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平面アンテナとは?構造、種類、用途

平面アンテナは、放射構造が平面上または平面に平行に配置された薄型アンテナです。設計に応じて、放射素子はプリントされた金属パッチ、スロット、らせん状導体、導波管開口部、または複数の素子を組み合わせた平面アレイなどになります。この形状により、レーダーパネル、航空機、衛星端末、通信機器、RF試験システムなどへのコンパクトな設置が可能になります。

この用語は、単一のアンテナタイプではなく、物理的な構造を指します。マイクロストリップパッチアンテナはよく知られた平面アンテナの一例ですが、平面アンテナにはスロットアレイ、平面スパイラル、導波管給電アレイなども含まれます。これらのアンテナの利得、帯域幅、偏波、ビーム幅は、素子の形状、給電ネットワーク、材料、実効開口によって決まります。

重要なポイント:「平面アンテナ」は幅広い設計カテゴリーです。適切なアンテナを選択するには、周波数範囲、利得、偏波、帯域幅、放射パターン、インターフェース、および設置要件を考慮する必要があります。

平面アンテナはどのように動作するのか?

RFエネルギーが放射素子に到達すると、平面開口部全体に電流と電磁界が発生します。素子の形状と寸法によって共振周波数が制御され、給電位置と整合構造によってエネルギー伝送効率が決まります。送信モードでは、電磁界は自由空間に放射されます。受信モードでは、同じ構造によって入射電磁波が導波RFエネルギーに変換されます。

平面アンテナの基本構造

  • 放射素子または開口部:アクティブサーフェスには、パッチ、スロット、螺旋状のトレース、または繰り返し要素のアレイを使用することができる。
  • 地面または支持構造物:これは基準面を提供し、放射パターンに影響を与え、取り付けプラットフォームからの絶縁性を向上させることができる。
  • フィードネットワーク:帯域幅、電力、アレイの要件に応じて、マイクロストリップ線路、同軸プローブ、導波管、カップリングスロット、およびコーポレートフィードネットワークを使用することができます。
  • 基板、レドーム、および筐体:それらの誘電特性および機械的特性は、効率、整合、熱挙動、および環境耐久性に影響を与える可能性がある。

一般的な平面アンテナの種類

  • マイクロストリップパッチアンテナ:グランドプレーン上にプリントされたパッチは、薄くて軽量な構造で、RF回路との統合が容易です。ガイドを参照してください。マイクロストリップアンテナの構造と動作詳細な説明については、こちらをご覧ください。
  • 平面スロットアレイおよび導波管スロットアレイ:導電性表面または導波管開口部に形成されたスロットは、偏光、ビーム幅、および利得を制御するように配置することができる。
  • 平面アンテナアレイ:複数の素子が平面開口部上に配置される。素子の間隔と給電位相によって、ビームとサイドローブの複合的な特性が決まる。
  • 平面螺旋アンテナ:らせん状導体は、その形状と給電部が適切に設計されていれば、広帯域動作と円偏波に対応できる。

これらの設計は薄型形状という共通点を持つものの、互換性はありません。各ファミリーは、帯域幅、効率、電力処理能力、製造性、および統合特性が異なります。

主要な性能および設計要因

  • 周波数範囲と帯域幅:素子の寸法、基板の特性、開口部の形状、および給電設計は、必要な動作帯域に対応できるものでなければならない。
  • ゲインと開口サイズ:一般的に、より高い利得を得るには、より大きな有効開口径、またはより多くの放射素子を備えたアレイが必要となる。
  • ビーム幅とサイドローブ:素子の配置、アレイ間隔、振幅分布、および位相制御によって、最終的な放射パターンが決定される。
  • 偏極:リンクの向き、伝搬条件、およびシステム要件に応じて、直線偏波、二重直線偏波、または円偏波を選択できます。
  • 効率と飼料損失:誘電体損失、導体損失、導波管損失、および給電ネットワークの複雑さは、実現利得に影響を与える。
  • 機械的および環境的限界:サイズ、重量、コネクタまたは導波管のインターフェース、電力処理能力、温度、密閉性、振動、および取り付け方法については、早期に検討する必要があります。

利点と限界

利点

  • 薄型形状で、平面設置や曲面設置に適しています。
  • アレイ、RF回路、および小型システム筐体との良好な互換性
  • 利得、偏波、ビーム幅、動作周波数を柔軟に制御できます。
  • レーダー、通信、計測用途向けのスケーラブルな開口部

制限事項

  • 印刷デザインによっては、帯域幅と効率が制限される場合があります。
  • 周波数が高くなるにつれて、給電ネットワークの損失と製造公差がより重要になる。
  • 高利得アレイでは、より大きな開口部と、慎重な熱設計または構造設計が必要となる場合がある。
  • 近くの金属、レドーム、ハウジング、および取り付け面は、測定性能に影響を与える可能性があります。

代表的な用途

平面アンテナは、レーダーおよびセンシングシステム、衛星通信端末、ポイントツーポイントマイクロ波リンク、航空宇宙プラットフォーム、無線インフラ、航法機器、電子試験システム、小型RFデバイスなどに使用されています。最適なアーキテクチャは、プロジェクトが広帯域幅、高利得、電子走査、薄型、円偏波、または環境耐久性のいずれを優先するかによって異なります。

平面アンテナとマイクロストリップアンテナの比較

マイクロストリップアンテナは平面アンテナの一種ですが、両者は同一ではありません。マイクロストリップアンテナは通常、プリントされた金属パッチ、誘電体基板、およびグランドプレーンを使用します。一方、平面アンテナは、スロット、導波管空洞、らせん状導体、または様々な放射素子のアレイを使用する場合があります。この違いを明確にしておくことで、平面アンテナに関する一般的な記事が、マイクロストリップアンテナに関する詳細なガイドと重複してしまうことを防ぐことができます。

平面アンテナの選び方

まず、必要な周波数範囲、利得、ビーム幅、偏波、VSWR、インターフェース、電力レベル、および設置可能な面積から始めます。次に、動作環境、レドームまたはハウジング、取り付け方向、ケーブルまたは導波管の損失、および標準パターンまたはカスタムパターンが必要かどうかを検討します。アレイ設計の場合、サイドローブレベル、素子間隔、給電分布、および走査範囲も重要になる場合があります。

RF MISO平面アンテナソリューション

RF MISOは、レーダー、通信、計測、システム統合アプリケーション向けの平面アンテナおよびアレイアンテナソリューションを提供しています。平面アンテナ製品または、周波数、ゲイン、偏波、インターフェース、サイズ、環境要件を添えて弊社チームまでお問い合わせください。

よくある質問

平面アンテナはパッチアンテナと同じですか?

いいえ。パッチアンテナは一般的な平面アンテナですが、平面アンテナにはスロット、導波管開口部、スパイラル、マルチエレメントアレイなども使用できます。

平面アンテナは高利得を提供できるか?

はい。十分な大きさの有効開口、または適切に設計されたアレイを用いることで、高い利得を実現できます。最終的な結果は、効率、給電損失、素子間隔、および開口分布によって決まります。

平面アンテナはどの偏波に対応できますか?

放射素子と給電方式によっては、平面アンテナは直線偏波、二重直線偏波、または円偏波をサポートすることができる。

注目の平面アンテナ製品

以下のRF MISOモデルは、マイクロ波アプリケーション向けの小型平面アンテナおよびスロット付き導波管アンテナの選択肢を示しています。

RM-PA10145-30、10~14.5GHz

RM-SWA910-22、9~10GHz

E-mail:info@rf-miso.com

電話番号:0086-028-82695327

ウェブサイト:www.rf-miso.com


投稿日時:2023年11月14日

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