(57)【要約】 ＸＹ平面を有する第１誘電層と、前記第１誘電層の上部または下部に形成され、入力される電磁波をそれぞれ給電するために、前記第１誘電層の一方から事前設定の第１周期で所定形状の第１ループが前記Ｘ軸に沿って形成された複数本の第１ストリップラインと、前記第１誘電層の他方から前記第１周期で所定形状の第２ループが前記Ｘ軸に沿って形成された複数本の第２ストリップラインとから構成された第１及び第２給電回路部と、前記第１及び第２給電回路部の上部または第１誘電層の上部に形成された第２誘電層と、前記第２誘電層の上部または下部に形成され、前記第１及び／または第２給電回路部に給電される電磁波を垂直偏波及び／または水平偏波に放射する遮蔽層とから構成されたことを特徴とする漏洩波二重偏波スロット型のアンテナ。これにより、従来より広い周波数帯域幅を有して周波数利得を向上させられ、従って漏洩波二重偏波スロット型のアンテナの送受信特性を相当に向上させられ、かつ１つのアンテナの同一平面上からマルチ経路で送受信される垂直偏波と水平偏波とを同時に送信及び受信できるので、アンテナの基本的な特性を相当に向上させられる。
2005523628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＸＹ平面を有する第１誘電層と、
前記第１誘電層の上部または下部に形成され、入力される電磁波をそれぞれ給電するために、前記第１誘電層の一方から事前設定の第１周期で所定形状の第１ループが前記Ｘ軸に沿って形成された複数本の第１ストリップラインと、前記第１誘電層の他方から前記第１周期で所定形状の第２ループが前記Ｘ軸に沿って形成された複数本の第２ストリップラインとから構成された第１及び第２給電回路部と、
前記第１及び第２給電回路部の上部または第１誘電層の上部に形成された第２誘電層と、
前記第２誘電層の上部または下部に形成され、前記第１及び／または第２給電回路部に給電される電磁波を垂直偏波及び／または水平偏波に放射する遮蔽層とから構成されたことを特徴とする漏洩波二重偏波スロット型のアンテナ。
【請求項２】
前記第１ループはサイン波形であり、前記第２ループは円形波形であることを特徴とする請求項１に記載の漏洩波二重偏波スロット型のアンテナ。
【請求項３】
前記それぞれの第１及び第２ストリップラインは互いに交互に形成されることを特徴とする請求項１に記載の漏洩波二重偏波スロット型のアンテナ。
【請求項４】
前記Ｙ軸に沿って形成された任意の２本の第１ストリップラインの距離は同一であり、前記Ｙ軸に沿って形成された任意の隣接する２本の第２ストリップラインの距離も同一であることを特徴とする請求項１に記載の漏洩波二重偏波スロット型のアンテナ。
【請求項５】
前記第１ストリップラインは前記第１スロットの両端と交わる１対の第１及び第２サブ線路から構成されることを特徴とする請求項１に記載の漏洩波二重偏波スロット型のアンテナ。
【請求項６】
前記Ｘ軸に沿って形成された任意の隣接する第１ループの距離は同一であり、前記Ｘ軸に沿って形成された任意の隣接する２つの第２ループの距離も同一であることを特徴とする請求項１に記載の漏洩波二重偏波スロット型のアンテナ。
【請求項７】
前記Ｘ軸に沿って形成されたそれぞれの前記第１ストリップラインに形成された前記第１ループの形成周期は、それぞれの前記第２ストリップラインが形成された前記第２ループの形成周期と同一であることを特徴とする請求項６に記載の漏洩波二重偏波スロット型のアンテナ。
【請求項８】
前記第１及び第２給電回路部は前記Ｙ軸の中央部分に位置した一つ以上の所定形状及び所定長さを有するポートによって両分され、複数本の前記第１及び第２ストリップラインが前記ポートを基準にして対称または非対称形態に構成されることを特徴とする請求項１に記載の漏洩波二重偏波スロット型のアンテナ。
【請求項９】
前記第２遮蔽層は、
Ｘ軸に沿って配列されたＭ個の第１スロットからなる第１スロットアレイがＮ個の列からなる第１スロット部と、
Ｍ個の前記第１スロットと直交されてＸ軸に沿って配列されたＭ個の第２スロットからなる第２スロットアレイがＮ個の列からなる第２スロット部とを含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の漏洩波二重偏波スロット型のアンテナ。
【請求項１０】
前記Ｘ軸に沿って形成されたそれぞれの第１スロットアレイ間には互いに同一な第１周期を有し、前記Ｙ軸に沿って形成されたそれぞれの第２スロットアレイ間には互いに同一な第２周期を有することを特徴とする請求項９に記載の漏洩波二重偏波スロット型のアンテナ。
【請求項１１】
ＸＹ平面を有する誘電層と、
前記第１誘電層の上部または下部に形成され、入力される電磁波を給電するために、前記第１誘電層の一方から事前設定の第１周期で所定形状の第１ループが前記Ｘ軸に沿って形成された第１ストリップラインを含む第１給電回路部と、
前記給電回路部の上部に形成された第２誘電層と、
前記第２誘電層の上部または下部に形成され、前記給電回路部に給電される電磁波を垂直偏波または水平偏波に放射する第１遮蔽層とから構成されることを特徴とする漏洩波二重偏波スロット型のアンテナ。
【請求項１２】
前記第２遮蔽層の上部に形成された第３誘電層と、
前記第３誘電層の上部または下部に形成され、入力される電磁波をそれぞれ給電するために、前記第１誘電層に形成された第１ストリップラインと対称的な向きに前記第３誘電層の他方の方から前記第１周期で所定形状の第２ループが前記Ｘ軸に沿って形成された第２ストリップラインを含む第２給電回路部と、
前記第２給電回路部の上部に形成される第４誘電層と、
前記第４誘電層の上部または下部に形成され、前記第２給電回路部に給電する電磁波を垂直偏波または水平偏波に放射する第２遮蔽層とを含むことを特徴とする請求項１１に記載の漏洩波二重偏波スロット型のアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロストリップライン給電スロット状の平板アンテナに係り、さらに詳細には直交偏波を放射または受信できる漏洩波二重偏波スロット型のアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
極超短波帯とマイクロウェーブ帯域で運用される探知レーダ、基地局アンテナ衛星通信及び衛星放送などに使用されるアンテナは高い利得を有さねばならない。アンテナが高利得を有するためには方向性を有さねばならず、方向性を有するアンテナとしてパラボラアンテナなどが用いられていた。
【０００３】
しかし、パラボラアンテナが高い利得を有するためには広い表面積が必要であるため、基地局の通信装備のサイズが大型化されねばならず、またサビを防止するために表面に環境ホルモン成分を含んでいる物質でコーティングさせねばならないので、アンテナの使用時及び廃棄時に環境を汚染させてしまう。
【０００４】
それにより、基地局などの通信装備を小型及び軽量化するための無線接続方式、電力制御及び干渉制御機、端末機、そしてネットワークシステム技術などに関する研究が活発に進められている。特に、マイクロストリップラインアンテナなどのような平板型アンテナは小型、軽量及び薄形であって移動に便利かつ安価である。
【０００５】
このようなマイクロストリップラインアンテナなどの平板アンテナは移動性及び機動性が求められる軍通信などで用いられ、また次世代移動通信システムなどの先端通信機器に効率よく応用されうる。
【０００６】
しかし、現在まで商用化されたマイクロストリップラインアンテナは周波数帯域幅が狭くて利得が低いという短所があり、また１つのアンテナが単一偏波のみを送受信できるために、二重偏波を送受信するためには垂直偏波アンテナ及び水平偏波アンテナを同時に使用しなければならないという問題点があった。
【発明の開示】
【０００７】
従って本発明の目的は、広い周波数帯域幅を有する漏洩波二重偏波スロット型のアンテナを提供するところにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、周波数利得を向上させられる漏洩波二重偏波スロット型のアンテナを提供するところにある。
【０００９】
本発明のさらに他の目的は、１つのアンテナの同一平面上で垂直偏波と水平偏波とを同時に送受信できる漏洩波二重偏波スロット型のアンテナを提供するところにある。
【００１０】
前記目的を達成するための本発明の一実施例による漏洩波二重偏波スロット型のアンテナは、ＸＹ平面を有する第１誘電層と、前記第１誘電層の上部または下部に形成され、入力される電磁波をそれぞれ給電するために、前記第１誘電層の一方から事前設定の第１周期で所定形状の第１ループが前記Ｘ軸に沿って形成された複数本の第１ストリップラインと、前記第１誘電層の他方から前記第１周期で所定形状の第２ループが前記Ｘ軸に沿って形成された複数本の第２ストリップラインとから構成された第１及び第２給電回路部と、前記第１及び第２給電回路部の上部または第１誘電層の上部に形成された第２誘電層と、前記第２誘電層の上部または下部に形成され、前記第１及び／又は第２給電回路部に給電される電磁波を垂直偏波及び／又は水平偏波に放射する遮蔽層とから構成される。
【００１１】
ここで、第１ループはサイン波形であり、前記第２ループは円形波形であることが望ましい。
【００１２】
また、前記Ｙ軸に沿って形成された任意の隣接する第１ストリップラインの距離は同一であり、前記Ｙ軸に沿って形成された任意の隣接する２本の第２ストリップラインの距離も同一であることが望ましい。
【００１３】
また、前記Ｘ軸に沿って形成された任意の隣接する２つの第１ループの距離は同一であり、前記Ｘ軸に沿って形成された任意の隣接する２つの第２ループの距離も同一であることが望ましい。
【００１４】
また、前記Ｘ軸に沿って形成されたそれぞれの前記第１ストリップラインに形成された前記第１ループの形成周期はそれぞれの前記第２ストリップラインが形成された前記第２ループの形成周期と同一であることが望ましい。
【００１５】
さらに、前記第１及び第２給電回路部は前記Ｙ軸の中央部分に位置した一つ以上の所定形状及び所定の長さを有するポートにより両分され、複数本の前記第１及び第２ストリップラインが前記ポートを基準にして互いに対称または非対称形態に構成されるのが望ましい。
【００１６】
また、本発明の他の実施例による漏洩波二重偏波スロット型のアンテナは、ＸＹ平面を有する第１誘電層と、前記第１誘電層の上部または下部に形成され、入力される電磁波を給電するために、前記第１誘電層の一方から事前設定の第１周期で所定形状の第１ループが前記Ｘ軸に沿って形成された第１ストリップラインを含む第１給電回路部と、前記給電回路部の上部に形成された第２誘電層と、前記第２誘電層の上部または下部に形成され、前記給電回路部に給電される電磁波を垂直偏波または水平偏波に放射する第１遮蔽層とから構成される。
【００１７】
ここで、前記第１遮蔽層上部に形成された第３誘電層と、前記第３誘電層の上部または下部に形成され、入力される電磁波をそれぞれ給電するために、前記第１誘電層に形成された第１ストリップラインと対称的な向きに前記第３誘電層の他方の方から前記第１周期で所定形状の第２ループが前記Ｘ軸に沿って形成された第２ストリップラインを含む第２給電回路部と、前記第２給電回路部上部に形成される第４誘電層と、前記第４誘電層の上部または下部に形成され、前記第２給電回路部に給電される電磁波を垂直偏波または水平偏波に放射する第２遮蔽層とがさらに含まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して本発明による漏洩波二重偏波スロット型のアンテナの構成と動作とを詳しく説明する。
【００１９】
図１は本発明の第一実施例による漏洩波二重偏波スロット型のアンテナの平面図であり、図２は図１に示す漏洩波二重偏波スロット型のアンテナをａ１−ａ２線で切断した断面図である。
【００２０】
図１及び図２をそれぞれ参照すると、本発明の第一実施例による漏洩波二重偏波スロット型のアンテナは、第１遮蔽層１１と、第１遮蔽層１１上に形成された第１離隔部１３と、第１離隔部１３上に形成された第１誘電層１５と、第１誘電層１５上部（または下部）に形成された第１及び第２給電回路部１７、１８と、第１及び第２給電回路部１７、１８上に形成された第２離隔部３１と、第２離隔部３１上に形成された第２誘電層４７と、第２誘電層４７下部（または上部）に形成された第２遮蔽層３３とから構成され、第２遮蔽層３３は図１に示すように第１及び第２スロット部３５、４１がそれぞれ形成された構造を有する。
【００２１】
ここで、図２の第１遮蔽層１１は銅、アルミニウムまた銀などの導電性金属がＸＹ平面を有する板状に形成され、通常接地されるのが望ましい。また、第１遮蔽層１１はアンテナの構成要素を機械的に支持するだけではなく、第１及び第２給電回路部１７、１８に沿って給電される電磁波が垂直な方向に沿い、すなわち−Ｚ軸に沿って外部に放射されることを防止する。そして、第１遮蔽層１１の中央部分に円形または四角形の開口４９が１つまたは２つ形成される。ここで、図２に示す開口４９は第１遮蔽層１１の下部に設けられる励振器（図示せず）の導波管と対応するように設けられて電磁波を導波する通路となる。
【００２２】
また、第２遮蔽層３３は第２誘電層４７の下部（または上部）に銅、アルミニウムまた銀などの導電性金属が蒸着または接着されてＸＹ平面を有する板状に形成されたもので、第１及び第２給電回路部１７、１８に沿って給電される電磁波を垂直偏波及び水平偏波に放射するだけではなく、＋Ｚ軸に沿って外部に放射されることを防止する。すなわち、第１及び第２遮蔽層１１、３３は第１及び第２給電回路部１７、１８に沿って伝送される電磁波がＺ軸に沿って透過されることを防止し、電磁波がアンテナ平面と垂直な方向の外部に放射されることを防止する。
【００２３】
第１及び第２スロット部３５、４１は第２誘電層４７下部（または上部）の第２遮蔽層３３をフォトリソグラフィ法でパターニングすることによって形成される。前記、第１スロット部３５はＸ軸に垂直なＭ×Ｎ（Ｍ及びＮは自然数）個の第１スロット３９がマトリックス状に形成され、第２スロット部４１はＭ×Ｎ個の第１スロット３９と直交され、Ｘ軸に平行するＭ×Ｎ個の第２スロット４５がマトリックス状に形成される。すなわち、第１スロット部３５はＸ軸に沿って配列されたＭ個の第１スロット３９からなる第１スロットアレイ３７がＮ列からなり、第２スロット部４１はＭ個の第１スロット３９と直交され、Ｘ軸に沿って平行に配列されたＭ個の第２スロット４５からなる第２スロットアレイ４３がＮ列からなる。
【００２４】
ここで、第１及び第２スロット部３５、４１は図１に示すようにＸ軸に沿って第１周期Ｐ１を有し、Ｙ軸に沿って第２周期Ｐ２を有する。
【００２５】
また図１に示すように、Ｘ軸に沿って形成されたそれぞれの第１スロットアレイ間には互いに同一な第１周期を有し、前記Ｙ軸に沿って形成されたそれぞれの第２スロットアレイ間には互いに同一な第２周期を有する。
【００２６】
前記で、それぞれの第１及び第２スロット３９、４５は垂直及び水平偏波を受信または送信して幅Ｗ及び長さＬを有するが、この幅Ｗ及び長さＬはＷ《Ｌの条件を満たさなければならない。また、それぞれの第１及び第２スロット３９、４５の幅Ｗは自由空間電磁波の波長λより極小でなければならない。すなわち、Ｗ《λの条件を満たさなければならない。
【００２７】
第１及び第２給電回路部１７、１８は入力される電磁波を給電するためのものであり、第１誘電層１５の上部表面に銅、銀またはアルミニウムなどの導電特性が良好な金属を蒸着または接着した後、フォトリソグラフィ法でパターニングすることによって形成される。前記で、第１給電回路部１７はＸ軸に沿って平行に形成されたＮ本の第１ストリップライン１９、第１多チャンネル分割器２３及び第１中央ポート２７からなり、第２給電回路部１８は第１ストリップライン１９と平行に形成されたＮ本の第２ストリップライン２１、第２多チャンネル分割器２５及び第２中央ポート２９からなる。
【００２８】
Ｎ本の第１及び第２ストリップライン１９、２１は互いに交互されるように形成され、第１誘電層１５上の一方と他方とにそれぞれ形成された第１及び第２多チャンネル分割器２３、２５と並列に連結され、それぞれの第１及び第２多チャンネル分割器２３、２５はアンテナの中央に形成されたそれぞれ第１及び第２中央ポート２７、２９に並列に連結される。前記で、第１及び第２多チャンネル分割器２３、２５と第１及び第２中央ポート２７、２９とはストリップライン状に形成される。
【００２９】
前記で、それぞれの第２ストリップライン２１は第２スロットアレイ４３と交差するために、Ｘ軸に沿って第１周期Ｐ１ごとに円形波形状の第２ループ２１ａが形成される。そのために、第２ストリップライン２１のＸ軸に沿って隣接する２個の第２スロット４５間の長さＬｓ２はループにより第１周期Ｐ１より大きい。また、それぞれの第１ストリップライン１９も第１スロットアレイ３７と交差するようにＸ軸に沿って第１周期Ｐ１ごとに半円状またはサイン波形状の第１ループ１９ａがそれぞれ形成される。また、第１ストリップライン１９のＸ軸に沿って隣接する２個の第１スロット３９間の長さＬｓ１も第１周期Ｐ１より大きい。
【００３０】
ここで、Ｘ軸に沿って形成された任意の隣接する２個の第１ループの距離は同一であり、Ｘ軸に沿って形成された任意の隣接する２個の第２１ループの距離もやはり同一であることが図１を介して分かり、Ｘ軸に沿って形成されたそれぞれの第１ストリップライン１９に形成された第１ループの形成周期はそれぞれの第２トリップ線路２１が形成された第２ループの形成周期と同一であることが図１を介して分かる。
【００３１】
また、第１及び第２ストリップライン１９、２１はＹ軸に沿ってそれぞれ第２周期Ｐ２を有しており、Ｙ軸に沿って形成された任意の２本の第１ストリップラインの距離は同一であり、Ｙ軸に沿って形成された任意の２本の第２ストリップラインの距離もやはり同一であるのが図１を介して分かる。
【００３２】
図１に示す第１及び第２中央ポート２７、２９は第１遮蔽層１１の開口４９内に位置されて励振器の導波管と対応するように形成される。そのために電波を送信する場合、電磁波が導波管を介して導波されて第１及び第２中央ポート２７、２９へ給電される。
【００３３】
また、図２に示す第１及び第２誘電層１５、４７はポリエチレン、圧縮ポリスチレン、ポリプロピレンまたはテフロンなどの誘電率が２ないし３ほどの物質でフィルム状に形成されるのが望ましい。
【００３４】
また、図２に示す第１及び第２離隔部１３、３１は、第１遮蔽層１１と第１誘電層１５間と、第２遮蔽層３３と第１及び第２給電回路部１７、１８間とをそれぞれ離隔させる。前記で、第１及び第２離隔部１３、３１は誘電率がほぼ１ほどの発泡ポリスチレンなどの物質で形成され、自由空間と類似した状態とする。従って、第１及び第２離隔部１３、３１による誘電損失はほぼゼロに近くなる。
【００３５】
以下、本発明の第一実施例による漏洩波二重偏波スロット型のアンテナの動作を説明する。
【００３６】
本発明の漏洩波二重偏波スロット型のアンテナは励振器から電磁波を発生すれば、導波管を介して第１及び第２中央ポート２７、２９に導波され、この第１及び第２中央ポート２７、２９に導波された電磁波はそれぞれ第１及び第２多チャンネル分割器２３、２５によって分割され、それぞれＮ本の第１及び第２ストリップライン１９、２１へ給電される。この際、Ｎ本の第１及び第２ストリップライン１９、２１は給電された電磁波が互いに反対向きに伝達される。
【００３７】
そして、第１及び第２スロット部３５、４１を構成するＭ×Ｎ個の第１及び第２スロット３９、４５はＮ本の第１及び第２ストリップライン１９、２１に給電される電磁波をそれぞれ垂直及び水平偏波して放射する。すなわち、Ｎ本の第１及び第２ストリップライン１９、２１に電磁波が給電されれば、交差するＭ×Ｎ個の第１及び第２スロット３９、４５間に電磁結合が誘導されるが、Ｍ×Ｎ個の第１及び第２スロット３９、４５は電磁結合により励起され、電磁波を垂直及び水平偏波して放射する。
【００３８】
第１及び第２スロット部３５、４１から垂直及び水平偏波が放射され、前記の放射パターンがただ１つのメインビームだけを有するように周期Ｐ１、Ｐ２が決められなければならず、周期Ｐ１、Ｐ２は下記の数式１及び２の条件を満たさなければならない。
【００３９】
【数１】
2005523628.tif 000003
【００４０】
【数２】
2005523628.tif 000004
【００４１】
前記数式１で、角度θは放射される電磁波のメインビームとＺ軸間の角である。すなわち、第１及び第２スロット部３５、４１から垂直および水平偏波された電磁波はＺ軸に沿って垂直ではなくしてＺ軸に対して角度θほど傾いて放射される。前記で、第１及び第２ストリップライン１９、２１から電磁波がＸ軸に沿って給電されるので、角度θはＸ軸とＺ軸間の角である。そのために、第１及び第２スロット部３５、４１から偏波されて放射される垂直及び水平偏波のメインビームはＸＺ平面に位置する。
【００４２】
前記で、第１及び第２ストリップライン１９、２１に給電された電磁波が互いに反対向きに伝達される。そして、放射されるメインビームの放射角度θは給電される任意のストリップラインから電磁波の進行方向より相対的に逆の傾斜を有する時にポジティブ（＋）であり、相対的に前傾斜を有する時にネガティブ（−）である。そのために、第１及び第２スロット部３５、４１から偏波されて放射される垂直及び水平偏波は同一方向に放射されて１つのメインビームを形成する。
【００４３】
図３Ａ及び図３Ｂは第１及び第２ストリップライン１９、２１に互いに反対向きに給電される電磁波によるメインビームの放射方向を示す概略図である。前記で、図３Ａは第１ストリップライン１９に電磁波が左側から右側に伝達され、垂直偏波のメインビームが左側方向、すなわち進行方向より相対的に逆の傾斜方向に傾いた時、垂直偏波のメインビームの放射角度θがポジティブ、すなわち、θ＞０である場合を示す。また、図３Ｂは第２ストリップライン２１に電磁波が右側から左側に伝達され、水平偏波のメインビームが左側方向、すなわち電磁波の進行方向に傾いた時、水平偏波のメインビームの放射角度θがネガティブ、すなわちθ＜０である場合を示す。前記で、角θは数式３で示される。
【００４４】
【数３】
2005523628.tif 000005
【００４５】
前記式で、ｋは自由空間における波数であってｋ＝２π／λであり、εは第１及び第２離隔部１３、３１の誘電率である。また、Ｌｓは隣接するスロット間のストリップラインの長さであってＬｓ１とＬｓ２とに代替される。前記で、メインビームは第１及び第２スロット部３５、４１の平面に垂直ではなく、放射角度θは第１及び第２ストリップライン１９、２１に給電された電磁波の周波数により限定されうる。
【００４６】
また、水平偏波のメインビームとＺ軸間の放射角度θをプラスの角度と定義すれば、数式３によって隣接する２個の第１スロット３９間の長さＬｓ１と２個の第２スロット４５の間長さＬｓ２とを数式４及び５のように求められる。
【００４７】
【数４】
2005523628.tif 000006
【００４８】
【数５】
2005523628.tif 000007
【００４９】
前記で、垂直及び水平偏波のメインビームが同一方向に傾くので、放射角度θはポジティブの角度とネガティブの角度とに区別されることを除いては同一である。数式４及び数式５によって、長さＬｓ１、Ｌｓ２と放射角度θとが関係し、電磁波はそれぞれ第１及び第２給電回路部１７、１８に集約され、これによって数式６を求められる。
【００５０】
【数６】
2005523628.tif 000008
【００５１】
前記で、ｃは自由空間電磁波の速度であり、ｆｏはアンテナの動作周波数範囲の中間周波数である。垂直及び水平偏波のメインビームが同じ方向を向くように長さＬｓ１、Ｌｓ２を選ばなければならない。
【００５２】
また、第１及び第２スロット部３５、４１から偏波されて放射される垂直及び水平偏波は隣接する２個の第１スロット３９間及び２個の第２スロット４５間でそれぞれの位相シフトφを有する。位相シフトφは数式７のように示せ、
【数７】
2005523628.tif 000009
である。前記で、第１スロット部３５のそれぞれの第１スロット３９から放射される垂直偏波が同一位相と同一信号特性とを有さねばならず、第２スロット部４１のそれぞれの第２スロット４５から放射される水平偏波が同一位相と同一信号特性とを有さねばならない。従って、位相シフトφは垂直及び水平偏波の位相周期と一致するのが望ましい。
【００５３】
前記で、漏洩波二重偏波スロット型のアンテナの直交偏波が放射されることを示したが、受信は放射と反対に進められる。前記で、自由空間平面電磁波は第１及び第２スロット部３５、４１のＭ×Ｎ個の第１及び第２スロット３９、４５によって垂直及び水平偏波され、第１及び第２給電回路部１７、１８のＮ本の第１及び第２ストリップライン１９、２１へ給電される。前記で、第１及び第２スロットアレイ３７、４３と交差するＮ本の第１及び第２ストリップライン１９、２１は給電される垂直及び水平偏波の直列型合算器の役割を果たす。そして、第１及び第２多チャンネル分割器２３、２５はＮ個の第１及び第２トリップ線路１９、２１に給電された垂直及び水平偏波を並列に合算する並列型合算器の役割を果たす。前記で、第１及び第２多チャンネル分割器２３、２５が並列型合算器の役割を果たすので、広い動作周波数帯域幅を有する。
【００５４】
前記で、第１及び第２多チャンネル分割器２３、２５によって合算された垂直及び水平偏波は第１及び第２中央ポート２７、２９を介して励振器に導波される。
【００５５】
一般にアンテナの利得はアンテナ面積とアンテナ内の位相／振幅分布とに左右される。前記アンテナは、送信状態で多チャンネル分割器によってＹ軸に沿って位相／振幅分布が均一である。そして、Ｘ軸に沿った位相／振幅分布は第１及び第２スロット３９、４５と第１及び第２ストリップライン１９、２１間の結合に左右される。結合レベルが第１及び第２ストリップライン１９、２１に沿って一定であれば、振幅は指数関数のようにＸに左右される。前記で、最適の結合は一定結合を有する漏洩波アンテナに最大の利得を有させることである。漏洩波アンテナの最適の利得損失は１ｄＢほどである。
【００５６】
図４は第１スロットアレイ３７と第１ストリップライン１９間の不均一結合を示す概略図である。
【００５７】
第１スロットアレイ３７と第１ストリップライン１９間の結合レベルは給電された電磁波の伝達方向に上昇する。この際、第１ストリップライン１９に沿って振幅はほぼ均一に分布され、これによって利得損失が減少する。前記で、第１スロット３９と第１ストリップライン１９間の結合レベルは交叉点の位置によって左右される。前記で、交叉点が第１及び第２スロット３９、４５の中央へ接近するほど結合はさらに強くなる。そのために、図４で電磁波が左側から右側に伝達されれば、第１スロットアレイ３７のそれぞれの第１スロット３９が第１ストリップライン１９に対して異なる交叉点を有する時、可変結合は得られる。
【００５８】
アンテナ利得は下記数式８のように示せ、
【数８】
2005523628.tif 000010
ここで、Ｓはアンテナの面積、δはＸ軸に沿って不均一な増幅分散による利得損失である。数式８で、消滅損失は勘案していない。スロットとストリップライン間の結合が変わらないアンテナは１ｄＢほどの損失δを有し、可変結合を有する最適化されたアンテナは０．５ないし０．３ｄＢほどの損失δを有する。
【００５９】
前述の構成で、衛星ＴＶシステムなどに使用するために動作周波数帯域幅を広げるのに第１及び第２スロット３９、４５の共鳴特性が用いられる。アンテナの動作周波数範囲を制限する主な要因は放射角が周波数に左右されるためである。しかし、共鳴スロットの場合には異なることがある。
【００６０】
第１及び第２スロット３９、４５の長さが波長の１／２に近接するか、あるいは小さい時にこのような共鳴が発生する。スロット放射器は第１及び第２スロット３９、４５の共鳴周波数に近接した周波数で第１及び第２ストリップライン１９、２１内の電磁波を強く撹乱する。そのために、電磁波の伝達定数は共鳴周波数範囲内の周波数に対して異例の依存性を有することになる。このようなことが放射角度の周波数に対する一般的な依存性を相殺する。第１及び第２スロット３９、４５の共鳴周波数範囲内の放射角度は安定化されうるが、放射角度θと周波数ｆとの関係が図５に示される。図５に示されるように、１２．２ないし１２．７５ＧＨｚの周波数範囲内で放射角度θは±１°より小さい変化を有する。放射角度θの変化幅が小さいので、同一な周波数範囲内では安定した利得を得られる。利得Ｇ及び周波数ｆの理論的関係を図６に示した。前記で、相対的な帯域は５％ほどになるが、これは一般的な従来のアレイより２倍以上大きい。
【００６１】
図７は電磁波により第１スロット３９と第２スロット４５とが交差偏波されることを示す状態図である。
【００６２】
第１及び第２給電網１７、１８上には異なる形態の電磁波、すなわち第１及び第２ストリップライン１９、２１と連結されて移動されるストリップライン電磁波ともいう有効電磁波と、第１及び第２ストリップライン１９、２１と連結されずに移動されるＴ波ともいう所望されない寄生電磁波とが伝達される。前記で、Ｔ波は第１および第２スロット３９、４５によって励起され、第１及び第２給電網１７、１８と第２遮蔽層３３間により発生して左側及び右側に伝達される。Ｔ波は第１及び第２スロット３９、４５が第１及び第２ストリップライン１９、２１によって連結されすとも隣接するスロットを介して電磁エネルギーを伝送する。そのために、Ｔ波は直交する第１及び第２スロット３９、４５間を結合させて交差偏波を増加させる。
【００６３】
すなわち、図７に示されたように、第１ストリップライン１９内で伝達される電磁波の電界が発生すれば、この電磁波の電界に垂直な第１スロット３９のみ励起させる。しかし、第１スロット３９は連結される第１ストリップライン１９内の有効電磁波だけではなく、第１及び第２給電部１７、１８と第２遮蔽層３３間にあるＴ波も励起させる。Ｔ波は同一の振幅を有して直交する第２スロット４５を励起させて交差偏波を増加させる。
【００６４】
前記で、交差偏波を防止するために直交する第２スロット４５を相対的に活性的な第１スロット３９に対称的に位置させ、電磁波の電界が比較的第１スロット３９の中央に対称的な分布を有するようにする。この際、左側から伝達されるＴ波が右側から伝達されるＴ波と同一な振幅を有し、１８０°の位相の差を有して直交する第２スロット４５を励起させない。
【００６５】
図８は本発明の第二の好ましい実施例による漏洩波二重偏波スロット型のアンテナの平面図である。
【００６６】
図８を参照すれば、本発明の第二実施例による漏洩波二重偏波スロット型のアンテナは図１に示された本発明の第一実施例で示すＮ本の第１及び第２ストリップライン１９、２１と第１及び第２スロット部３５、４１の形状がそれぞれ異なるのが特徴である。すなわち、図１に示した本発明の第一実施例による漏洩波二重偏波スロット型のアンテナはそれぞれＮ本の第１及び第２ストリップライン１９、２１が第１及び第２中央ポート２７、２９を中心に非対称的に形成される。しかし、図８に示した本発明の第二実施例による漏洩波二重偏波スロット型のアンテナは、第１及び第２ストリップライン１９、２１及び第１及び第２スロット部３５、４１がそれぞれ第１及び第２中央ポート２７、２９を中心にそれぞれＮ／２個ずつに分けられて形成されるので、それぞれの第１及び第２ループ１９ａ、２１ａが互いに対称になるように形成される。
【００６７】
このような本発明の第二実施例による漏洩波二重偏波スロット型のアンテナでは、第１及び第２スロット３９、４５が直交する第２及び第１スロット４５、３９によって励起される。しかし、それぞれＮ本の第１及び第２ストリップライン１９、２１が第１及び第２中央ポート２７、２９を中心にそれぞれＮ／２個ずつに分けられて互いに対称な構造を有するので、互いに対称な第１及び第２ストリップライン１９、２１の電磁波は１８０°位相シフトされる。そのため、１８０°位相シフトされた電磁波は互いに相殺され、第１及び第２中央ポート２７、２９へ伝達されずに交差偏波レベルが低下する特徴を提供する。
【００６８】
図８に示した本発明の第二実施例による漏洩波二重偏波スロット型のアンテナは以上で述べた細部的な特徴を除く他の動作は第一実施例の漏れ二重偏波スロット形アンテナと同一であるので、ここではその説明を省略する。
【００６９】
図９は本発明の第三実施例による漏洩波二重偏波スロット型のアンテナの平面図である。
【００７０】
図９を参照すれば、本発明の第三実施例による漏洩波二重偏波スロット型のアンテナは、図１に示した本発明の第一実施例に示す第１ストリップライン１９と第１及び第２スロット部３５、４１の構成が異なる。すなわち、第１ストリップライン１９は第１サブ線路５１及び第２サブ線路５３より構成される。第１及び第２サブ線路５１、５３は互いに対称構造を有し、第１スロット３９の両端と交差するように形成されて第２ストリップライン２１が一方向を向いている。
【００７１】
このような本発明の第三実施例による漏洩波二重偏波スロット型のアンテナでは、第１スロット３９が対称的な第１サブ線路５１と第２サブ線路５３とに連結されるので、常に対称的な電界分布を有する。これによって、第２スロット４５が第１スロット３９に比較的に対称になるように形成されても第１スロット３９は第２スロット４５に励起されない。従って、交差偏波レベルの低下が広い方位の角度で相当になされる。
【００７２】
図９に示した本発明の第三実施例による漏洩波二重偏波スロット型のアンテナは、以上で述べた細部的な特徴を除く他の動作は第一実施例の漏洩波二重偏波スロット形アンテナと同一であるので、ここではその説明を省略する。
【００７３】
また、図９に示す本発明の第三実施例による漏洩波二重偏波スロット型のアンテナで、第１ストリップライン１９が互いに対称的な第１及び第２サブ線路５１、５３からなり、第２ストリップライン２１が図８に示すように第１及び第２中央ポート２７、２９を中心にそれぞれＮ／２個ずつに分けられて対称になるように形成することもできるのは当業者であれば、容易に創案することができるのは明らかな事実である。
【００７４】
図１０及び図１１は本発明の第四実施例による漏洩波単一／二重偏波スロット形アンテナの平面図である。
【００７５】
図１０及び図１１を参照すれば、本発明による第四実施例による漏洩波二重偏波スロット型のアンテナは、図１に示す第１及び第２給電回路部１７、１８の構造が図１０及び図１１に示したように１つの給電回路部を有するのが特徴である。従って、図１０及び図１１のそれぞれの給電回路部は入力される電磁波を給電するために、図１の第１誘電層１５の一方から第１ループ１９ａがＸ軸に沿って形成された第１ストリップライン１９と第２ループ２１ａが第１誘電層１５の一方からＸ軸に沿って形成された第２ストリップライン２１のうちいずれか一つだけが形成された構造である。
【００７６】
またこれにより、図１の第２遮蔽層３３もやはり図１０及び図１１にそれぞれ示したように図１の第２誘電層４７の下部（または上部）に形成され、第１スロット部３５か第２スロット部４１のうち形成されたストリップラインに相応して電磁結合が誘導されるようにいずれか一つだけを含むように構成される。従って、図１０または図１１の給電回路部によって給電される電磁波を垂直偏波して放射するか、または水平偏波して放射する。
【００７７】
以上の説明でのように、図１に示す第１及び第２給電回路部１７、１８を図１０または図１１に示す給電回路部に代替する場合、垂直偏波及び水平偏波のうち１つの偏波のみ送受信できるが、図１１に示す第１及び第２給電回路部１７、１８を２層の誘電層に別途に備えさせて垂直偏波及び水平偏波をそれぞれ送受信できる構成も当業者が容易に実施するできるのは明らかな事実である。
【００７８】
例えば、図１に示す本発明の第一実施例による漏洩波二重偏波スロット型のアンテナで、第１及び第２給電回路部１７、１８の代わりに図１０に示す第１ストリップラインを備えた給電回路部と、これに相応する垂直偏波を受信及び放射するための第１スロットアレイを備えた遮蔽層とを使用する場合、図１の第２誘電層４７の下部（または上部）に形成された第２遮蔽層３３の上部に別途の第３誘電層を形成させ、第３誘電層の上部または下部に入力される電磁波をそれぞれ給電するために、図１の第１ストリップラインと対称的な方向に第３誘電層の他方から第２ループがＸ軸に沿って形成された第２ストリップラインを含む給電回路部が形成され、第２給電回路部上部に別途の第４誘電層が形成され、第４誘電層の下部（または上部）に第２給電回路部に給電される電磁波を水平偏波するように放射する第２スロットアレイを含む第３遮蔽層を構成できる。ここで、第１給電回路部と第２給電回路部の位置は互いに入れ替わってもよく、これによって遮蔽層もやはり入れ替えた方が望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明の漏洩波二重偏波スロット型のアンテナによると、従来より広い周波数帯域幅を有して周波数利得を向上させられる。従って、漏洩波二重偏波スロット型のアンテナの送受信特性を相当に向上させられる。
【００８０】
さらに、１つのアンテナの同一平面上からマルチ経路で送受信される垂直偏波と水平偏波とを同時に送信及び受信できるので、アンテナの基本的な特性を相当に向上させられる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の第一実施例による漏洩波二重偏波スロット型のアンテナの平面図である。
【図２】図１に示す漏洩波二重偏波スロット型のアンテナをａ１−ａ２線で切断した断面図である。
【図３Ａ】図１に示す第１及び第２ストリップラインに互いに反対向きに給電される電磁波によるメインビームの放射方向を示す概略図である。
【図３Ｂ】図１に示す第１及び第２ストリップラインに互いに反対向きに給電される電磁波によるメインビームの放射方向を示す概略図である。
【図４】図１に示す第１スロットアレイと第１ストリップライン間の不均一結合を示す概略図である。
【図５】本発明の第一実施例による放射角度θと周波数ｆとの関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第一実施例による利得Ｇと周波数ｆとの関係を示すグラフである。
【図７】本発明の第一実施例による電磁波によって第１スロットと第２スロットとが交差偏波されることを示す状態図である。
【図８】本発明の第二実施例による漏洩波二重偏波スロット型のアンテナの平面図である。
【図９】本発明の第三実施例による漏洩波二重偏波スロット型のアンテナの平面図である。
【図１０】本発明の第四実施例による漏洩波単一／二重偏波スロット形アンテナをそれぞれ示す平面図である。
【図１１】本発明の第四実施例による漏洩波単一／二重偏波スロット形アンテナをそれぞれ示す平面図である。
【図１】
2005523628.tif 000011
【図２】
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【図３Ａ】
2005523628.tif 000013
【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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