(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の誘電体基板上に形成されたプリントダイポールアンテナと、
前記第１の誘電体基板とほぼ直交する第２の誘電体基板上に形成され前記プリントダイポールアンテナの偏波に対して偏波が直交するように配置されたマイクロストリップパッチアンテナとを有し、
前記プリントダイポールアンテナと前記マイクロストリップパッチアンテナとを９０度の位相差を設けて励振することを特徴とする円偏波アンテナ。
【請求項２】
第１の誘電体基板上に形成されたプリントダイポールアンテナと、前記第１の誘電体基板とほぼ直交する第２の誘電体基板上に形成され前記プリントダイポールアンテナの偏波に対して偏波が直交するように配置されたマイクロストリップパッチアンテナとからなり前記プリントダイポールアンテナと前記マイクロストリップパッチアンテナとを９０度の位相差を設けて励振される複数の円偏波アンテナ素子を同一面上に配列してなり、
空間のある一定方向に対する各円偏波アンテナ素子からの放射位相が同相になるよう各円偏波アンテナ素子に所定の位相差をつけて励振することを特徴とする円偏波アレーアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は円偏波アンテナ及び円偏波アレーアンテナに関し、特に、マイクロ波の送受信に使用する円偏波アンテナ及び円偏波アレーアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、マイクロ波のアンテナとして、例えば［王丸：「プリントアンテナ」，テレビジョン学会誌Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ１，ｐｐ９８〜１０２（１９８７）］に記載された１点給電型や２点給電型のマイクロストリップパッチの円偏波アンテナがある。
【０００３】
図４に従来の２点給電型の円偏波マイクロストリップパッチアンテナの平面図を示す。同図中、正方形パッチ１０はマイクロストリップライン１２により給電点１４および給電点１６の２点で給電している。給電点１４は給電点１６に比べ位相が９０度遅れるようにマイクロストリップライン１２の線路が長くされている。これにより、給電点１６で励振されたｙ’軸方向の偏波に対して、給電点１４で励振されたｘ’軸方向の偏波が９０度遅れ、右旋の円偏波アンテナが構成されている。
【０００４】
また、従来より、図５（Ａ）に斜視図を示すように、円偏波アンテナ素子２０を複数個配列した円偏波アレーアンテナがある。この円偏波アンテナ素子２０としては、図４に示す２点給電型の円偏波アンテナ素子や、１点給電型の円偏波アンテナ素子を使用する。この場合、すべての円偏波アンテナ素子２０を同相で励振すれば、図５（Ｂ）に破線２３で示すようにアンテナ基板２２に対して垂直な方向（Ｚ軸方向）に最大の円偏波の電力が放射される。
【０００５】
また、図５（Ｂ）に実線２４で示すようにＺ軸方向から最大放射方向を＋θ度傾ける場合には、例えば［羽石、他：「円偏波ペア素子を用いるＳＨＦ帯ビームチルト型平面アンテナ」，テレビジョン学会誌Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ７，ｐｐ６４２〜６４７（１９８７）］に記載があるように、それぞれのアンテナ素子２０からの放射位相が＋θ度方向で同相となるように、給電線路長を変える等の方法で行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示す円偏波アンテナは、給電点１４および給電点１６から励振され、それぞれｘ' 方向およびｙ' 方向の互いに独立する直交した電界分布が発生する。この際、ｘ’方向の電界を９０度遅延させることで右旋の円偏波、ｙ' 方向を９０度遅延させることで左旋の円偏波を放射あるいは受信できる。
【０００７】
このとき、ｘ’ｚ’面の指向特性は、給電点１４から励振したときのＥ面放射パターン（電界ベクトルと最大放射方向を含む面）と給電点１６から励振したときのＨ面放射パターン（磁界ベクトルと最大放射方向を含む面）の合成パターンとなる。また、ｙ’ｚ’面の指向特性は給電点１４から励振したときのＨ面放射パターン（磁界ベクトルと最大放射方向を含む面）と給電点１６から励振したときのＥ面放射パターン（電界ベクトルと最大放射方向を含む面）の合成パターンとなる。
【０００８】
マイクロストリップアンテナのＥ面およびＨ面の放射指向特性の実測値の一例を図６に示す。この図は、［アンテナ工学ハンドブック，Ｐ．１０９，オーム社，１９８０］に記載されている。図６に示されているように、０度方向（図４におけるｚ’軸方向に相当）から約３０度方向まではＥ面とＨ面の放射電力は等しいものの、３０度を超えるとＥ面とＨ面の放射電力は異なってくる。これにより、０度方向の円偏波軸比は良好となるが、３０度を超えるとＥ面とＨ面の放射電力が異なるため、円偏波軸比が急激に劣化する。
【０００９】
このため、例えば角度θが４０度や5 0 度方向などから到来する円偏波の電波を受信する場合は充分な円偏波軸比が得られず、偏波識別度が劣化して目的とする電波を受信あるいは送信することができないおそれがある。
【００１０】
また、円偏波アンテナ素子を多数配列した円偏波アレーアンテナを衛星放送受信用平面アンテナとして使用し、大地に垂直な家屋の壁に密着させて取り付けてビームチルトさせて衛星放送波を受信する場合、例えば東京の緯度では３８度だけビームを水平方向から天空方向に傾ける必要がある。この場合も、角度θが３０度を超え各円偏波アンテナ素子の円偏波軸比が劣化してしまうためにアレー化しても円偏波軸比が劣化し、この円偏波アレーアンテナは充分な偏波識別度が得られないという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、広角に渡って円偏波軸比を向上でき、また、円偏波軸比が良好な状態でビームチルトが可能で偏波識別度が向上する円偏波アンテナ及び円偏波アレーアンテナを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、第１の誘電体基板上に形成されたプリントダイポールアンテナと、
前記第１の誘電体基板とほぼ直交する第２の誘電体基板上に形成され前記プリントダイポールアンテナの偏波に対して偏波が直交するように配置されたマイクロストリップパッチアンテナとを有し、
前記プリントダイポールアンテナと前記マイクロストリップパッチアンテナとを９０度の位相差を設けて励振することにより、
互いにほぼ等しい指向特性のマイクロストリップアンテナのＥ面指向特性と、プリントダイポールアンテナのＨ面指向特性とを組み合わせて広角に渡って円偏波軸比を向上できる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、第１の誘電体基板上に形成されたプリントダイポールアンテナと、前記第１の誘電体基板とほぼ直交する第２の誘電体基板上に形成され前記プリントダイポールアンテナの偏波に対して偏波が直交するように配置されたマイクロストリップパッチアンテナとからなり前記プリントダイポールアンテナと前記マイクロストリップパッチアンテナとを９０度の位相差を設けて励振される複数の円偏波アンテナ素子を同一面上に配列してなり、
空間のある一定方向に対する各円偏波アンテナ素子からの放射位相が同相になるよう各円偏波アンテナ素子に所定の位相差をつけて励振することにより、
各円偏波アンテナ素子の円偏波軸比を向上でき、アンテナ面に垂直な方向から斜め方向にビームチルトさせた場合でも良好な円偏波軸比を得ることができ偏波識別度が向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の円偏波アンテナは、マイクロストリップアンテナのＥ面放射パターンとプリントダイポールアンテナのＨ面放射パターンを組み合わせることにより発生させる。
【００１５】
マイクロストリップアンテナとしては、矩形のパッチアンテナや円形のパッチアンテナを１点給電により直線偏波で励振させる。一方、プリントダイポールアンテナとしては、例えば［Ｂ．Ｅｄｗａｒｄ  ａｎｄ  Ｄ．Ｒｅｅｓ，「Ａ  Ｂｒｏａｄｂａｎｄ  Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｄｉｐｏｌｅ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｂａｌｕｎ」，Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ，ｐｐ．３３９〜３４４，Ｍａｙ  １９８７］に記載のものを使うことができる。プリントダイポールアンテナのＨ面指向性は、図７（上記文献ｐｐ．３４４から抜粋）に示すようにＨ面に指向性が広く、図６に示したマイクロストリップアンテナのＥ面の指向特性と広角に渡ってほぼ等しい指向特性である。すなわち、マイクロストリップアンテナのＥ面指向特性と、プリントダイポールアンテナのＨ面指向特性とを組み合わせて円偏波を作ることにより、広角に渡って良好な軸比の円偏波を得ることができる。
【００１６】
図１は、本発明の円偏波アンテナの第１実施例の斜視図を示す。同図中、誘電体基板３０上にマイクロストリップアンテナ３２が形成されている。マイクロストリップアンテナ３２は給電点３４からｘ軸方向の偏波で励振される。誘電体基板３０のマイクロストリップアンテナ３２形成面に対し裏面は、接地された導体面３６とされている。
【００１７】
一方、誘電体基板３０に対してほぼ直交する誘電体基板４０上にはプリントダイポールアンテナ４２が形成されている。プリントダイポールアンテナ４２は給電線４４によりｙ軸方向の偏波で励振される。この給電線４４は、誘電体基板４０のプリントダイポールアンテナ形成面に対し裏面側に設けられている。また、誘電体基板４０のプリントダイポールアンテナ形成面は誘電体基板３０により二分され、一方にプリントダイポールアンテナ４２が形成され、他方は接地された導体面４６とされている。
【００１８】
マイクロストリップアンテナ３２とプリントダイポールアンテナ４２とはｙ軸方向位置を一致させて近接配置し、なおかつ、給電点３４と給電線４４から給電する高周波信号の位相を９０度異ならせ、マイクロストリップアンテナ３２とプリントダイポールアンテナ４２とを９０度の位相差を設けて励振することにより、マイクロストリップアンテナ３２のＥ面放射パターンとプリントダイポールアンテナ４２のＨ面放射パターンが組み合わせられ右旋または左旋の円偏波で送信あるいは受信することができる。
【００１９】
この円偏波アンテナは、マイクロストリップアンテナのＥ面指向特性と、プリントダイポールアンテナのＨ面指向特性とが広角に渡ってほぼ等しい指向特性であるため、広角に渡って良好な軸比の円偏波を得ることができる。
【００２０】
図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、本発明の円偏波アレーアンテナの第１実施例の平面図、正面図、背面図を示す。この実施例はマイクロストリップアンテナとプリントダイポールアンテナとで円偏波アンテナ素子を構成し、複数の円偏波アンテナ素子をｘ，ｙ軸方向に配列したものである。
【００２１】
図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）において、誘電体基板５０上に複数のマイクロストリップアンテナ５２が形成されている。各マイクロストリップアンテナ５２は給電点５４からｘ軸方向の偏波で励振される。誘電体基板５０のマイクロストリップアンテナ５２形成面に対し裏面は、接地された導体面とされている。なお、ｙ軸方向に隣接するマイクロストリップアンテナ５２の給電点５４の間隔は所定距離Ｌ１とされており、ｘ軸方向に隣接するマイクロストリップアンテナ５２の給電点５４の間隔は所定距離Ｌ２とされている。
【００２２】
一方、誘電体基板５０には複数の誘電体基板６０がｘ軸方向に所定距離Ｌ２だけ離間してほぼ垂直に立設されている。各誘電体基板６０上には、複数のプリントダイポールアンテナ６２がｙ軸方向に所定距離Ｌ１だけ離間して形成されている。各プリントダイポールアンテナ６２は給電線６４によりｙ軸方向の偏波で励振される。この給電線６４は、誘電体基板６０のプリントダイポールアンテナ形成面に対し裏面側に設けられている。また、誘電体基板６０のプリントダイポールアンテナ形成面は各誘電体基板５０により二分され、一方にプリントダイポールアンテナ６２が形成され、他方は接地された導体面６６とされている。
【００２３】
なお、送受信するマイクロ波の波長をλａとして、一般的に所定距離Ｌ１，Ｌ２はλａ未満とする。アンテナの正面方向（ｚ軸方向）に最も大きな電力で放射する指向特性としたい場合は所定距離Ｌ１，Ｌ２共に０．８λａ程度とするが、ｙｚ面で正面方向からビームを傾けたい場合には、傾ける角度にもよるが所定距離Ｌ１を０．５λａ程度とする。所定距離Ｌ１，Ｌ２は上記の値以外であってもアンテナとしての動作は行うが特性は劣化する。
【００２４】
ｙ軸方向に並んだ複数のマイクロストリップアンテナ５２と、これとほぼ角度９０度で対向する誘電体基板６０上にｙ軸方向に並んだ複数のプリントダイポールアンテナ６２とはサブアレー７０を構成しており、サブアレー７０内で隣接するマイクロストリップアンテナ５２とプリントダイポールアンテナ６２とはｙ軸方向に所定距離Ｌ３（Ｌ３＝Ｌ１／２）だけずらした状態で近接配置されて円偏波アンテナ素子を構成している。なおかつ、給電点５４と給電線６４から給電する高周波信号の位相を９０度異ならせることにより、マイクロストリップアンテナ５２のＥ面放射パターンとプリントダイポールアンテナ６２のＨ面放射パターンが組み合わせられ、各円偏波アンテナ素子は右旋または左旋の円偏波を送信あるいは受信することができる。
【００２５】
また、ｘ軸方向に隣接するサブアレー７０間で円偏波アンテナ素子の相対位相を所定角度ずつ順次ずらすことにより、ｘ軸方向にビームチルトさせることが可能となる。また、複数のサブアレー７０間の位相を等しくし、かつ、ｙ軸方向に隣接する円偏波アンテナ素子間で相対位相を所定角度ずつ順次ずらすことにより、ｙ軸方向にビームチルトさせることができる。もちろん、アレーを構成する円偏波アンテナ素子を個別に位相変化させることにより任意の方向にビーム形成することもできる。
【００２６】
この実施例では、マイクロストリップアンテナ５２およびプリントダイポールアンテナ６２が交互に配列されて両者が近付き過ぎないため、お互いの放射パターンが乱されることなく良好な指向特性を得ることができる。
【００２７】
図３は、本発明の円偏波アレーアンテナの第２実施例の平面図を示す。この実施例はマイクロストリップアンテナとして円形パッチアンテナを使用しプリントダイポールアンテナとで円偏波アンテナ素子を構成し、複数の円偏波アンテナ素子をｘ，ｙ軸方向に配列したものである。
【００２８】
同図中、誘電体基板８０上に複数対のマイクロストリップアンテナ８２Ａ，８２Ｂが形成されている。各対のマイクロストリップアンテナ８２Ａ，８２Ｂは給電点８４からマイクロストリップライン８６を通してｘ軸方向の偏波で励振される。誘電体基板８０のマイクロストリップアンテナ形成面に対し裏面は、接地された導体面とされている。なお、ｙ軸方向に隣接するマイクロストリップアンテナ８２Ａ，８２Ｂの間隔は所定距離Ｌ４とされており、ｘ軸方向に隣接するマイクロストリップアンテナ８２Ａ，８２Ｂの間隔は所定距離Ｌ５とされている。
【００２９】
一方、誘電体基板８０には複数の誘電体基板９０が所定距離Ｌ５だけ離間してほぼ垂直に立設されている。各誘電体基板９０上には、複数のプリントダイポールアンテナ９２Ａ，９２Ｂが所定距離Ｌ１だけ離間して形成されている。各プリントダイポールアンテナ９２Ａ，９２Ｂは給電線９４Ａ，９４Ｂによりｙ軸方向の偏波で励振される。この給電線９４は、誘電体基板９０のプリントダイポールアンテナ形成面に対し裏面側に設けられている。また、誘電体基板９０のプリントダイポールアンテナ形成面は、各誘電体基板８０により二分され、一方にプリントダイポールアンテナ９２Ａ，９２Ｂが形成され、他方は接地された導体面とされている。
【００３０】
ｙ軸方向に並んだ複数のマイクロストリップアンテナ８２Ａ，８２Ｂと、これとほぼ角度９０度で対向する誘電体基板９０上にｙ軸方向に並んだ複数のプリントダイポールアンテナ９２Ａ，９２Ｂとはサブアレー１００を構成しており、サブアレー１００内で隣接するマイクロストリップアンテナ８２Ａ，８２Ｂとプリントダイポールアンテナ９２Ａ，９２Ｂとはｙ軸方向位置を一致させて近接配置されることにより円偏波アンテナ素子を構成している。なおかつ、給電点８４と、給電線９４Ａ及び９４Ｂから給電する高周波信号の位相を９０度異ならせることにより、各円偏波アンテナ素子は右旋または左旋の円偏波を送信あるいは受信することができる。
【００３１】
この実施例でも、ｘ軸方向に隣接するサブアレー１００間で円偏波アンテナ素子の相対位相を所定角度ずつ順次ずらすことにより、ｘ軸方向にビームチルトさせることが可能となる。また、複数のサブアレー１００間の位相を等しくし、かつ、ｙ軸方向に隣接する円偏波アンテナ素子間で相対位相を所定角度ずつ順次ずらすことにより、ｙ軸方向にビームチルトさせることができる。もちろん、アレーを構成する円偏波アンテナ素子を個別に位相変化させることにより任意の方向にビーム形成することもできる。
【００３２】
また、誘電体基板８０上にマイクロストリップアンテナ８２Ａ，８２Ｂとマイクロストリップライン８６を同時に形成するため、固定長の給電線（マイクロストリップライン８６）の作成が簡単になり、ビームを傾ける角度が決まっている場合に好適である。これに対して、図２の実施例では各マイクロストリップアンテナ５２に誘電体基板５０の背面から給電するために給電線が複雑になるおそれがあるが、それぞれに移相器を設けて各マイクロストリップアンテナ５２の給電位相を変化させ、ビームを傾ける角度を自在に変化させることができる。
【００３３】
なお、誘電体基板４０，６０，９０が請求項記載の第１の誘電体基板に対応し、誘電体基板３０，５０，８０が第２の誘電体基板に対応する。
【００３４】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１に記載の発明は、第１の誘電体基板上に形成されたプリントダイポールアンテナと、前記第１の誘電体基板とほぼ直交する第２の誘電体基板上に形成されプリントダイポールアンテナの偏波に対して偏波が直交するように配置されたマイクロストリップパッチアンテナとを９０度の位相差を設けて励振することにより、互いにほぼ等しい指向特性のマイクロストリップアンテナのＥ面指向特性と、プリントダイポールアンテナのＨ面指向特性とを組み合わせて広角に渡って円偏波軸比を向上できる。
【００３５】
また、請求項２に記載の発明は、第１の誘電体基板上に形成されたプリントダイポールアンテナと、前記第１の誘電体基板とほぼ直交する第２の誘電体基板上に形成されプリントダイポールアンテナの偏波に対して偏波が直交するように配置されたマイクロストリップパッチアンテナとを９０度の位相差を設けて励振される円偏波アンテナ素子を同一面上に複数配列し、空間のある一定方向に対する各円偏波アンテナ素子からの放射位相が同相になるよう各円偏波アンテナ素子に所定の位相差をつけて励振することにより、各円偏波アンテナ素子の円偏波軸比を向上でき、アンテナ面に垂直な方向から斜め方向にビームチルトさせた場合でも良好な円偏波軸比を得ることができ偏波識別度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の円偏波アンテナの第１実施例の斜視図である。
【図２】本発明の円偏波アレーアンテナの第１実施例の平面図、正面図、背面図である。
【図３】本発明の円偏波アレーアンテナの第２実施例の平面図である。
【図４】従来の２点給電型の円偏波マイクロストリップパッチアンテナの平面図である。
【図５】従来のアレーアンテナの斜視図及び指向特性図である。
【図６】マイクロストリップアンテナのＥ面およびＨ面の放射指向特図である。
【図７】プリントダイポールアンテナのＥ面およびＨ面の放射指向特図である。
【符号の説明】
３０，４０，５０，６０，８０，９０  誘電体基板
３２，５２，８２Ａ，８２Ｂ  マイクロストリップアンテナ
３４，５４，８４  給電点
３６，４６，６６  導体面
４２，６２，９２Ａ，９２Ｂ  プリントダイポールアンテナ
４４，６４，９４Ａ，９４Ｂ  給電線
７０，１００  サブアレー
【図１】
0004025499.tif 000002
【図２】
0004025499.tif 000003
【図３】
0004025499.tif 000004
【図４】
0004025499.tif 000005
【図５】
0004025499.tif 000006
【図６】
0004025499.tif 000007
【図７】
0004025499.tif 000008