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JP3470184B2 - Planar antenna - Google Patents
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JP3470184B2 - Planar antenna - Google Patents

Planar antenna

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JP3470184B2
JP3470184B2 JP2000169806A JP2000169806A JP3470184B2 JP 3470184 B2 JP3470184 B2 JP 3470184B2 JP 2000169806 A JP2000169806 A JP 2000169806A JP 2000169806 A JP2000169806 A JP 2000169806A JP 3470184 B2 JP3470184 B2 JP 3470184B2
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radiating element
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radiating
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば衛星放送や
データ通信、移動体通信に利用されるマイクロ波帯の平
面アンテナに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microwave band flat antenna used in, for example, satellite broadcasting, data communication and mobile communication.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のマイクロ波帯で使われる平面アン
テナは、平行する金属板でラジアル導波路を構成し、上
部金属板に所要数のハの字状のスロット対を設けること
による(たとえば特開昭57−87603号参照)。
2. Description of the Related Art A conventional planar antenna used in the microwave band is constructed by forming a radial waveguide with parallel metal plates and providing a required number of C-shaped slot pairs on the upper metal plate (see, for example, (See Kai 57-87603).

【0003】誘電体板を導波路として利用する平面アン
テナでは、細長形導体を放射素子として用い、全ての細
長形導体の長軸方向中心軸線の延長線が、誘電体板上の
基準点を通るように配設する事による(例えば特願平1
1−377398号参照)。
In a planar antenna using a dielectric plate as a waveguide, elongated conductors are used as radiating elements, and the extension lines of the central axes of the elongated conductors in the long axis direction pass through a reference point on the dielectric plate. By arranging in such a manner (for example, Japanese Patent Application No. 1
1-377398).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】特開昭57−8760
3号の構造の平面アンテナでは、多数のスロットを切っ
た金属板を、平坦な円筒形状に、精密に接合し組み立て
る必要があり、製造に多額の費用と時間がかかる。ま
た、中空構造を持つので、機械的な強度が劣る。
Problems to be Solved by the Invention JP-A-57-8760
In the planar antenna having the structure of No. 3, it is necessary to precisely assemble and assemble a metal plate having a large number of slots cut into a flat cylindrical shape, which requires a large amount of cost and time to manufacture. In addition, since it has a hollow structure, it has poor mechanical strength.

【0005】一般にアンテナで発生するエネルギー損失
は、導体の電気抵抗による導体損が大部分を占める。ス
ロットを放射素子として用いるアンテナでは、金属部分
に流れる電波の放射に寄与しない電流が多く、誘電体を
用いるアンテナより導体損が大きくなり、アンテナとし
ての効率が劣る。
In general, most of the energy loss generated in the antenna is conductor loss due to the electric resistance of the conductor. An antenna that uses a slot as a radiating element has a large amount of current that does not contribute to the radiation of radio waves flowing through a metal portion, has a larger conductor loss than an antenna that uses a dielectric, and is inferior in antenna efficiency.

【0006】特願平11−377398号に示される平
面アンテナでは、円偏波を放射する放射素子のパターン
の場合、瞬時の放射を考えるとき、アンテナ面全体から
円偏波の電波が放射されているのではなく、アンテナ面
上では放射強度分布に偏りがあり、このため十分な利得
が得られない欠点がある。
In the planar antenna disclosed in Japanese Patent Application No. 11-377398, in the case of a radiation element pattern that radiates circularly polarized waves, when considering instantaneous radiation, circularly polarized radio waves are radiated from the entire antenna surface. However, there is a deviation in the radiation intensity distribution on the antenna surface, which is a drawback that sufficient gain cannot be obtained.

【0007】本発明は、堅牢で簡単な構造による、効
率、利得ともに従来の平面アンテナよりも優れ、誘電体
板を導波路として使った、平面アンテナを提示すること
を目的とする。
It is an object of the present invention to provide a planar antenna using a dielectric plate as a waveguide, which is superior in efficiency and gain to the conventional planar antenna due to its robust and simple structure.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の平面アンテナにおいては、低誘電損失特性
を持つ誘電体板を電磁界を導く導波路として用い、誘電
体板にマスキングして導体パターンをメッキ、または印
刷、あるいは貼り付け、もしくは塗布する事により、細
長形導体を電波の放射素子として誘電体板表面に配設す
ることで、高効率の平面アンテナを提示する。
In order to achieve the above object, in the planar antenna of the present invention, a dielectric plate having a low dielectric loss characteristic is used as a waveguide for guiding an electromagnetic field and masked on the dielectric plate. By presenting a conductor pattern on the surface of a dielectric plate as a radio wave radiating element by plating, printing, pasting, or applying a conductor pattern, a highly efficient planar antenna is presented.

【0009】即ち、(1)、低誘電損失特性を持つ誘電
体板の一方の面に所要数の放射素子が配設され、誘電体
板の他方の面に接地導体が配設され、かつ接地導体の中
央部から給電する構造の平面アンテナであって、どの一
つの放射素子も一本または二本の細長形導体からなり、
一つの放射素子が二本の細長形導体から構成される場合
には、どちらか一方の細長形導体の長軸方向中心軸線と
短軸方向中心軸線との 定数とで決まる定数kを用いて、ハンケル関数Hの偏角
として、
That is, (1), a required number of radiating elements are arranged on one surface of a dielectric plate having a low dielectric loss characteristic, a ground conductor is arranged on the other surface of the dielectric plate, and A planar antenna having a structure in which power is fed from the center of a conductor, and each radiating element is composed of one or two elongated conductors,
When one radiating element is composed of two elongated conductors, the long-axis central axis and the short-axis central axis of either one of the elongated conductors Using the constant k determined by the constant and as the argument of the Hankel function H,

【数7】 θ=Arg{H(kr)} の関係にあって、もう一方の細長形導体の長軸方向中心
軸線と短軸方向中心軸線との交点yと基準点aとの距離
が、誘電体板の表面波の波長λを用いて、
Equation 7] In the relationship of θ = Arg {H (kr x )}, the distance between the intersection y and the reference point a of the long axis direction center axis of the other elongated conductor and short axis center axis r y is the wavelength λ of the surface wave of the dielectric plate,

【数8】 0<r−r<λ/2 η、ならびにこれら二つの細長形導体の長軸方向中心軸
線の延長線がなす角δが、それぞれ0ラジアンより大き
くπラジアンより小さい角度であり、一つの放射素子が
一本の細長形導体から構成される場合には、点xまたは
点yを有する二本の細長形導体うち、どちらか一方の細
長形導体からなり、また全ての放射素子が、直接給電で
はなく、誘電体板内部の電磁界と電磁誘導によって結合
し、電波を放射することを特徴とする平面アンテナにあ
る。
0 <r x −r y <λ / 2 η and an angle δ formed by the extension lines of the central axes of the two elongated conductors are larger than 0 radians and smaller than π radians, and one radiating element is composed of one elongated conductor. If the radiating element is used, the radiating element is composed of either one of the two elongated conductors having the point x or the point y, and all the radiating elements are not directly fed but the electromagnetic field inside the dielectric plate. Is a planar antenna characterized by being coupled with electromagnetic induction and radiating radio waves.

【0010】そして、(2)、一つの放射素子を構成す
る二本の細長形導体のそれぞれの長軸方向中心軸線の延
長線が直交し、二本の細長形導体それぞれの長軸方向中
心軸線と短軸方向中心軸線との交点の点s、点tと、基
準点bとを結ぶそれぞれの線 用いて、rとrの間に、
(2) The extension lines of the central axes of the two elongated conductors of the two elongated conductors constituting one radiating element are orthogonal to each other, and the central axes of the elongated conductors of the elongated conductors are in the longitudinal direction. And the points s and t at the intersections of the center axis line with the minor axis direction and the reference points b. And between r s and r t ,

【数9】 r−r =λ/4 間の角が等しいことを特徴とする上記1記載の平面アン
テナにある。
[Equation 9] r s -r t = λ / 4 The flat antenna according to the above 1, wherein the angles between them are equal.

【0011】そして、(3)、低誘電損失特性を持つ誘
電体板の一方の面に所要数の放射素子が配設され、誘電
体板の他方の面に接地導体が配設され、かつ接地導体の
中央部から給電する構造の平面アンテナであって、一つ
の放射素子は一本の細長形導体からなり、かつ全ての放
射素子は、放射素子が配設されている誘電体板面上の基
準点qを通過する仮想基準線に対し線対称に位置し、ま
た、基準点qを中心とし、半径Ri,Rj(i,j=
1,2,3,…n、nは正の整数)が、電磁界の周波数
と誘電体板の電磁気的な材料定数とで決まる定数kを用
いて、
(3) A required number of radiating elements are arranged on one surface of the dielectric plate having a low dielectric loss characteristic, a ground conductor is arranged on the other surface of the dielectric plate, and A planar antenna having a structure in which power is fed from the center of a conductor, one radiating element is composed of one elongated conductor, and all radiating elements are on a dielectric plate surface on which the radiating element is arranged. It is located in line symmetry with respect to an imaginary reference line passing through the reference point q, and with the reference point q as the center, radii Ri, Rj (i, j =
1, 2, 3, ... N, n is a positive integer), using a constant k determined by the frequency of the electromagnetic field and the electromagnetic material constant of the dielectric plate,

【数10】 ζ−ξ=π の関係にある二つの定数ζ、ξとの間に、ハンケル関数
Hの偏角(弧度法)として、
[Mathematical formula-see original document] Between the two constants ζ and ξ in the relationship of ζ−ξ = π, as the angle of deviation of the Hankel function H (the arc method),

【数11】 Arg{H(k Ri)}=ζ (0≦ζ
≦2π)
Arg {H (k Ri)} = ζ (0 ≦ ζ
≦ 2π)

【数12】 Arg{H(k Rj)}=ξ (0≦ξ
≦2π) の関係で表される仮想同心円群上に、全ての放射素子が
配設され、同時に、それぞれの仮想同心円上の放射素子
は、仮想基準線と直交し基準点qを通過する仮想直交線
を境界にいずれか一方の側にのみ配設され、しかも、全
ての放射素子の長軸方向中心軸線が、仮想基準線に対し
平行であり、また全ての放射素子が、直接給電ではな
く、誘電体板内部の電磁界と電磁誘導によって結合し、
電波を放射することを特徴とする平面アンテナにある。
## EQU12 ## Arg {H (k Rj)} = ξ (0 ≦ ξ
All radiating elements are arranged on the virtual concentric circle group represented by the relation of ≦ 2π), and at the same time, the radiating elements on each virtual concentric circle are virtual orthogonal orthogonal to the virtual reference line and passing through the reference point q. It is arranged only on either side of the line as a boundary, the longitudinal central axes of all the radiating elements are parallel to the virtual reference line, and all the radiating elements are not directly fed, Coupled by electromagnetic induction and electromagnetic field inside the dielectric plate,
It is a planar antenna characterized by emitting radio waves.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を実施例
にもとづき図面を参照して説明する。説明の都合上、本
発明の平面アンテナを送信アンテナとして説明するが、
電磁界の相反定理により、受信用には単に逆に作用する
にすぎないことは明らかである。また、特に断らない限
り、位相、角度は弧度法で表し、その単位はラジアンで
ある。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings based on examples. For convenience of explanation, the planar antenna of the present invention will be described as a transmitting antenna.
It is clear that by the reciprocity theorem of the electromagnetic field, it only works in reverse for reception. Unless otherwise specified, the phase and angle are represented by the radian method, and the unit is radian.

【0013】図2で示されるように、細長形導体の短辺
を等分割し長辺に平行な直線Lをその細長形導体の長
軸方向中心軸線と定義し、細長形導体の長辺を等分割し
短辺に平行な直線Lを短軸方向中心軸線と定義する。
As shown in FIG. 2, the straight side L 1 parallel to the long side obtained by equally dividing the short side of the elongated conductor is defined as the central axis of the elongated conductor in the long axis direction. Is divided into equal parts and a straight line L 2 parallel to the short side is defined as the center axis of the short axis direction.

【0014】ハンケル関数Hの偏角Arg{H}は、ハ
ンケル関数Hの実数部をRe{H}、虚数部をIm
{H}とするとき、逆正接関数を使って、
The argument Arg {H} of the Hankel function H has a real part Re {H} and an imaginary part Im of the Hankel function H.
When {H}, using the arctangent function,

【数13】 Arg{H}=tan−1[Im{H}/
Re{H}] で定義される。
Arg {H} = tan −1 [Im {H} /
Re {H}].

【0015】図1は本発明の平面アンテナの基本構成を
示しており、同軸コネクタ4から誘電体板の内部に導か
れた電磁界は、同軸コネクタの中心導体を対称軸とし
て、同心円状に誘電体板1内部を表面波モードで伝搬す
る。
FIG. 1 shows the basic structure of the planar antenna of the present invention. The electromagnetic field introduced from the coaxial connector 4 into the dielectric plate is concentrically dielectric with the central conductor of the coaxial connector as the axis of symmetry. It propagates in the body plate 1 in the surface wave mode.

【0016】数学的には、誘電体板内部の電磁界の伝搬
の姿態は、ハンケル関数を使って表される。よって、電
磁界が誘電体板内部を進むと、電磁界の位相はハンケル
関数の偏角で表される分だけ変化するので、誘電体板面
上で、同軸コネクタの中心軸を中心に、ハンケル関数の
偏角分だけ回転し、電磁界が誘電体板中で進んだ距離だ
け中心から離れた位置に放射素子が配設されるならば、
この規則に従って配設される放射素子群からは、円偏波
の電波が放射されることになる。
Mathematically, the mode of propagation of the electromagnetic field inside the dielectric plate is expressed using the Hankel function. Therefore, when the electromagnetic field advances inside the dielectric plate, the phase of the electromagnetic field changes by the amount represented by the deflection angle of the Hankel function. If the radiating element is arranged at a position separated from the center by the distance traveled in the dielectric plate by rotating by the argument of the function,
Circularly polarized radio waves are radiated from the radiating element group arranged according to this rule.

【0017】誘電体板内部の電磁界の波長λは、電磁界
の周波数と誘電体の電磁気的な材料定数とで決まる。電
磁界の周波数をν、物質の誘電率、透磁率をそれぞれ
ε、μとすると、
The wavelength λ of the electromagnetic field inside the dielectric plate is determined by the frequency of the electromagnetic field and the electromagnetic material constant of the dielectric. If the frequency of the electromagnetic field is ν and the permittivity and permeability of the substance are ε and μ, respectively,

【数14】 k=2πν√(εμ)=2π/λ で、表される定数kは波数と呼ばれ、電磁界の伝搬を特
徴づける定数である。誘電体板表面において、誘電体板
の内部と外部では波長が異なるが、誘電体板面に対して
接線方向の電磁界の波長は誘電体内部と外部で等しいこ
とが電磁界理論より導かれ、この接線方向の電磁界の波
動を表面波という。誘電体板表面に対して垂直方向の電
磁界の波長は、誘電体内部と外部で異なっており、この
ため合成された電磁界の波長は誘電体内部と外部で異な
る。しかし誘電体板の厚みが小さいときには、誘電体板
内部の電磁界の波長と表面波の波長はほぼ等しく、上記
のεは誘電体板の厚みを考慮した等価的な材料定数とし
て定義できる。即ち、等価的材料定数を用いて導出され
た波長は、表面波の波長に等しい。
The constant k represented by k = 2πν√ (εμ) = 2π / λ is called a wave number and is a constant characterizing the propagation of the electromagnetic field. On the surface of the dielectric plate, the wavelength is different between the inside and outside of the dielectric plate, but it is derived from the electromagnetic field theory that the wavelength of the electromagnetic field in the tangential direction to the surface of the dielectric plate is the same inside and outside the dielectric, The wave of the electromagnetic field in the tangential direction is called a surface wave. The wavelength of the electromagnetic field in the direction perpendicular to the surface of the dielectric plate is different inside and outside the dielectric, and therefore the wavelength of the combined electromagnetic field is different inside and outside the dielectric. However, when the thickness of the dielectric plate is small, the wavelength of the electromagnetic field inside the dielectric plate and the wavelength of the surface wave are almost equal, and the above ε can be defined as an equivalent material constant in consideration of the thickness of the dielectric plate. That is, the wavelength derived using the equivalent material constant is equal to the wavelength of the surface wave.

【0018】数学的には、円偏波を放射する放射素子を
配設する規則は図3で表され、基準点aを中心として、
放射素子が配設される点xと点aとの距離rは、点a
を通る
Mathematically, the rule for arranging the radiating element that radiates circularly polarized wave is shown in FIG.
The distance r x between the point a where the radiating element is arranged and the point a is equal to the point a.
Pass through

【数15】 θ=Arg{H(k r)} の関係にある。基準点aは誘電体板の放射素子が配設さ
れる面の中央部に位置し、他方の面の接地導体中央部の
給電点と誘電体板を挟んで上下の位置で一致している。
## EQU15 ## There is a relationship of θ = Arg {H (k r x )}. The reference point a is located at the center of the surface of the dielectric plate on which the radiating element is arranged, and coincides with the feeding point at the center of the ground conductor on the other surface at the upper and lower positions with the dielectric plate in between.

【0019】ハンケル関数の性質によって、電磁界の波
長は誘電体板内部で僅かに変化するが、その変化量は無
視できるほどに小さいので、ハンケル関数の計算をせず
とも、アルキメデスの螺旋を使っても、円偏波のパター
ンを構成することが可能である。
Due to the nature of the Hankel function, the wavelength of the electromagnetic field slightly changes inside the dielectric plate, but the amount of change is so small that it can be ignored. Therefore, without calculating the Hankel function, the spiral of Archimedes is used. However, it is possible to form a circular polarization pattern.

【0020】即ち、基準点を中心に一周する毎に、基準
点からの距離が、表面波の波長分だけ増加する割合で、
アルキメデスの螺旋を構成し、この仮想的に描いたアル
キメデスの螺旋上に放射素子を配設すればよい。
That is, the distance from the reference point increases by the wavelength of the surface wave each time the circuit makes one round around the reference point.
An Archimedean spiral may be formed, and the radiating element may be arranged on the virtually drawn Archimedean spiral.

【0021】実際には、放射素子と誘電体板内部電磁界
との結合によって表面波の波長が短縮する効果が現れ
る。結合量の大きい放射素子の外側では波長の短縮率も
大きくなり、このためアルキメデスの螺旋を構成してゆ
くとき、基準点との距離が増加する割合を小さくした螺
旋にする必要がある。また、放射素子は放射インピーダ
ンスを持つので、放射素子の放射する電波の位相が変化
する。このため、完全な円偏波を放射するには、アルキ
メデスの螺旋上の位置から、基準点を中心に放射位相の
変化分だけ回転した位置、もしくは放射位相の変化分に
相当する電気長だけ基準点方向に移動した位置に、放射
素子を配設する必要がある。このように、よりよい放射
パターンを設計するためには、誘電体板の材料定数と寸
法をパラメータとして、放射素子と誘電体内部電磁界と
の結合量の変化、放射される電波の位相変化の様子を数
値解析によって把握しておく必要がある。
In practice, the effect of shortening the wavelength of the surface wave appears due to the coupling between the radiating element and the electromagnetic field inside the dielectric plate. The wavelength shortening rate also increases outside the radiating element with a large amount of coupling. Therefore, when the Archimedean spiral is constructed, it is necessary to reduce the rate of increase in the distance from the reference point. Further, since the radiating element has a radiation impedance, the phase of the radio wave radiated by the radiating element changes. For this reason, in order to radiate a perfect circularly polarized wave, a position rotated by the change in the radiation phase from the position on the spiral of Archimedes about the reference point or the electrical length corresponding to the change in the radiation phase is used as the reference. It is necessary to dispose the radiating element at the position moved in the point direction. As described above, in order to design a better radiation pattern, the change in the coupling amount between the radiating element and the dielectric internal electromagnetic field and the change in the phase of the radiated radio wave are performed with the material constant and the dimension of the dielectric plate as parameters. It is necessary to understand the situation by numerical analysis.

【0022】図3のように一つの放射素子が互いに平行
でない二本の細長形導体から構成されるとき、それぞれ
の細長形導体から放射される電波は、放射素子から離れ
た遠方では重ね合わさって、電波の偏波方向が時間的に
回転する楕円偏波の電波になる。一般の平面アンテナは
平面の法線方向に鋭い指向性を持つが、本発明の平面ア
ンテナでは、所要数の放射素子について、図3中のγ、
η、δで表される角度と、基準点からそれぞれの細長形
導体までの距離rとrとの差、および細長形導体の
長さを制御し、適切に放射素子を配設することにより、
所要の楕円偏波を得ることができ、アンテナの指向性を
変化させることが可能になる。これにより本発明の平面
アンテナでは、仰角をつけることなく、垂直の壁に直接
取り付けた状態で、衛星放送を受信することも可能であ
る。
As shown in FIG. 3, when one radiating element is composed of two elongated conductors which are not parallel to each other, the radio waves radiated from the respective elongated conductors are superposed at a distance from the radiating element. , Radio waves of elliptical polarization whose polarization direction rotates with time. Although a general planar antenna has a sharp directivity in the normal direction of the plane, in the planar antenna of the present invention, γ in FIG.
Properly disposing the radiating element by controlling the difference between the angles represented by η and δ and the distances r x and r y from the reference point to each elongated conductor and the length of the elongated conductor. Due to
The required elliptical polarization can be obtained, and the directivity of the antenna can be changed. As a result, the planar antenna of the present invention can also receive satellite broadcasts without being attached to an elevation angle while being directly attached to a vertical wall.

【0023】図4で一つの放射素子が、二本の長さが等
しい細長形導体から構成され、互いの長軸方向中心軸線
の延長線が直交し、それぞれの細長形導体の長軸方向中
心軸線と短軸方向中心軸線の交点s、tから、基準点b
までの距離の差が、誘電体板の表面波の波長λの1/4
であり、かつ、それぞれの細長形導体の長軸方向中心軸 は、この二本の細長形導体から放射される電波は重なり
合って、完全な円偏波になる。ここで、基準点bも基準
点aと同様に、誘電体板の接地導体面にある給電点と、
誘電体板を挟んで上下の位置で一致する。
In FIG. 4, one radiating element is composed of two elongated conductors having the same length, the extension lines of the central axes of the respective longitudinal axes are orthogonal to each other, and the longitudinal centers of the respective elongated conductors are the same. From the intersections s and t of the axis and the central axis in the minor axis direction, the reference point b
Difference of 1/4 of the wavelength λ of the surface wave of the dielectric plate
And the central axis in the long axis direction of each elongated conductor , The radio waves radiated from these two elongated conductors overlap each other, resulting in perfect circular polarization. Here, similarly to the reference point a, the reference point b is a feeding point on the ground conductor surface of the dielectric plate,
The upper and lower parts are aligned with the dielectric plate in between.

【0024】即ち、図5で示されるように、基準点から
の距離が、それぞれの二本の細長形導体の位置では波長
の1/4の距離差があるため、基準点の位置から給電さ
れ伝搬する電磁界は、二本の細長形導体の位置でπ/2
の位相差があることになり、二本の細長形導体から放射
される電波もπ/2の位相差を持つことになる。かつ、
両細長形導体は誘電体板面上で、それぞれの長軸方向の
角度がπ/2だけ違うために、放射される電波の偏波方
向も、空間的にπ/2の位相差を持つ。また、図4の角
αで表されるように、基準点方向に対するそれぞれの細
長形導体の長軸方向中心軸線の傾きが等しく、細長形導
体の長さも等しいとき、誘電体板内部の電磁界との結合
量が等しいことになり、それぞれの細長形導体から放射
される電波の強さは等しい。よって、図5で示されるよ
うに、二本の細長形導体から放射される電波を、ベクト
ル的に加えると、合成された電波の偏波方向は、時間的
に回転する円偏波の電波が放射される。
That is, as shown in FIG. 5, since the distance from the reference point is a distance difference of 1/4 of the wavelength at the position of each of the two elongated conductors, power is supplied from the position of the reference point. The propagating electromagnetic field is π / 2 at the position of the two elongated conductors.
Therefore, the radio waves radiated from the two elongated conductors also have a phase difference of π / 2. And,
Since both elongated conductors have different angles in the long axis direction by π / 2 on the dielectric plate surface, the polarization directions of the radiated radio waves also have a spatial phase difference of π / 2. Further, as indicated by an angle α in FIG. 4, when the inclinations of the central axes of the elongated conductors with respect to the reference point direction are equal and the elongated conductors are also equal in length, the electromagnetic field inside the dielectric plate is The amount of coupling with is equal, and the strength of the radio waves emitted from each elongated conductor is equal. Therefore, as shown in FIG. 5, when the radio waves radiated from the two elongated conductors are added in vector, the polarization directions of the combined radio waves are circular polarization waves that rotate with time. Is emitted.

【0025】特願平11−377398号に示される平
面アンテナでは、円偏波放射パターンの場合、基準線に
対して水平成分、垂直成分それぞれについて瞬時の放射
強度分布を見たときは、アンテナ面全体では一様でなく
偏りがあるため、利得が高くならない。
In the planar antenna shown in Japanese Patent Application No. 11-377398, in the case of a circularly polarized radiation pattern, when the instantaneous radiation intensity distribution is observed for each of the horizontal and vertical components with respect to the reference line, the antenna surface The gain is not high because it is not uniform and biased as a whole.

【0026】即ち、図6で示されるように、細長形導体
の長軸方向中心軸線の延長線と仮想基準線との間の角が
大きくなるにしたがって、それぞれの細長形導体が放射
する電波の仮想基準線に平行な水平成分は小さくなり、
また反対に、仮想基準線に垂直な成分は大きくなる。よ
って、円偏波を、水平、垂直両成分について見たとき、
アンテナ面全体では、垂直成分の放射強度は8の字状に
分布する。反対に、水平成分は、垂直成分の放射強度分
布と直交した8の字状に分布する。
That is, as shown in FIG. 6, as the angle between the extension line of the long-axis center axis of the elongated conductor and the virtual reference line increases, the radio wave emitted by each elongated conductor is increased. The horizontal component parallel to the virtual reference line becomes smaller,
On the contrary, the component perpendicular to the virtual reference line becomes large. Therefore, when we look at circularly polarized waves for both horizontal and vertical components,
The radiation intensity of the vertical component is distributed in a figure 8 shape over the entire antenna surface. On the contrary, the horizontal component is distributed in a figure 8 shape orthogonal to the radiant intensity distribution of the vertical component.

【0027】したがって図7で示されるように、円偏波
をしている電波の水平成分の指向性は、仮想基準線を含
む水平面内の指向性は鋭くなるが、垂直面内の指向性は
鋭くならない。反対に、電波の垂直成分の指向性は、こ
の逆のことが起こり、合成された円偏波の電波の指向性
は十分に鋭くならない。一般に、アンテナ面全体から均
一な放射強度で放射されるとき、指向性が鋭くなり、利
得も高くなる。即ち、水平、垂直両偏波成分がそれぞれ
8の字状に分布する特願平11−377398号に示さ
れる平面アンテナでは、鋭い指向性が得られず、十分な
利得が得られない。
Therefore, as shown in FIG. 7, the directivity of the horizontal component of the circularly polarized radio wave is sharp in the horizontal plane including the virtual reference line, but is not in the vertical plane. Not sharp. On the contrary, the reverse of the directivity of the vertical component of the radio wave occurs, and the directivity of the combined circularly polarized radio wave is not sufficiently sharp. Generally, when radiation is performed with uniform radiation intensity from the entire antenna surface, the directivity becomes sharp and the gain becomes high. That is, in the plane antenna shown in Japanese Patent Application No. 11-377398, in which both horizontal and vertical polarization components are distributed in a figure 8, sharp directivity cannot be obtained and sufficient gain cannot be obtained.

【0028】図8の実施例は、本発明の平面アンテナに
かかる円偏波を放射する基本的な放射素子のパターンで
あり、各々の放射素子11それぞれが円偏波を放射する
ので、電波の水平成分、垂直成分ともに、アンテナ面上
での放射強度分布が均一になり、指向性が鋭くなって、
アンテナ利得が向上する。円偏波の回転方向、即ち、右
旋偏波と左旋偏波によって、アルキメデスの螺旋の巻く
方向、および一つの放射素子を構成する二本の細長形導
体11の傾きの方向を変える必要があることは明らかで
ある。
The embodiment of FIG. 8 is a basic radiating element pattern for radiating circularly polarized waves according to the planar antenna of the present invention. Since each radiating element 11 radiates circularly polarized wave, the radio wave For both horizontal and vertical components, the radiation intensity distribution on the antenna surface becomes uniform, and the directivity becomes sharp,
Antenna gain is improved. It is necessary to change the rotating direction of the circularly polarized wave, that is, the rightwardly polarized wave and the leftwardly polarized wave, to change the winding direction of Archimedes's spiral and the inclination direction of the two elongated conductors 11 constituting one radiating element. That is clear.

【0029】図9に示される実施例は、図8の細長形導
体のパターンを基にして構成した、一つの放射素子が一
本の細長形導体14によって構成されるパターンの例で
ある。アンテナ全体としては、円偏波の電波が放射され
ることになんら変わりはなく、放射素子の長さ、間隔を
調節することで図8の実施例と同じく良好な特性を得る
ことができる。一つの放射素子が、一本または二本の細
長形導体から構成されるような、図8、図9の両放射素
子が混在するパターンとすることも可能である。
The embodiment shown in FIG. 9 is an example of a pattern in which one radiating element is constituted by one elongated conductor 14 based on the pattern of the elongated conductor of FIG. Circularly polarized radio waves are radiated as a whole antenna, and by adjusting the length and spacing of the radiating elements, good characteristics can be obtained as in the embodiment of FIG. It is also possible to adopt a pattern in which both the radiating elements of FIGS. 8 and 9 are mixed such that one radiating element is composed of one or two elongated conductors.

【0030】図8および図9の実施例では、全ての放射
素子を構成する細長形導体11,14の長さ、および隣
り合う放射素子の間隔が等しくなっているが、個々の放
射素子で細長形導体11,14の長さが異なった構成を
採ることや、隣り合う放射素子の間隔が異なる構成を採
ることは、誘電体板10,13内部の電磁界との結合量
を調節して、アンテナ面内の放射強度分布を均一にする
上で有効である。
In the embodiments of FIGS. 8 and 9, the lengths of the elongated conductors 11 and 14 forming all the radiating elements and the intervals between the adjacent radiating elements are equal, but the individual radiating elements are elongated. By adopting a configuration in which the shaped conductors 11 and 14 have different lengths or a configuration in which the distance between adjacent radiating elements is different, the coupling amount with the electromagnetic field inside the dielectric plates 10 and 13 is adjusted, This is effective in making the radiation intensity distribution in the antenna plane uniform.

【0031】本発明の平面アンテナでは、誘電体中に導
かれた電磁界は、誘電体板を導波路として伝搬する。こ
れは周波数の高い電磁界は、空気中よりも、誘電体中の
方が伝わりやすい性質があるためであり、光が光ファイ
バーの中を伝搬する様子に似ている。
In the planar antenna of the present invention, the electromagnetic field introduced into the dielectric propagates through the dielectric plate as a waveguide. This is because an electromagnetic field having a high frequency has a property of being easily propagated in a dielectric material rather than in air, which is similar to how light propagates in an optical fiber.

【0032】本発明の平面アンテナでは、どの細長形導
体も直接給電されているわけでないが、図10で示され
るように、誘電体板内部の電磁界(図10では、電界を
Eで表し、磁界をHで表す)と電磁誘導によって結合
し、細長形導体に電流(図10では、i,i)が流
れ電波が放射される。
In the planar antenna of the present invention, no elongated conductor is directly fed, but as shown in FIG. 10, an electromagnetic field inside the dielectric plate (in FIG. 10, an electric field is represented by E, A magnetic field is represented by H) by electromagnetic induction, and a current (i 1 , i 2 in FIG. 10) flows through the elongated conductor, and a radio wave is radiated.

【0033】本発明の円偏波放射素子を配設する規則
は、特開昭57−87603号と同じ規則に基づいてい
るが、特開昭57−87603号では放射素子が金属板
上に形成されたハの字状のスロット対であり、本発明の
平面アンテナでは誘電体板上の二本の細長形導体である
点が異なる。
The rule of arranging the circularly polarized wave radiating element of the present invention is based on the same rule as in JP-A-57-87603, but in JP-A-57-87603, the radiating element is formed on a metal plate. They are a pair of inverted V-shaped slots, and the planar antenna of the present invention is different in that they are two elongated conductors on a dielectric plate.

【0034】また、特開昭57−87603号の平面ア
ンテナは、二枚の金属板で挟まれた空間を電磁界が伝搬
し、スロットが電波を放射するのに対し、本発明の平面
アンテナでは、誘電体内部を電磁界が伝搬し、誘電体内
部の電磁界と電磁誘導で結合した細長形導体に流れる電
流が、電波を放射する。
Further, in the flat antenna of Japanese Patent Laid-Open No. 57-87603, an electromagnetic field propagates through a space sandwiched by two metal plates and the slot radiates a radio wave, whereas the flat antenna of the present invention has a flat antenna. , An electromagnetic field propagates inside the dielectric, and a current flowing through an elongated conductor coupled with the electromagnetic field inside the dielectric by electromagnetic induction radiates radio waves.

【0035】即ち、電磁気学的には、特開昭57−87
603号の平面アンテナは、二枚の金属板で挟まれた空
間を、TEMモードで伝搬する電磁界と結合した、スロ
ットの磁流による放射であるのに対し、本発明の平面ア
ンテナでは、表面波モードで誘電体板内部を伝搬する電
磁界と結合した、細長形導体に流れる電流による放射で
あり、アンテナの動作機構が異なる。
That is, electromagnetically, it is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 57-87.
In the planar antenna of No. 603, the space sandwiched by the two metal plates is radiated by the magnetic current of the slot, which is coupled with the electromagnetic field propagating in the TEM mode. This is radiation due to a current flowing in an elongated conductor that is coupled with an electromagnetic field propagating inside the dielectric plate in the wave mode, and the operating mechanism of the antenna is different.

【0036】特願平11−377398号に示される平
面アンテナで円偏波を放射するパターンでは、一つの放
射素子が一本の細長形導体からなり、全ての細長形導体
の長軸方向中心軸線の延長線が、基準点を通過するよう
に配設されている。これに対して、本発明の平面アンテ
ナの円偏波を放射するパターンでは、一つの放射素子
は、一本または、互いに平行でない二本の細長形導体の
対で構成され、どの細長形導体の長軸方向中心軸線の延
長線も基準点を通過しない。これにより特願平11−3
77398号に示される平面アンテナよりも、アンテナ
面全体から均一な放射強度分布を得ることが可能にな
り、高い利得を得ることができる。
In the pattern for radiating circularly polarized waves in the plane antenna disclosed in Japanese Patent Application No. 11-377398, one radiating element is composed of one elongated conductor, and the central axes of all elongated conductors in the long axis direction. The extension line of is arranged so as to pass through the reference point. On the other hand, in the pattern for radiating the circularly polarized wave of the planar antenna of the present invention, one radiating element is composed of one or two pairs of elongated conductors which are not parallel to each other, and which elongated conductor The extension line of the central axis of the long axis does not pass through the reference point. As a result, Japanese Patent Application No. 11-3
It is possible to obtain a uniform radiation intensity distribution over the entire antenna surface and obtain a higher gain than the plane antenna shown in No. 77398.

【0037】図11は、直線偏波を放射するパターンを
配設する規則を示している。基準点qを通過する仮想基
準線と、点qを通過し仮想基準線に直交する仮想直交線
を用いて、仮想基準線と平行な方向に偏波した、直線偏
波を放射する放射素子パターンを作成する。このとき基
準点qは、誘電体板の放射素子が配設される面の中央部
に位置し、他方の面の接地導体中央部の給電点と誘電体
板を挟んで上下の位置で一致している。
FIG. 11 shows rules for arranging a pattern for radiating linearly polarized waves. A radiating element pattern that radiates a linearly polarized wave that is polarized in a direction parallel to the virtual reference line by using a virtual reference line that passes the reference point q and a virtual orthogonal line that passes the point q and is orthogonal to the virtual reference line. To create. At this time, the reference point q is located at the center of the surface of the dielectric plate on which the radiating element is arranged, and coincides with the feeding point at the center of the ground conductor on the other surface at the upper and lower positions with the dielectric plate in between. ing.

【0038】給電点から給電される電磁界は、基準点q
を中心に誘電体板中を同心円状に伝搬し、その姿態はハ
ンケル関数で表される。このとき、ζ(0≦ζ≦2π)
の任意の定数とし、
The electromagnetic field fed from the feeding point is the reference point q.
Propagating concentrically in the dielectric plate centered around, and its form is represented by the Hankel function. At this time, ζ (0 ≦ ζ ≦ 2π)
, Any constant of

【数16】 Arg{H(k r)}=ζ の関係にあるrを半径とする、円周上にある放射素子は
等しい位相の電波を放射する。上式を満足するrは無限
に存在するので、同心円群を構成し、これらの同心円群
上に配設された、仮想基準線と平行に配設された等しい
長さの放射素子からは、すべて同一位相の電波が放射さ
れる。
## EQU16 ## Radiating elements on the circumference of which radius is r having a relationship of Arg {H (k r)} = ζ radiate radio waves of the same phase. Since r satisfying the above equation exists infinitely, all of the radiating elements of equal length which are formed in the concentric circle group and arranged on the concentric circle group and arranged in parallel with the virtual reference line are Radio waves with the same phase are radiated.

【0039】このとき、同一円周上にある放射素子で
は、仮想直交線を境界として右側と左側で放射される電
波の向きが正反対になり、空間的に位相がπラジアンだ
け異なることになる。このままでは、仮想直交線を境界
に右側の放射素子からの電波と、左側からの放射素子か
らの電波が打ち消しあうことになる。これを避けるた
め、同一円周上では仮想直交線を境界として、左右どち
らか一方のみに放射素子を配設する。
At this time, in the radiating elements on the same circumference, the directions of the radio waves radiated on the right side and the left side are opposite to each other with the virtual orthogonal line as a boundary, and the phases are spatially different by π radian. As it is, the radio wave from the radiating element on the right side and the radio wave from the radiating element from the left side cancel each other with the virtual orthogonal line as a boundary. In order to avoid this, the radiating element is arranged only on one of the left and right sides with the virtual orthogonal line as a boundary on the same circumference.

【0040】仮想直交線の反対側にはπラジアンだけ異
なる電波を放射する放射素子を配設すれば、打ち消しあ
うことなく強めあうことになるので、
If radiating elements that radiate radio waves different by π radians are arranged on the opposite side of the virtual orthogonal line, they will strengthen each other without canceling each other.

【数17】 ζ−ξ=π となる定数ξ(0≦ξ≦2π)を使って、Ζ−ξ = π Using the constant ξ (0 ≦ ξ ≦ 2π)

【数18】 Arg{H(k r’)}=ξ を満足するr’を半径とする同心円群を使って、その円
周上に放射素子を配設すればよい。このとき放射素子
は、放射素子である細長形導体の長軸方向中心軸線と短
軸方向中心軸線との交点が、上式で形成された円周上に
一致するように配設する。
[Equation 18] A radiating element may be arranged on the circumference of a concentric circle group having a radius r ′ satisfying Arg {H (k r ′)} = ξ. At this time, the radiating element is arranged such that the intersection of the central axis of the elongated conductor and the central axis of the short axis of the elongated conductor, which is the radiating element, coincides with the circumference formed by the above equation.

【0041】実際のパターンの設計では、円偏波のパタ
ーンにアルメキデス螺旋を使ったのと同じ理由で、表面
波の波長の半分を交差とする数列を半径にした同心円群
を使って、誘電体板上で半径の小さい順に、仮想直交線
の左右に放射素子を配設すればよい。また、実際の誘電
体板内の電磁界は、放射素子との結合によって波長が短
縮するため、よりよいパターン設計のためには、放射素
子と誘電体板内部電磁界との結合量を考慮し、同心円群
の半径の差を表面波の半波長より小さくする必要がある
ことも、円偏波パターンを設計するときと同じである。
In the design of the actual pattern, for the same reason as using the Armedides spiral for the circularly polarized pattern, a group of concentric circles having a radius of several sequences intersecting half the wavelength of the surface wave is used and the dielectric The radiating elements may be arranged on the left and right of the virtual orthogonal line in the ascending order of radius on the plate. In addition, since the actual electromagnetic field in the dielectric plate has a shortened wavelength due to coupling with the radiating element, the coupling amount between the radiating element and the electromagnetic field inside the dielectric plate should be considered for better pattern design. , It is also the same as when designing a circular polarization pattern that the difference in radius of the concentric circle group needs to be smaller than the half wavelength of the surface wave.

【0042】本発明の直線偏波を配設する規則は、特願
平11−377398号に示される平面アンテナの直線
偏波を放射するものと同じである。しかし、特願平11
−377398号では、全ての放射素子の長軸方向中心
軸線が基準点を通過するのに対し、本発明では全ての放
射素子が、仮想基準線と平行である点で異なる。
The rule for arranging the linearly polarized wave of the present invention is the same as that for radiating the linearly polarized wave of the plane antenna disclosed in Japanese Patent Application No. 11-377398. However, Japanese Patent Application No. 11
In -377398, the central axis of the long axis direction of all the radiating elements passes through the reference point, whereas in the present invention, all the radiating elements are parallel to the virtual reference line.

【0043】図12は特願平11−377398号にあ
る、仮想基準線方向に偏波した、直線偏波を放射する原
理を示している。放射素子は、全ての放射素子が基準点
の方向を向いているので、その放射する電波は仮想基準
線と直交する電波の成分を含んでいることになる。この
偏波方向に直交する成分は、仮想基準線に対して対称な
位置にある放射素子から放射される電波によって打ち消
されることになる。即ち、図12で、Bの放射素子から
放射される電波の仮想基準線と直交する電波の成分は、
B’の位置にある放射素子から放射される電波によっ
て、直交する成分どうしが打ち消しあい、仮想基準線と
平行な成分のみが残ることになる。このため、給電され
た電波が有効に放射されないことになり、アンテナとし
ての効率が劣る。
FIG. 12 shows the principle of radiating a linearly polarized wave polarized in the virtual reference line direction in Japanese Patent Application No. 11-377398. Since all the radiating elements of the radiating element face the direction of the reference point, the radiated radio wave includes a radio wave component orthogonal to the virtual reference line. The component orthogonal to the polarization direction is canceled by the radio wave emitted from the radiating element located symmetrically with respect to the virtual reference line. That is, in FIG. 12, the component of the radio wave orthogonal to the virtual reference line of the radio wave emitted from the radiating element of B is
The radio waves radiated from the radiating element at the position B ′ cancel out the orthogonal components, leaving only the component parallel to the virtual reference line. For this reason, the supplied radio waves are not effectively radiated, and the efficiency as an antenna is poor.

【0044】図13は本発明の直線偏波を放射するパタ
ーンの例である。放射素子は全て、仮想基準線に平行に
配設されており、仮想基準線に垂直な成分を放射するこ
とがない。このため給電された電力に損失がなく、アン
テナの効率が高くなる。即ち、特願平11−37739
8号の直線偏波を放射するパターンでは、給電された電
力のうち、半分は打ち消しあって有効に放射されること
なく、最大でもアンテナの効率は50%にしかならな
い。これに対し、本発明の直線偏波を放射するパターン
では、打ち消しあうことなく給電された電力は有効に放
射されるので、高効率のアンテナとすることが可能であ
る。
FIG. 13 shows an example of a pattern for radiating linearly polarized waves according to the present invention. All the radiating elements are arranged parallel to the virtual reference line, and do not radiate a component perpendicular to the virtual reference line. Therefore, there is no loss in the supplied power, and the efficiency of the antenna is high. That is, Japanese Patent Application No. 11-37739
In the pattern of radiating the linearly polarized wave of No. 8, half of the supplied power is canceled out and is not effectively radiated, and the efficiency of the antenna is only 50% at maximum. On the other hand, in the pattern for radiating the linearly polarized wave according to the present invention, the supplied electric power is effectively radiated without canceling each other, so that the antenna can be made highly efficient.

【0045】図13の実施例では、全ての放射素子が同
じ長さであるが、誘電体内部の電磁界との結合を調節す
るため、放射素子ごとの長さの調整は有効である。
In the embodiment of FIG. 13, all the radiating elements have the same length, but since the coupling with the electromagnetic field inside the dielectric is adjusted, the length adjustment for each radiating element is effective.

【0046】図14、図15の実施例は、同軸コネクタ
が誘電体板51に接続する給電点で、電磁界の反射を小
さくし、インピーダンス整合をとるための例である。
The embodiments of FIGS. 14 and 15 are examples for reducing the reflection of an electromagnetic field at the feeding point where the coaxial connector is connected to the dielectric plate 51 and for impedance matching.

【0047】図14では同軸コネクタの外導体54をテ
ーパ状に広げる接合金具57を用い、さらに同軸コネク
タの中心導体55に接続された、テーパを持つ導体58
によって、円形導体56に接続している。ここで円形導
体56は、電波の放射のために配設されているのではな
く、誘電体板51内部に導かれた電磁界を、誘電体板の
横方向に表面波モードで伝搬させるためのガイドの役目
をはたしている。円形導体56や金具57を用いない構
成とすることも可能である。
In FIG. 14, a joining metal fitting 57 for expanding the outer conductor 54 of the coaxial connector in a tapered shape is used, and a tapered conductor 58 connected to the center conductor 55 of the coaxial connector is used.
Is connected to the circular conductor 56. Here, the circular conductor 56 is not provided for the emission of radio waves, but is used for propagating the electromagnetic field guided inside the dielectric plate 51 in the surface wave mode in the lateral direction of the dielectric plate 51. It serves as a guide. It is also possible to adopt a configuration in which the circular conductor 56 and the metal fitting 57 are not used.

【0048】図15では同軸コネクタの中心導体55に
接続した、ねじを切ったスタブ60を上下する事によ
り、インピーダンス整合を図る。スタブ60が円形導体
の役目もはたしている。
In FIG. 15, impedance matching is achieved by moving up and down a threaded stub 60 connected to the center conductor 55 of the coaxial connector. The stub 60 also serves as a circular conductor.

【0049】図16は、同軸コネクタの中心導体55と
円形導体56を接続するための導体58の変形例であ
る。
FIG. 16 shows a modification of the conductor 58 for connecting the central conductor 55 and the circular conductor 56 of the coaxial connector.

【0050】図17は、本発明にかかる放射素子を構成
する、細長形導体の変形例である。
FIG. 17 shows a modification of the elongated conductor which constitutes the radiating element according to the present invention.

【0051】大電力を必要とする場合や、電気的に指向
性を変える必要のある場合には、本発明にかかる平面ア
ンテナを所要数用いて、アレーアンテナとすればよい。
When a large amount of electric power is required or when it is necessary to electrically change the directivity, a required number of planar antennas according to the present invention may be used to form an array antenna.

【0052】アンテナ表面には、放射素子パターン保護
のため、適宜、レドーム等の保護構造を設けても良い。
A protective structure such as a radome may be appropriately provided on the surface of the antenna to protect the radiating element pattern.

【0053】[0053]

【発明の効果】本発明の平面アンテナは、以上説明した
ように構成されているので、以下に記載されるような効
果を奏する。
Since the planar antenna of the present invention is constructed as described above, it has the following effects.

【0054】アンテナ面全体から均一な放射強度分布が
得られるので、指向性が鋭くなり、アンテナ利得が高く
なる。
Since a uniform radiation intensity distribution can be obtained from the entire antenna surface, the directivity becomes sharp and the antenna gain becomes high.

【0055】全て誘電体に一体化され、また平面のみに
よって構成されているので、中空構造を持つ平面アンテ
ナや、パラボラアンテナのように曲面構造を持ち、かつ
焦点の位置に一次放射器を支持しなければならないアン
テナに比べ、格段に堅牢であり、機械的に強くなる。
Since all are integrated with the dielectric and are composed of only planes, they have a plane antenna having a hollow structure, a curved structure like a parabolic antenna, and support the primary radiator at the focal position. It is much more robust and mechanically stronger than the antenna it must have.

【0056】平面アンテナであるから屋外に設置した場
合、従来の衛星放送用パラボラアンテナのように三次元
的な構成をしているアンテナに比べ、風雪の影響を受け
難く耐久性が増す。
Since it is a plane antenna, when it is installed outdoors, it is less susceptible to the effects of wind and snow and is more durable than an antenna having a three-dimensional structure such as a conventional satellite dish for satellite broadcasting.

【0057】移動体に使用する場合は、従来型のパラボ
ラアンテナに比べて、携帯に必要な容積が小さくなり、
移動体通信に適している。
When used as a moving body, the volume required for carrying is smaller than that of a conventional parabolic antenna,
Suitable for mobile communication.

【0058】円偏波用平面アンテナ、直線偏波用平面ア
ンテナともに、同様の構造をしており、放射素子のパタ
ーンを変えるだけで、偏波を変えた平面アンテナが製造
できることになり、製造コストを押さえることができ
る。
Both the plane antenna for circular polarization and the plane antenna for linear polarization have the same structure, and it is possible to manufacture the plane antenna with the polarized wave changed only by changing the pattern of the radiating element. Can be held down.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明にかかる平面アンテナの基本構成を示
す、内部構造を明示した俯瞰図である。
FIG. 1 is a bird's-eye view clearly showing the internal structure, showing the basic configuration of a planar antenna according to the present invention.

【図2】細長形導体の中心軸線の定義を説明する図面で
ある。
FIG. 2 is a drawing for explaining the definition of the central axis of the elongated conductor.

【図3】楕円偏波パターンを配設する規則を説明する図
面である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a rule for arranging an elliptically polarized wave pattern.

【図4】円偏波パターンを配設する規則を説明する図面
である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a rule for arranging a circular polarization pattern.

【図5】図4の二本の細長形導体が、円偏波を放射する
原理を説明する図面である。
5 is a drawing for explaining the principle of circular polarization of the two elongated conductors of FIG.

【図6】特願平11−377398号の円偏波パターン
が放射する電波に、アンテナ面上で放射強度分布に偏り
があることを説明する図面である。
FIG. 6 is a diagram for explaining that a radio wave radiated by a circular polarization pattern of Japanese Patent Application No. 11-377398 has a biased radiation intensity distribution on the antenna surface.

【図7】特願平11−377398号の円偏波パターン
では、円偏波の水平成分の指向性、および利得に、水平
面と垂直面で違いがあることを説明する図面である。
FIG. 7 is a diagram explaining that in the circular polarization pattern of Japanese Patent Application No. 11-377398, there are differences in the directivity and gain of the horizontal component of the circular polarization between the horizontal plane and the vertical plane.

【図8】本発明にかかる円偏波を放射するパターンの、
放射素子が二本の細長形導体からなる場合の実施例であ
る。
FIG. 8 shows a pattern for radiating circularly polarized waves according to the present invention,
This is an embodiment in which the radiating element is composed of two elongated conductors.

【図9】本発明にかかる円偏波を放射するパターンの、
放射素子が一本の細長形導体からなる場合の実施例であ
る。
FIG. 9 shows a pattern of circularly polarized radiation according to the present invention,
It is an example in the case where the radiating element is composed of one elongated conductor.

【図10】細長形導体が、誘電体内部の電磁界と結合す
る様子を模式的に説明する図面である。
FIG. 10 is a diagram schematically illustrating how an elongated conductor is coupled with an electromagnetic field inside a dielectric.

【図11】本発明の、直線偏波を放射する放射素子の配
設規則を説明する図面である。
FIG. 11 is a drawing for explaining the arrangement rule of the radiating element that radiates a linearly polarized wave according to the present invention.

【図12】特願平11−377398号の直線偏波パタ
ーンが、原理的にアンテナ効率が高くならないことを説
明する図面である。
FIG. 12 is a diagram illustrating that the linear polarization pattern of Japanese Patent Application No. 11-377398 does not increase the antenna efficiency in principle.

【図13】本発明の直線偏波パターンで、高効率の平面
アンテナが実現できることを説明する図面である。
FIG. 13 is a diagram illustrating that a highly efficient planar antenna can be realized with the linear polarization pattern of the present invention.

【図14】本発明にかかる平面アンテナの給電点でのイ
ンピーダンス整合を図るための、実施例である。
FIG. 14 is an embodiment for achieving impedance matching at the feeding point of the planar antenna according to the present invention.

【図15】本発明にかかる平面アンテナの給電点でのイ
ンピーダンス整合を図るための、実施例である。
FIG. 15 is an embodiment for achieving impedance matching at the feeding point of the planar antenna according to the present invention.

【図16】本発明にかかる平面アンテナの給電点でのイ
ンピーダンス整合を図るための、円形導体と同軸コネク
タの中心導体とを接続する導体の変形例である。
FIG. 16 is a modification of the conductor that connects the circular conductor and the central conductor of the coaxial connector for impedance matching at the feeding point of the planar antenna according to the present invention.

【図17】本発明にかかる平面アンテナの細長形導体の
変形例である。
FIG. 17 is a modification of the elongated conductor of the planar antenna according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、10、13、51 誘電体板 2、52 接地導体 3、11、14、53 放射素子 4 同軸コネクタ 5、58 同軸コネクタの中心導体と円形導体を接続す
る導体 6、12、15、56 円形導体 54 同軸コネクタの外導体 55 同軸コネクタの中心導体 57 接合金具 59 同軸コネクタの内導体と外導体の間を充填する誘
電体 60 スタブ
1, 10, 13, 51 Dielectric plate 2, 52 Ground conductor 3, 11, 14, 53 Radiating element 4 Coaxial connector 5, 58 Conductor 6, 12, 15, 56 Circular connecting the central conductor and circular conductor of the coaxial connector Conductor 54 Outer conductor 55 of coaxial connector Central conductor 57 of coaxial connector Joint fitting 59 Dielectric 60 stub filling between inner conductor and outer conductor of coaxial connector

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】低誘電損失特性を持つ誘電体板の一方の面
に所要数の放射素子が配設され、誘電体板の他方の面に
接地導体が配設され、かつ接地導体の中央部から給電す
る構造の平面アンテナであって、どの一つの放射素子も
一本または二本の細長形導体からなり、一つの放射素子
が二本の細長形導体から構成される場合には、どちらか
一方の細長形導体の長軸方向中心軸線と短軸方向中心軸
線との交点xとその面 (弧度法)との間に、電磁界の周波数と誘電体板の電磁
気的な材料定数とで決まる定数kを用いて、ハンケル関
数Hの偏角として、 【数1】 θ=Arg{H(kr)} の関係にあって、もう一方の細長形導体の長軸方向中心
軸線と短軸方向中心軸線との交点yと基準点aとの距離
が、誘電体板の表面波の波長λを用いて、 【数2】 0<r−r<λ/2 η、ならびにこれら二つの細長形導体の長軸方向中心軸
線の延長線がなす角δが、それぞれ0ラジアンより大き
くπラジアンより小さい角度であり、−つの放射素子が
一本の細長形導体から構成される場合には、点xまたは
点yを有する二本の細長形導体うち、どちらか一方の細
長形導体からなり、また全ての放射素子が、直接給電で
はなく、誘電体板内部の電磁界と電磁誘導によって結合
し、電波を放射することを特徴とする平面アンテナ。
1. A required number of radiating elements are arranged on one surface of a dielectric plate having a low dielectric loss characteristic, a ground conductor is arranged on the other surface of the dielectric plate, and a central portion of the ground conductor. In the case of a planar antenna with a structure that feeds from, each radiating element consists of one or two elongated conductors, and when one radiating element consists of two elongated conductors, either Intersection x of the central axis of the long and short axes of one of the elongated conductors and its plane Using the constant k, which is determined by the frequency of the electromagnetic field and the electromagnetic material constant of the dielectric plate, with the (radian method), the deviation angle of the Hankel function H is expressed as follows: θ = Arg {H ( kr x )}, the distance r y between the reference point a and the intersection y of the central axis of the other elongated conductor with the central axis of the major axis and the central axis of the minor axis of the other elongated conductor is Using the wavelength λ, 0 <r x −r y <λ / 2 η and the angle δ formed by the extension lines of the central axes of the two elongated conductors are each larger than 0 radian and smaller than π radian, and one radiating element is composed of one elongated conductor. If the radiating element is used, the radiating element is composed of either one of the two elongated conductors having the point x or the point y, and all the radiating elements are not directly fed but the electromagnetic field inside the dielectric plate. A planar antenna characterized by being coupled with electromagnetic induction to radiate radio waves.
【請求項2】一つの放射素子を構成する二本の細長形導
体のそれぞれの長軸方向中心軸線の延長線が直交し、二
本の細長形導体それぞれの長軸方向中心軸線と短軸方向
中心 の間に、 【数3】 r−r =λ/4 間の角が等しいことを特徴とする請求項1記載の平面ア
ンテナ。
2. The extension lines of the central axes of the long conductors of the two elongated conductors constituting one radiating element are orthogonal to each other, and the central axis and the minor axis of the elongated conductors of the two elongated conductors are orthogonal to each other. center Between the following, r s −r t = λ / 4 The planar antenna according to claim 1, wherein the angles between them are equal.
【請求項3】低誘電損失特性を持つ誘電体板の一方の面
に所要数の放射素子が配設され、誘電体板の他方の面に
接地導体が配設され、かつ接地導体の中央部から給電す
る構造の平面アンテナであって、−つの放射素子は一本
の細長形導体からなり、かつ全ての放射素子は、放射素
子が配設されている誘電体板面上の基準点qを通過する
仮想基準線に対し線対称に位置し、また、基準点qを中
心とし、半径Ri,Rj(i,j=1,2,3,…n、
nは正の整数)が、電磁界の周波数と誘電体板の電磁気
的な材料定数とで決まる定数kを用いて、 【数4】 ζ−ξ=π の関係にある二つの定数ζ、ξとの間に、ハンケル関数
Hの偏角(弧度法)として、 【数5】 Arg{H(k Ri)}=ζ (0≦ζ≦
2π) 【数6】 Arg{H(k Rj)}=ξ (0≦ξ≦
2π) の関係で表される仮想同心円群上に、全ての放射素子が
配設され、同時に、それぞれの仮想同心円上の放射素子
は、仮想基準線と直交し基準点qを通過する仮想直交線
を境界にいずれか一方の側にのみ配設され、しかも、全
ての放射素子の長軸方向中心軸線が、仮想基準線に対し
平行であり、また全ての放射素子が、直接給電ではな
く、誘電体板内部の電磁界と電磁誘導によって結合し、
電波を放射することを特徴とする平面アンテナ。
3. A required number of radiating elements are arranged on one surface of a dielectric plate having a low dielectric loss characteristic, a ground conductor is arranged on the other surface of the dielectric plate, and a central portion of the ground conductor. A radiating element consisting of a single elongated conductor, and all radiating elements have a reference point q on the surface of the dielectric plate on which the radiating elements are arranged. It is located in line symmetry with respect to the passing virtual reference line, and with the reference point q as the center, radii Ri, Rj (i, j = 1, 2, 3, ... N,
n is a positive integer), using the constant k determined by the frequency of the electromagnetic field and the electromagnetic material constant of the dielectric plate, two constants ζ and ξ in the relationship of ζ−ξ = π Between and, as the argument of the Hankel function H (the radian method), Arg {H (k Ri)} = ζ (0 ≦ ζ ≦
2π) [Equation 6] Arg {H (k Rj)} = ξ (0 ≦ ξ ≦
All radiating elements are arranged on the virtual concentric circle group represented by the relationship 2π), and at the same time, the radiating elements on each virtual concentric circle are virtual orthogonal lines that are orthogonal to the virtual reference line and pass through the reference point q. Is arranged only on one of the two sides, the longitudinal central axes of all radiating elements are parallel to the virtual reference line, and all radiating elements are not directly fed but Coupled by electromagnetic induction with the electromagnetic field inside the body plate,
A flat antenna that emits radio waves.
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