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薄型平面アンテナに関する独創的研究

最初の実験に試作されたラジアルラインスロットアンテナ

図1 最初の実験に試作されたラジアルラインスロットアンテナ

商用化されたラジアルラインスロットアンテナの写真

図2 商用化されたラジアルラインスロットアンテナの写真

ラジアルラインスロットアンテナの構造

図3 ラジアルラインスロットアンテナの構造

 日本は世界で初めて衛星による直接放送を実施し、最初の実験放送は1978年7月であった。受信に用いるパラボラアンテナは不均一な積雪により利得の低下が予想され、多くの研究者が円偏波用平面アンテナの研究を始めた。平面アンテナはパッチやスロットを素子とするアレーアンテナになるが、問題はどのような線路でこれらのアンテナを給電するかにある。日本ではパッチアンテナをマイクロストリップ線路で給電するアンテナが研究されていた。

 欧米におけるアンテナの研究は民事用よりは防衛用が多いが、アメリカのコムサット社から、トリプレート線路を用いたアンテナが提案され、1987年に松下電工が四角の平面アンテナとして商品化した。これは衛星放送受信用では最初の平面アンテナである。続いて、ヨーロッパのフィリップス社からサスペンデッド線路を用いたアンテナが提案され、ソニーがこれを四角の平面アンテナとして商品化した。

 開放型のマイクロストップ線路は放射損が多く、アンテナの開口能率を大きくするのが難しい。そのために、閉じた伝送線路である同軸線路により近い性質をもつトリプレート線路やサスペンデッド線路が用いられたのである。

 後藤尚久氏は完全に閉じた伝送線路である導波管に注目し、円偏波アンテナとして導波管の管壁に切るハの字型スロットを考案した。しかし、導波管を平面アンテナにするには給電回路は非常に複雑になり、民事用としては適さないことがわかった。そこで、同氏は簡単に給電できるラジアル導波路に注目し、1980年にラジアル導波路の片方の導波板にハの字型スロットを切ったアンテナを発明した。

 ラジアル導波路を構成する2枚の円形の導体板は、伝送線路であると同時に、そこに切られたスロットはアンテナでもある。伝送線路とアンテナを兼用している点が、他の衛星放送受信用平面アンテナとは全く異なる点である。これに対応するのは八木・宇田アンテナといえるだろう。八木・宇田アンテナの導波器は遅波回路であると同時に、アンテナでもあるからである。

 八木・宇田アンテナの設計法を確立するには、長い年月を要したことが知られているが、同氏が提案したアンテナの設計も極めて難しい。ラジアル導波路がオーバサイズの導波管になるのも大きい理由である。

 安藤真氏はスロットの切られた導体板を一様な抵抗皮膜と仮定し、減衰定数をパラメータとする設計法を提案した。この方法で設計した結果、1985年にはじめて開口能率が50%を越えることができた。

 両氏が研究するアンテナは単純な構造であるため、理論的に厳密に設計できる可能性を秘めている。現在の設計法では、理論値で89%の開口能率が達成でき、実験では87%になることを確かめており、パラボラアンテナの70%より優れた特性をもっている。

 以上のように両氏は長い期間にわたって全く新しい平面アンテナの研究開発に取り組み、ラジアル導波路のフィージビリティを示すと共に、その実用化に貢献した。両氏が研究開発した平面アンテナは、現在までに約30万台生産され平面アンテナでは最も普及している。

 この技術に対して、電子情報通信学会は、1993年、後藤尚久氏、安藤真氏に業績賞を贈った。


文献

[1] 後藤尚久,山本正樹、ラジアル線路を利用した円偏波スロットアンテナ、1980年、電子通信学会技術報告,AP80-57
[2] M.Ando, K.Sakurai, N.Goto, K.Arimura and Y.Ito、A Radial Line Slot Antenna for 12 GHz Satellite TV Reception、1985年、IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol.,33, no.12, pp.1347-1353
[3] 安藤真,笹沢英生,西片聡,後藤尚久、ラジアルラインスロットアンテナにおけるスロット設計、1988年、電子情報通信学会論文誌(B),71巻,11号,1345-1351ページ

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平面アンテナ、スロットアンテナ、ラジアル線路、導波管、アレーアンテナ、アンテナ・伝播、衛星放送、マイクロ波、無線伝送、衛星通信
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