／み。

20㎜／1。。

 11 13mm

  16mm

図7．3

表7．1

10    20    30    40    50    Frequency （GHz）

イメージ線路とマイクロストリップ線路の損失の比較

イメージ線路とマイクロストリップ線路の損失の比較

誘電体イメージ線路 マイクロストリップ線路

弾締｛（・・／・）

＝導体琢11壮・価／甲）

0．29 5．15

  ．一続蕗損失一I一一・

D坤牡畔㎡5

一157一

 図7．3および表7．ユより明らかなように，準ミリ波帯以上の周波数では，誘電体イ メージ線路の損失は，マイクロストリップ線路の損失に比べdB値で！／5以下である．

これは表7．1からもわかるように，イメージ線路の導体損がマイクロストリップに比 べて格段に小さいからである．以上の結果から，誘電体イメージ線路が低損失特性を 有し，アレーアンテナの給電線路としてマイクロストリップ線路よりも優れているこ

とがわかる．

 上記の損失の理論特性を確認するために，誘電体イメージ線路を試作し，特性を実 測した．試作したイメージ線路は，比誘電率ε、＝2−06のテフロンとリン青銅の導体板 で構成しており，誘電体は，基本モードのみが伝搬するように，幅a＝9．Omm，高さb

＝4．5mmに選んでいる．導体板のサイズは，長さ200mm，幅60mmである．測定は，角 錐ホーンを両端に接続して行なった．

 損失の実測値は，周波数27．O〜31．OGHzにおいて1．5〜2．5dB／mであった．これに 対し，理論値は，リン青銅の導電率を1．67×107mho／m，テフロンのtanδを1．5×10−4

とした場合，式（7・7）および（7・11）から，同じ周波数帯において1．23〜1．41dB

／mである．実測値の方が，計算値に比べ，高い周波数で大きな値を示している．これ は，高い周波数において，高次モードが生じるためである．低い周波数においては，

理論値を求める際に仮定した導電率σ，誘電率ε、およびtanδの値の実際との異なり を考慮すれば，実測値は理論値によく一致している．

7．4 イメージ線路給電スロットアレーの解析

図7．1に示した円偏波スロットアレーアンテナの解析に用いる座標系として，図7．

4に示すx y z系を考える．

Dielect『ic Rod

I叩ut

O

y

・…@一・一ψ

Conductive P1ane

図7．4 アンテナの座標系

Z

X P

 図中の角度θおよびφは，各々，Z軸から放射ベクトルヘの角およびX軸からX y 面に投影された放射ベクトルヘの角を表している．なお，以下の解析にあたっては，

アンテナのスロットの幅は充分に細く，スロット幅方向の磁流分布は無視でき，スロ ットの長さ方向の磁流分布は余弦定在波分布であると仮定している（90）．

 円偏波スロットアレーアンテナの指向性は，図7．4に示した座標系を用いて次式で

与えられる（91）．

   Eθ（θ，φ）＝sin（φ一ψ）gθ1（θ，φ）h1（θ，φ）f1（θ，φ）

         十・i・（φ十ψ）9θ・（θ・φ）h・（θ・φ）f・（θ，φ） …（7・20）

   Eφ（θ，φ）＝一・・〈φ一ψ）…θgφ1（θ，φ）h1（θ，φ）f1（θ，φ）

         一・・〈φ十ψ）…θglμ・φ）h・（θ・φ）f・（θ，φ）…（7・21）

ここで，gθ1（θ，φ）およびgφ1（θ，φ）は，各々s1oト1の素子指向性のθおよびφ 成分・9θ2（θ・φ）およびgφ2（θ・φ）は・各々sloト2の素子指向性のθおよびφ成

分，hl（θ，φ）およびh2（θ，φ）は，s1oト1とs1oト2の配列指向性（アレーファク タ），f1（θ，φ）およびf2（θ，φ）は，s1ot−1とs1oト2の各々N素子の配列指向性 を示している．

 本アンテナの主ビーム方向は，スロット間隔dsによって決り，φ＝O（x z面）の 面内に主ビームは存在する．主ビームの方向がZ軸となす角θ。は次式で与えられる．

   1・一・i・i 打1＋）    ．．．（7．22）

今，d s＝λgとなるようにスロットを構成すると・ビームはθ。＝O・すなわち導体板 に垂直な方向（ブロードサイド）に放射される．

 楕円偏波率は，スロット間隔d。とスロットの傾きψによって決定される・アンテナ の主ビーム方向θ。で円偏波となるときのスロット間隔d oとスロットの傾きψの関係 式は，式（7・20）および（7・21）から求められ次式となる．

   叶一…1…tkちdo（…1・一号  ．．．（7．2、）

 今，d。＝λg／4，ψ：π／4とすれば，s1ot−1およびslot−2はπ／2の位相差で励振 され，ブロードサイドで円偏波が得られる．

 円偏波の回転方向は，s1ot−1とs1ot−2の順序により決定される．表7．2に，各場合に おける偏波の状態を示す．表中の図の矢印は，進行波の方向を示す．すなわち，図の 左側は送信端，右側は受信端である．例えば，図7．2に示した円偏波アンテナを送信 用のアンテナとして用いる場合，表7．2から明らかなように，右旋の円偏波が空間に 放射されることがわかる．

表7．2 スロットの配列と偏波の関係

送信用一・ 受信用

＝1＝1．一・1：1111→＝1、：・∵

右旋円偏波 左旋円偏波

・一P一：1＝11、一≒≒÷÷レ 一一

・． 焉焉焉焉r。・。一一一1

左旋円偏波 右旋円偏波

：≒≒÷≒シ

一160一 161一

7．5 試作アンテナの構造と特性

7．5．1 試作アンテナの構造

 試作したイメージ線路給電スロットアレーアンテナの設計周波数は29．5GHzである．

 誘電体イメージ線路は7．3節で述べた形状の線路を用いる．誘電体の形状を図7．5 に示す・イメージ線路中の伝搬定数k、・k yは・k、＝2・49×102rad／m・k y＝2・97

×102rad／mである．従って，イメージ線路中の波長λgは式（7・6）から，λg＝

7．9mmである．給電線路の波長短縮率ηgは，ηg＝O．774となる．

〔側面図〕       4．5mm

         一一一・・一一一一一・一一       」2・Omm

       下

〔平面図〕       9．0mm

ぐ70．Omm        320．Omm        70．Ommシ

4600mm

図7．5 誘電体の形状

 試作アンテナは，ブロードサイドに主ビームを持ち，かつその方向で偏波が得られ るように設計している．スロットは，2×10素子配置している．スロットの形状を 図7．6に示す．図7．6に示したように，スロット間隔d。およびd sは，各々2．Omm および7・9mmに選んでいる・スロットの傾きψは，π／4としている．スロット長a s およびスロット幅b sは，各々4．5mmおよびO．3mmである．また，スロットは，中心線 から，δ＝1．Ommだけ変位させている．

．．．．．．立．．．

 1．Omm

4．5mm   45。

一一．一…    一・・…    一・1…    ．■一．・一

2．Om出       1

  ㌧＿＿＿7．9mm一一一一一

図7．6 スロットの形状

O．3mm

 本アンテナヘ給電には，イメージ線路給電用角錐ホーンを用い，導波管とイメージ 線路との整合をとるとともに，ゆるやかにモード変換されるようにしている．なお，

本アンテナは進行波アンテナであるため，片方に終端を設けた構造としている．

7．5．2 試作アンテナの特性

 測定は，30GHz帯の波を用いて電波暗室で行なった．送受信間の距離は18．3mである．

 試作アンテナの利得は，アンテナ出力端で比較法を用いて測定した．比較に用いた アンテナは，26．8dB（29．5GHz）の利得を有する標準円錐ホーンである．実測利得は 29．5GHzにおいて1O．7dBであった．利得低下の主要因としては， （i）イメージ線路の 損失， （i）イメージ線路に給電する際の変換損失， （ii）進行波給電のため放射され ずに終端で消費される電力損失等が考えられる．29．5GHzにおいて， （i）〜（ii）の各 要因による利得低下は，各々O．4dB，O．2dB，O．1dBであった．また，本アンテナは，ス

ロットを用いているため両面に放射される．従って，片側に反射板を設けることによ り，利得を約3dB上昇できる．

 図7．7に，29．αGH。と29．5GH。におけるx z面（φ＝O）内の円偏波放射パターンを 示す．また，図7．8に3dBビーム幅の周波数特性を示す．29．5GHzにおける3dBビー

ム幅は8．8。である．

 図7．9に主ビーム方向の実測値と式（7・22）から求めた理論値を示す．29．5GHzに おいて，主ビーム方向は設計したブロードサイド方向から給電側に2．5。傾いている．

 ○

害一10

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扁一20

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一30

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1〉

へ

 一  29．O GHz  一一一  29．5GHz

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