造をそのまま援用しても同等差支えない。

上記実験をさらに発展させ、１６素子、６４素子と１良
開しても定在波比は　１．５以下を保つことができたた
め、さらに実用レベルと考えられる２５６素子について
もその特性を測定した。

その結果、入力定在波比は２．０といささか劣化したが
、これは第１図中に示されている各Ｔ分岐３４、３５や
９０°ベンド３６．、、、の特性を改善し、単位の分岐
と考えられる二放射素子の場合の設計目標な定在波比１
．１以下に設定することや、放射素子１１と対応する無
給電素子１８との間隔りを例えば適当なるスペーサ等で
均一化すること等により達成することができる。これら
は決して難しい要求ではなく、十分に実現可能である。

この２５６素子゛ト面アンテナの場合の他の特性につい
て言えば、利得は望ましいことに約３０ｄＢ　ｉも取れ
ており、Ｖ−Ｈ結合ｉｔ、交差偏波保護比もいづれも２
０ｄＢ以上を確保することができ、偏波共用として十分
な値となった。実測偏波指向特性は第３図（八）、　（
Ｂ）に示される通りで、同図（＾）が正偏波指向特性を
、同図（Ｂ）が交差偏波指向特性を示している。

こうしたことから、１０２４素子に及ぶ平面アンテナを
も本発明により構成できることは顕かであるが、ただし
、実際にはエツチング装置側の限界により、上記した２
５６素子程度が一度にエツチング加工可能な大きさとな
る場合もある。

このような場合には、上記２５６素子を集積したパネル
を単位のパネルとし、これを縦横二枚づつ並設し、各パ
ネルの各偏波の入出力端を導波管またはセミリジットケ
ーブルやＴ分岐を利用して同位相合成するように図れば
良い。

なお、既述してきた所では、平面アンテナを構成する単
位セルの個数ないし放射素子１１の個数は、ｎを正の整
数として２″個の正方形配列に限っていたが、原理的に
はこれに限られるものではなく、例えば扇形ビームの要
求に対しては２−×２ｎ個（ｌは正の整数）の長方形配
列の場合もあり得る。

また先にも述べたように、放射素子自体の形状も、上記
実施例における正方形や円形等、対称性のあるものでな
く、例えば周波数共用として垂直−波と水手偏波とが異
なる周波数帯域の場合には、非対称な形状として本発明
を適用することも可能である。

地導体１４に関しても、通常は誘電体層に張られている
銅面等の導体面をそのまま用いるのが最も簡単で便利で
ある。しかし、要すれば必要なパターンにパターニング
しても良い。

さらに無給電素子１８については、実際に製品化する場
合にはこれが必要なことが多いが、限定的な要素ではな
い。また、第２図示とは異なり、誘電体基板１７の裏面
ではなくその表面側にこの無給電素子Ｉ８を配しても良
いが、図示実施例のように無給電素子１８をその支持手
段たる誘電体基板１７の裏面ないし背面に配すると、当
該誘電体基板１７をいわゆる降雨雪対策用のレードーム
としても流用できるので合理的である。

この誘電体基板１７には、放射素子、各給電線路網を形
成する誘電体層に要求される程度の特性の良好なものは
必要なく、誘電体損が小さく、電磁波の透過損失が小さ
ければ良いので、廉価なものを使用することができる。

図示の場合、地導体を挟んで絶縁を確保しながら第一、
第二給電線路網を積層するための誘電体層３１．３２に
は、通常のプリント配線基板に代表されるような比較的
丈夫で厚味のあるものの使用を想定したが、機械的な強
度を十分な程度に取れるならば、あるいはまた別途な補
強手段により機械的強度を稼ぐことができるのであれば
、当該誘電体層はプラスチックシートのような薄手のも
のであっても良い。

これまで述べてきた実施例は、放射素子１１を第一給電
線路網２０と同一の面に形成した。

しかし、本発明の要旨構成中に見られるように、放射素
子１１は第一給電線路網２０とは別個な面上に形成する
ことも可能である。

そうした実施例が第４図に要部断面として示されている
。

対応する構成要素にはこれまで用いてきたのと同一の符
号を付し、また先の説明を援用して以下での説明は省略
するものもあるが、この実施例では放射素子１１を第一
給電線路網１９とは異なった面に形成すべく、プリント
基板状とかプラスチックシート状等、適当なる第三の誘
電体層３３が第一給電線路Ｗ４１９の表面上に積層され
、この第三の誘電体層３３の表面に放射素子１１が形成
されている。

こうした構造によるため、図中、最下部に示されている
第二誘電体層３２の裏面に形成されている第二給電線路
網１９の各給電端末と放射素子１１の対応する給電点と
の接続をなす接続ビン４０は、第三誘電体層３３１、地
導体１４、第二話電体層３２に加え、この第三誘電体層
３３をも貫通するようになっており、また、第一給電線
路網２０と放射素子の対応する給電点との接続は、第三
の誘電体層３３を高さ方向に貫通する接続ビンとかスル
ーホール等、適当な高さ方向の接続手段４４に任される
ようになっている。

このように、？ｊ！三のＭＰ、電体層３３に放射素子１
１をのみパターニングすれば良い場合、実質的に無給電
素子１８の形状およびその配置パターンと放射素子のそ
れとを同じものとすることができるので、製作はより簡
単化する。極端な場合、両層は全く同じもので済ませる
ことも可能となる。

さらに、第１図に示された例のような配線パターンにこ
だわらなければ、第一給電線路、ｌＬ’１２０と第二給
電線路ｌ／Ａ１９の配線パターンを全く同じにすること
も可能である。単に直交させて重ね合せれば良い。こう
した場合、平面アンテナを構成するに要するパターニン
グは両給電線路網に一つ、放射素子と簾給電素子とに一
つの計二社類にのみ、留めることができる。

ただ、こうした附随的な効果をまで必要としないのであ
るならば、第４図中から自明のように、第一給電線路網
１９は第一誘電体層の表面ではなく、この実施例で新た
に追加された第三誘電体層３３の裏面に形成されても良
いし、同様に地導体１４は、先の第一実施例において述
べたと同様、第一誘電体層裏面、第二誘電体層３３の表
面のいづれの面に形成されていても良い。

なお、本第二実施例に関しても、その構造上の相違部分
を除き、先に第一実施例に関して述べた各科の配慮はそ
のまま適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の偏波共用平面アンテナの第一実施例を
模式的に示す斜視図、 第２図は第１図中の■−■線に沿う断面図、′：５３図
は第一実施例に即して構成された２５６素子平面アンテ
ナの実測指向特性図、 第４図は本発明の第二実施例としての偏波共用平面アン
テナの要部断面図、 第５図および第６図は本発明に至る過程において検討さ
れた放射素子部分の概略構造図、第７図および第８図は
本発明に至る過程において同様に検討された給電線路網
の説明図、第９図および第１θ図は、同様に本発明に至
る過程において参酌された従来のストリップ線路交差構
造の説明図、である。 図中、１１は放射素子、１４は地導体、１９は第二の給
電線路網、２０は第一の給電線路網、３０は本発明によ
る全体としての偏波共用平面アンテナ、３１は第一の誘
電体層、３２は第二の誘電体層、３３は第三の誘電体層
、４０．４４は接続手段、である。 第１図 第２図 第４図 第６図 第９図 フ２ 第１０図 手続補正書（自発） 昭和６１年ｌＯ月１５日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 第一の給電線路網、地導体、上記第一の給電線路網とは
   独立な第二の給電線路網をそれぞれ第一、第二の誘電体
   層を介して互いの絶縁を保ちながら積層形成すると共に
   ； 上記第一の給電線路網の形成されている面と同一面上、
   または該第一の給電線路網に対して第三の誘電体層を介
   した面上に、それぞれ当該面内において互いに直交する
   軸上に給電点を一つづつ有する所定の平面形状の放射素
   子を複数個、互いに所定距離離間させながら形成し； 該各放射素子の上記二つの給電点のいづれか一方と第一
   の給電線路網との接続は、該複数個の放射素子が上記第
   一の給電線路網の形成されている面と同一面上に形成さ
   れている場合には直接のパターニングにより、また、該
   放射素子が上記第三の誘電体層を介した面上に形成され
   ている場合には該第三の誘電体層を厚味方向に貫通する
   接続手段によりなす一方； 上記放射素子の上記二つの給電点のうち、上記一方に対
   する他方の給電点と上記第二の給電線路網との接続は、
   上記第一、第二の誘電体層を貫通し、かつ上記地導体に
   触れずして該地導体を厚味方向に貫通するか、または上
   記第一、第二、第三の誘電体層を貫通し、かつ上記地導
   体に触れずして該地導体を厚味方向に貫通する接続手段
   によりなすようにしたこと； を特徴とする偏波共用平面アンテナ。