JP5702673B2

JP5702673B2 - Antenna device

Info

Publication number: JP5702673B2
Application number: JP2011124254A
Authority: JP
Inventors: 宏己松野; 中野　雅之; 雅之中野
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2011-06-02
Filing date: 2011-06-02
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2031-06-02
Also published as: JP2012253547A

Description

本発明は、ヘイローアンテナ装置に関する。 The present invention relates to a halo antenna device.

代表的な水平偏波水平面内無指向性アンテナとして、ループアンテナが知られている。特に、長方形状のループが円環状（円周状）に折り曲げられた形状を有するアンテナは、ヘイロー（Ｈａｌｏ）アンテナと呼ばれる。ヘイローアンテナには、小型化に有利であるという特徴がある。アンテナ素子を円筒レドーム（円筒カバー）に収める場合、ヘイローアンテナは、円筒レドームの直径を短くすることができるので、重量や受風荷重の点でも有利である（特許文献１及び２、非特許文献１〜４参照）。 A loop antenna is known as a typical horizontally polarized horizontal omnidirectional antenna. In particular, an antenna having a shape in which a rectangular loop is bent in an annular shape (circumferential shape) is called a halo antenna. The halo antenna has a feature that it is advantageous for downsizing. When the antenna element is housed in a cylindrical radome (cylindrical cover), the halo antenna can reduce the diameter of the cylindrical radome, which is advantageous in terms of weight and wind receiving load (Patent Documents 1 and 2, Non-Patent Documents). 1-4).

特開２０１０−１６１４９５号公報JP 2010-161495 A 特開２０１１−１０００９号公報JP 2011-10009 A

“アンテナ工学ハンドブック（第２版）”、電子情報通信学会編、オーム社、ｐ．１１８図４・２８（ｄ）多線条ループアンテナ（ｉｉ）、２００８年７月“Antenna Engineering Handbook (2nd Edition)”, edited by IEICE, Ohmsha, p. 118 Figure 4.28 (d) Multi-wire loop antenna (ii), July 2008 松野宏己、中野雅之、新井宏之、「寄生素子付Ｈａｌｏアンテナ」、信学論（Ｂ）、Ｊ９２−Ｂ、ｐ１４３１−１４３９Hiromi Matsuno, Masayuki Nakano, Hiroyuki Arai, “Halo Antenna with Parasitic Elements”, Theory of Science (B), J92-B, p1431-1439 松野宏己、中野雅之、天野良晃、新井宏之、「無線基地局アンテナ用小形細径無指向性偏波共用素子」、２００９年信学ソ大、Ｂ−１−１４０Hiromi Matsuno, Masayuki Nakano, Ryosuke Amano, Hiroyuki Arai, “Small and small omnidirectional polarization sharing element for radio base station antenna”, 2009 Shingaku Sodai, B-1-140 松野宏己、新井宏之、中野雅之、天野良晃、石川博康、「楕円形状寄生素子付Ｈａｌｏアンテナを用いた偏波ダイバーシチアンテナ」、２０１０年信学ソ大、Ｂ−１−８６Hiromi Matsuno, Hiroyuki Arai, Masayuki Nakano, Ryosuke Amano, Hiroyasu Ishikawa, “Polarization Diversity Antenna Using Halo Antenna with Elliptical Parasitic Elements”, 2010 Shingaku Sodai, B-1-86

アンテナ利得を高くするなどの理由により、ヘイローアンテナの段数を増やす場合、各ヘイローアンテナに給電するための給電線の本数は、ヘイローアンテナの段数に応じて増やされる必要がある。ここで、ヘイローアンテナの特性（例えば、水平面内の無指向性）に影響を与えないよう、ヘイローアンテナの給電点及びギャップを結ぶ平面（対称面）内に給電線が配線されるには、各給電線は細径である必要がある。しかしながら、給電線が小径であれば給電線損失も増えてしまうため、アンテナ装置は、ヘイローアンテナのアンテナ利得が低いという問題がある。 When the number of halo antennas is increased for reasons such as increasing the antenna gain, the number of feed lines for feeding each halo antenna needs to be increased according to the number of halo antennas. Here, in order not to affect the characteristics (for example, omnidirectionality in the horizontal plane) of the halo antenna, each feed line is wired in a plane (symmetric plane) connecting the feed point and the gap of the halo antenna. The feed line needs to have a small diameter. However, if the feed line has a small diameter, the feed line loss also increases. Therefore, the antenna device has a problem that the antenna gain of the halo antenna is low.

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、ヘイローアンテナのアンテナ利得を高くすることができるアンテナ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an antenna device that can increase the antenna gain of a halo antenna.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、ヘイローアンテナの円環の中心に配置された筒状導体と、前記ヘイローアンテナに給電するため、前記筒状導体の内部に配線された給電線と、を備えることを特徴とするアンテナ装置である。 The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and has a cylindrical conductor disposed at the center of a ring of a halo antenna, and wiring inside the cylindrical conductor for supplying power to the halo antenna. An antenna device.

また、本発明は、前記筒状導体の断面形状が、前記ヘイローアンテナのギャップと給電点とを結ぶ平面に対して対称であることを特徴とするアンテナ装置である。 The present invention is also the antenna device characterized in that a cross-sectional shape of the cylindrical conductor is symmetric with respect to a plane connecting the gap of the halo antenna and a feeding point.

また、本発明は、前記筒状導体の断面形状が、前記ヘイローアンテナの形状と相似であることを特徴とするアンテナ装置である。 Further, the present invention is the antenna device characterized in that a cross-sectional shape of the cylindrical conductor is similar to a shape of the halo antenna.

また、本発明は、前記筒状導体の断面形状の半径が、当該断面形状が円形である場合、前記ヘイローアンテナの円環の半径の８割以下であることを特徴とするアンテナ装置である。 The present invention is also the antenna device characterized in that a radius of a cross-sectional shape of the cylindrical conductor is 80% or less of a radius of a ring of the halo antenna when the cross-sectional shape is circular.

また、本発明は、前記ヘイローアンテナが、ギャップの向きが互いに異なるよう複数配置されることを特徴とするアンテナ装置である。 The present invention is the antenna device, wherein a plurality of the halo antennas are arranged so that the gap directions are different from each other.

本発明によれば、ヘイローアンテナから給電線への電界と、給電線からヘイローアンテナへの電界とを、筒状導体がシールドするので、筒状導体の内部は、筒状導体の外部と電気的に分離される。したがって、給電系の設計自由度が大きくなり、給電線損失が小さい大径の給電線が筒状導体の内部に配置されても、給電線が放射パターンに影響を与えることがない。これにより、アンテナ装置は、ヘイローアンテナのアンテナ利得を高くすることができる。 According to the present invention, since the cylindrical conductor shields the electric field from the halo antenna to the feeder line and the electric field from the feeder line to the halo antenna, the inside of the cylindrical conductor is electrically connected to the outside of the cylindrical conductor. Separated. Therefore, even if a large-diameter feed line with a small feed line loss is arranged inside the cylindrical conductor, the feed line does not affect the radiation pattern. Accordingly, the antenna device can increase the antenna gain of the halo antenna.

本発明の一実施形態における、アンテナ装置の構成を表す図である。It is a figure showing the structure of the antenna apparatus in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における、筒状導体の寸法と、ヘイローアンテナの寸法とを表す図である。It is a figure showing the dimension of the cylindrical conductor in one Embodiment of this invention, and the dimension of a halo antenna. 本発明の一実施形態における、電圧定在波比（ＶＳＷＲ（Ｓパラメータ））の例を表す図である。It is a figure showing the example of voltage standing wave ratio (VSWR (S parameter)) in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における、放射パターンの例を表す図である。It is a figure showing the example of the radiation pattern in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における、ヘイローアンテナのインピーダンス特性の例を表す図である。It is a figure showing the example of the impedance characteristic of a halo antenna in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における、筒状導体の半径と、ヘイローアンテナのインピーダンスとの関係例を表す図である。It is a figure showing the example of a relationship between the radius of a cylindrical conductor in one Embodiment of this invention, and the impedance of a halo antenna. 本発明の一実施形態における、ヘイローアンテナの最大半径と、帯域幅との関係例を表す図である。It is a figure showing the example of a relationship between the maximum radius of a halo antenna, and a bandwidth in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における、アンテナ装置の素子回転配置モデルを表す図である。It is a figure showing the element rotation arrangement | positioning model of the antenna apparatus in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における、アンテナ装置の素子回転配置と、水平面内の放射パターンの偏差との関係例を表す図である。It is a figure showing the example of a relationship between the element rotation arrangement | positioning of an antenna apparatus, and the deviation of the radiation pattern in a horizontal surface in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における、筒状導体の配置と、水平面内の放射パターンの偏差との関係例を表す図である。It is a figure showing the example of a relationship between arrangement | positioning of a cylindrical conductor and the deviation of the radiation pattern in a horizontal surface in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における、筒状導体の断面形状例と、水平面内の放射パターンの偏差との関係例を表す図である。It is a figure showing the relational example of the cross-sectional shape example of a cylindrical conductor and the deviation of the radiation pattern in a horizontal surface in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における、アンテナ装置の楕円形状モデルを表す図である。It is a figure showing the elliptical model of the antenna apparatus in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における、ヘイローアンテナへの給電方法の例を表す図である。It is a figure showing the example of the electric power feeding method to a halo antenna in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における、ヘイローアンテナのループ構造例を表す図である。It is a figure showing the loop structure example of a halo antenna in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における、無給電素子であるヘイローアンテナが寄生素子として装荷されたアンテナ装置の構成例を表す図である。It is a figure showing the structural example of the antenna apparatus with which the halo antenna which is a parasitic element in one Embodiment of this invention was loaded as a parasitic element.

本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１には、アンテナ装置の構成が表されている。アンテナ装置は、ヘイローアンテナ１０（アンテナ素子）と、筒状導体２０とを備える。ここで、座標系の原点Ｏは、ヘイローアンテナ１０の円環の中心に定められたとする。この場合、ヘイローアンテナ１０のギャップは、ｙ軸の正方向に配置される。また、ヘイローアンテナ１０の給電点１１は、ｙ軸の負方向に配置される。したがって、座標系の原点Ｏは、ヘイローアンテナ１０の給電点１１及びギャップを通る対称面内に位置することになる。また、ヘイローアンテナ１０の円環内には、ヘイローアンテナ１０と同心となるよう筒状導体２０が配置される。 An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows the configuration of the antenna device. The antenna device includes a halo antenna 10 (antenna element) and a cylindrical conductor 20. Here, it is assumed that the origin O of the coordinate system is determined at the center of the ring of the halo antenna 10. In this case, the gap of the halo antenna 10 is arranged in the positive direction of the y-axis. The feeding point 11 of the halo antenna 10 is arranged in the negative direction of the y axis. Therefore, the origin O of the coordinate system is located in a plane of symmetry passing through the feeding point 11 and the gap of the halo antenna 10. In addition, a cylindrical conductor 20 is disposed in the ring of the halo antenna 10 so as to be concentric with the halo antenna 10.

図２には、筒状導体の寸法と、ヘイローアンテナの寸法とが表されている。図２（Ａ）は、筒状導体及びヘイローアンテナの上面図である。以下、ヘイローアンテナ１０の半径をＲとし、筒状導体２０の半径をｒとし、ヘイローアンテナ１０のギャップ長をｇとする。また、図２（Ｂ）は、ヘイローアンテナの側面の部分図である。以下、ヘイローアンテナの幅をＷとし、ヘイローアンテナ１０の最大半径をＭＲ（＝√（Ｒ^２＋Ｗ^２））とする。 FIG. 2 shows the dimensions of the cylindrical conductor and the dimensions of the halo antenna. FIG. 2A is a top view of the cylindrical conductor and the halo antenna. Hereinafter, the radius of the halo antenna 10 is R, the radius of the cylindrical conductor 20 is r, and the gap length of the halo antenna 10 is g. FIG. 2B is a partial side view of the halo antenna. Hereinafter, the width of the halo antenna is W, and the maximum radius of the halo antenna 10 is MR (= √ (R ² + W ² )).

図３には、電圧定在波比（ＶｏｌｔａｇｅＳｔａｎｄｉｎｇＷａｖｅＲａｔｉｏ、ＶＳＷＲ（Ｓパラメータ））の例が表されている。ここで、横軸は、周波数（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）［ＧＨｚ］を表す。また、縦軸は、Ｓ_１１特性（反射特性）［ｄＢ］を表す。 FIG. 3 shows an example of a voltage standing wave ratio (Voltage Standing Wave Ratio, VSWR (S parameter)). Here, the horizontal axis represents frequency (GHz). The vertical axis represents S ₁₁ characteristics (reflection characteristics) [dB].

図３には、比較のため、ヘイローアンテナ１０の円環内に筒状導体２０が配置されている場合（導体ありの場合）と、ヘイローアンテナ１０の円環内に筒状導体２０が配置されていない場合（導体なしの場合）との電圧定在波比が表されている。図３に表されているように、筒状導体２０は、ヘイローアンテナ１０のインピーダンス特性に影響を与える。より具体的には、ヘイローアンテナ１０の円環内に筒状導体２０が配置されている場合、ヘイローアンテナ１０のＳ_１１特性は劣化する。 In FIG. 3, for comparison, the cylindrical conductor 20 is disposed in the annular ring of the halo antenna 10 (when a conductor is present) and the cylindrical conductor 20 is disposed in the annular ring of the halo antenna 10. The voltage standing wave ratio is shown when not (no conductor). As shown in FIG. 3, the cylindrical conductor 20 affects the impedance characteristics of the halo antenna 10. More specifically, if the tubular conductor 20 is disposed within the annular Halo antenna 10, S ₁₁ characteristics of Halo antenna 10 is degraded.

図４には、放射パターンの例が表されている。ここで、横軸は、方位（Ａｎｇｌｅ）［度］を表す。また、縦軸は、指向性（Ｄｉｒｅｃｔｉｖｉｔｙ）［ｄＢｉ］を表す。図４には、ヘイローアンテナ１０のＳ_１１特性が劣化した場合でも（図３を参照）、筒状導体２０はヘイローアンテナ１０の放射パターンに影響を与えないことが表されている。つまり、ヘイローアンテナ１０の無指向性水平偏波素子としての機能は、ヘイローアンテナ１０のＳ_１１特性が劣化した場合でも保たれる。 FIG. 4 shows an example of a radiation pattern. Here, the horizontal axis represents an azimuth (Angle) [degree]. The vertical axis represents directivity (dBi). FIG. 4 shows that the cylindrical conductor 20 does not affect the radiation pattern of the halo antenna 10 even when the S ₁₁ characteristic of the halo antenna 10 is deteriorated (see FIG. 3). That is, the function of the halo antenna 10 as a non-directional horizontal polarization element is maintained even when the S ₁₁ characteristic of the halo antenna 10 is deteriorated.

図５には、ヘイローアンテナのインピーダンス特性（スミスチャート）の例が表されている。図５（Ａ）には、ヘイローアンテナ１０の円環の中心に筒状導体２０のみが配置された場合における、ヘイローアンテナ１０のインピーダンス特性が表されている。また、図５（Ｂ）には、ヘイローアンテナ１０の円環内の任意の位置に給電線３０（給電系）のみが配線された場合における、ヘイローアンテナ１０のインピーダンス特性が表されている。図５（Ａ）及び（Ｂ）の違いに表されているように、ヘイローアンテナ１０のインピーダンス調整は、給電線３０の断面形状及び配置に応じて必要となる。また、給電線３０の配置に応じて放射パターンが歪むので、ヘイローアンテナ１０の無指向性水平偏波素子としての性能は、給電線３０の配置に応じて著しく劣化する。 FIG. 5 shows an example of impedance characteristics (Smith chart) of the halo antenna. FIG. 5A shows impedance characteristics of the halo antenna 10 when only the cylindrical conductor 20 is disposed at the center of the ring of the halo antenna 10. FIG. 5B shows impedance characteristics of the halo antenna 10 when only the feeder line 30 (feeding system) is wired at an arbitrary position in the ring of the halo antenna 10. As shown in the difference between FIGS. 5A and 5B, impedance adjustment of the halo antenna 10 is required depending on the cross-sectional shape and arrangement of the feeder line 30. Further, since the radiation pattern is distorted according to the arrangement of the feeder line 30, the performance of the halo antenna 10 as a non-directional horizontal polarization element is significantly deteriorated according to the arrangement of the feeder line 30.

一方、図５（Ｃ）には、ヘイローアンテナ１０の円環の中心に筒状導体２０が配置され、且つ、筒状導体２０内部の任意の位置に給電線３０が配線された場合における、ヘイローアンテナ１０のインピーダンス特性が表されている。このように配置された場合、ヘイローアンテナ１０から給電線３０への電界と、給電線３０からヘイローアンテナ１０への電界とを、筒状導体２０がシールドするので、筒状導体２０の内部は、筒状導体２０の外部と電気的に分離される。したがって、ヘイローアンテナ１０のインピーダンス特性に影響を与えるのは筒状導体２０のみとなり、筒状導体２０内部の任意の位置に給電線３０が配線されても、給電線３０は、ヘイローアンテナ１０のインピーダンス特性に影響を与えないことが、図５（Ａ）及び（Ｃ）に表されている。 On the other hand, FIG. 5C shows a halo when the cylindrical conductor 20 is arranged at the center of the ring of the halo antenna 10 and the feeder line 30 is wired at an arbitrary position inside the cylindrical conductor 20. The impedance characteristic of the antenna 10 is shown. When arranged in this manner, since the cylindrical conductor 20 shields the electric field from the halo antenna 10 to the feeder line 30 and the electric field from the feeder line 30 to the halo antenna 10, the inside of the cylindrical conductor 20 is It is electrically separated from the outside of the cylindrical conductor 20. Therefore, only the cylindrical conductor 20 has an influence on the impedance characteristics of the halo antenna 10, and even if the feeder line 30 is wired at an arbitrary position inside the cylindrical conductor 20, the feeder line 30 is not connected to the impedance of the halo antenna 10. It is shown in FIGS. 5A and 5C that the characteristics are not affected.

このように、筒状導体２０の内部に給電線３０が配線されるようにすれば、給電系の設計自由度が大きくなり、給電線損失が小さい大径の給電線３０が筒状導体２０内の任意の位置に配置されても、ヘイローアンテナ１０の放射パターンに給電線３０が影響を与えることがない。 Thus, if the feeder line 30 is wired inside the cylindrical conductor 20, the design flexibility of the feeder system is increased, and the large-diameter feeder line 30 with small loss of the feeder line is formed in the cylindrical conductor 20. Even if it arrange | positions in any position of (2), the feed line 30 does not affect the radiation pattern of the halo antenna 10.

図６には、筒状導体の半径と、ヘイローアンテナのインピーダンスとの関係例が表されている。ここで、横軸は、（筒状導体の半径ｒ）／（ヘイローアンテナの半径Ｒ）を表す。また、縦軸は、ヘイローアンテナの円環内に筒状導体が配置されていない場合のインピーダンスを基準とするインピーダンス比を表す。筒状導体２０の半径ｒが０〜０．６Ｒの範囲にある場合、インピーダンスＺ_０が「１−０．５πｒ^２」に比例するので、アンテナ装置は、この比例関係に基づいて、Ｓ_１１特性を補償することができる。したがって、筒状導体２０の断面形状の半径ｒは、ヘイローアンテナ１０の半径Ｒの８割（＝０．６Ｒ＋マージン０．２Ｒ）以下でもよい。 FIG. 6 shows an example of the relationship between the radius of the cylindrical conductor and the impedance of the halo antenna. Here, the horizontal axis represents (radius r of cylindrical conductor) / (radius R of halo antenna). The vertical axis represents the impedance ratio based on the impedance when the cylindrical conductor is not arranged in the ring of the halo antenna. If the radius r of the cylindrical conductor 20 is in the range of 0～0.6R, the impedance _{Z 0} is proportional to the "1-0.5Paiaru ^2", the antenna device, based on this proportional _{relationship, S 11} characteristics Can be compensated. Accordingly, the radius r of the cross-sectional shape of the cylindrical conductor 20 may be equal to or less than 80% (= 0.6R + margin 0.2R) of the radius R of the halo antenna 10.

図７には、ヘイローアンテナの最大半径と、比帯域との関係例が表されている。ここで、横軸は、（ヘイローアンテナの最大半径ＭＲ）／（中心周波数λ）を表す。また、縦軸は、比帯域［％］を表す。図７では、印が左上に位置するほど、小型かつ広帯域に対応したアンテナ装置であることを表す。図７には、アンテナ装置は４［％］以上の比帯域を確保できることが表されている。 FIG. 7 shows an example of the relationship between the maximum radius of the halo antenna and the specific band. Here, the horizontal axis represents (maximum radius MR of the halo antenna) / (center frequency λ). The vertical axis represents the specific band [%]. In FIG. 7, the more the mark is located on the upper left, the smaller the antenna device corresponding to the broadband. FIG. 7 shows that the antenna device can secure a specific band of 4% or more.

図８には、アンテナ装置の素子回転配置モデルが表されている。アンテナ装置は、ヘイローアンテナ１０のギャップ長ｇが長くなるに従い、水平面内の放射パターン（指向性）の偏差が大きくなることで、無指向性とならないことがある。このような場合、アンテナ装置を無指向性にするため、アンテナ装置は、ヘイローアンテナ１０が多段に装荷されたコリニアアレイとされてもよい。 FIG. 8 shows an element rotation arrangement model of the antenna device. As the gap length g of the halo antenna 10 becomes longer, the antenna device may not be omnidirectional due to a large deviation of the radiation pattern (directivity) in the horizontal plane. In such a case, in order to make the antenna device non-directional, the antenna device may be a collinear array in which the halo antennas 10 are loaded in multiple stages.

図８では、ヘイローアンテナ１０−１がｚ軸周りに任意に回転配置（素子回転配置）されることで、ヘイローアンテナ１０−１のギャップが、ｙ軸の正方向に定められている。また、ヘイローアンテナ１０−２がｚ軸周りに任意に回転配置されることで、ヘイローアンテナ１０−２のギャップが、ｘ軸の負方向に定められている。 In FIG. 8, the gap of the halo antenna 10-1 is determined in the positive direction of the y-axis by arbitrarily rotating and arranging the halo antenna 10-1 around the z-axis (element rotation arrangement). Further, the halo antenna 10-2 is arbitrarily rotated around the z axis, so that the gap of the halo antenna 10-2 is determined in the negative direction of the x axis.

図９には、アンテナ装置の素子回転配置と、水平面内の放射パターンの偏差との関係例が表されている。ここで、方位０［度］は、ｙ軸の正方向を表す。図９（Ａ）には、ヘイローアンテナ１０−１（図８を参照）の水平面内の放射パターンが表されている。また、図９（Ｂ）には、ヘイローアンテナ１０−２（図８を参照）の水平面内の放射パターンが表されている。 FIG. 9 shows an example of the relationship between the element rotational arrangement of the antenna device and the radiation pattern deviation in the horizontal plane. Here, the azimuth 0 [degree] represents the positive direction of the y-axis. FIG. 9A shows a radiation pattern in the horizontal plane of the halo antenna 10-1 (see FIG. 8). FIG. 9B shows a radiation pattern in the horizontal plane of the halo antenna 10-2 (see FIG. 8).

また、図９（Ｃ）には、ヘイローアンテナ１０−１の水平面内の放射パターンと、ヘイローアンテナ１０−２の水平面内の放射パターンとが合成された、水平面内の放射パターンが表されている。このように、ギャップの向きが互いに異なるよう各ヘイローアンテナ素子が回転配置されることで、アンテナ装置は、水平面内の放射パターンの偏差を改善することができる。 FIG. 9C shows a radiation pattern in the horizontal plane in which the radiation pattern in the horizontal plane of the halo antenna 10-1 and the radiation pattern in the horizontal plane of the halo antenna 10-2 are combined. . Thus, the antenna device can improve the deviation of the radiation pattern in the horizontal plane by rotating the halo antenna elements so that the gap directions are different from each other.

図１０には、筒状導体の配置と、水平面内の放射パターンの偏差との関係例が表されている。図１０（Ａ）は、座標（ｘ，ｙ）＝（０．１Ｒ，０．１Ｒ）に筒状導体２０の断面中心が配置されたアンテナ装置の上面図である。また、図１０（Ｂ）には、そのアンテナ装置の交差偏波が表されている。また、図１０（Ｃ）には、そのアンテナ装置の主偏波が表されている。 FIG. 10 shows an example of the relationship between the arrangement of the cylindrical conductors and the deviation of the radiation pattern in the horizontal plane. FIG. 10A is a top view of the antenna device in which the cross-sectional center of the cylindrical conductor 20 is arranged at coordinates (x, y) = (0.1R, 0.1R). FIG. 10B shows cross polarization of the antenna device. FIG. 10C shows the main polarization of the antenna device.

ヘイローアンテナ１０の円環の中心から外れた位置に、筒状導体２０の断面中心が配置された場合、筒状導体２０は、ヘイローアンテナ１０のインピーダンス特性だけでなく、ヘイローアンテナ１０の放射パターンにも影響を与えることが、図１０（Ｂ）及び（Ｃ）に表されている。したがって、ヘイローアンテナ１０の放射パターンに筒状導体２０が影響を与えないようにするには、筒状導体２０は、ヘイローアンテナ１０と同心に配置される必要がある。 When the center of the cross section of the cylindrical conductor 20 is disposed at a position off the center of the ring of the halo antenna 10, the cylindrical conductor 20 has not only the impedance characteristics of the halo antenna 10 but also the radiation pattern of the halo antenna 10. FIG. 10 (B) and FIG. 10 (C) show that this also affects. Therefore, in order to prevent the cylindrical conductor 20 from affecting the radiation pattern of the halo antenna 10, the cylindrical conductor 20 needs to be disposed concentrically with the halo antenna 10.

筒状導体２０は、正円、楕円又は多角形の断面形状を有する。図１１には、筒状導体の断面形状例と、水平面内の放射パターンの偏差との関係例が表されている。図１１（Ａ）は、筒状導体２１の断面形状（四角形）が、ヘイローアンテナ１０のギャップと給電点１１とを結ぶ平面に対して対称であるアンテナ装置の上面図である。また、図１１（Ｂ）には、そのアンテナ装置の交差偏波が表されている。また、図１１（Ｃ）には、そのアンテナ装置の主偏波が表されている。 The cylindrical conductor 20 has a perfect circle, an ellipse, or a polygonal cross-sectional shape. FIG. 11 shows an example of the relationship between the cross-sectional shape example of the cylindrical conductor and the deviation of the radiation pattern in the horizontal plane. FIG. 11A is a top view of the antenna device in which the cross-sectional shape (rectangle) of the cylindrical conductor 21 is symmetric with respect to the plane connecting the gap of the halo antenna 10 and the feeding point 11. FIG. 11B shows the cross polarization of the antenna device. FIG. 11C shows the main polarization of the antenna device.

筒状導体２１の断面形状（四角形）が、ヘイローアンテナ１０のギャップと給電点１１とを結ぶ平面に対して対称である場合、筒状導体２１に流れる散乱電流が互いに打ち消し合うので、筒状導体２１は、ヘイローアンテナ１０の放射パターンにほとんど影響を与えないことが、図１１（Ｂ）及び（Ｃ）に表されている。したがって、ヘイローアンテナ１０の放射パターンに筒状導体２１が影響を与えないようにするには、筒状導体２１は、ヘイローアンテナ１０のギャップと給電点１１とを結ぶ平面に対して、筒状導体２１の断面形状が対称となるよう配置される必要がある。 When the cross-sectional shape (rectangle) of the cylindrical conductor 21 is symmetric with respect to the plane connecting the gap of the halo antenna 10 and the feeding point 11, the scattered currents flowing through the cylindrical conductor 21 cancel each other. 11 (B) and (C) that 21 hardly affects the radiation pattern of the halo antenna 10. Therefore, in order to prevent the cylindrical conductor 21 from affecting the radiation pattern of the halo antenna 10, the cylindrical conductor 21 has a cylindrical conductor with respect to a plane connecting the gap of the halo antenna 10 and the feeding point 11. It is necessary to arrange so that the cross-sectional shape of 21 becomes symmetrical.

また、筒状導体２０は、ヘイローアンテナ１０と相似する断面形状を有していてもよい。例えば、ヘイローアンテナ１０が楕円形状である場合、筒状導体２０の断面形状の楕円軸比は、ヘイローアンテナ１０の形状の楕円軸比に応じて定められる。 Moreover, the cylindrical conductor 20 may have a cross-sectional shape similar to the halo antenna 10. For example, when the halo antenna 10 has an elliptical shape, the elliptical axis ratio of the cross-sectional shape of the cylindrical conductor 20 is determined according to the elliptical axis ratio of the shape of the halo antenna 10.

図１２には、アンテナ装置の楕円形状モデルが表されている。図１２（Ａ）には、ヘイローアンテナ１０のギャップ及び給電点１１を結ぶ線が楕円の長軸となるよう定められた場合の楕円形状モデルが表されている。また、図１２（Ｂ）には、ヘイローアンテナ１０のギャップ及び給電点１１を結ぶ線が楕円の短軸となるよう定められた場合の楕円形状モデルが表されている。 FIG. 12 shows an elliptical model of the antenna device. FIG. 12A shows an elliptical model when the line connecting the gap of the halo antenna 10 and the feeding point 11 is determined to be the major axis of the ellipse. FIG. 12B shows an elliptical model when the line connecting the gap of the halo antenna 10 and the feeding point 11 is determined to be the minor axis of the ellipse.

図１３には、ヘイローアンテナへの給電方法の例が表されている。図１３（Ａ）では、ヘイローアンテナ１０の給電点１１及びギャップを通る対称面内に、給電線３０として同軸ケーブルが配線されている。この場合、給電点１１には、筒状導体２０の内部から引き出された同軸ケーブルを介して給電される。また、図１３（Ｂ）では、ヘイローアンテナ１０の給電点１１及びギャップを通る対称面内に、マイクロストリップライン状の給電線３０が配線されている。この場合、給電点１１には、筒状導体２０の内部から引き出されたマイクロストリップライン状の給電線３０を介して給電される。また、図１３（Ｃ）では、素子回転配置モデル（図８を参照）のヘイローアンテナ１０の給電点１１及びギャップを通る対称面内に、給電線３０として同軸ケーブルが配線されている。この場合、給電点１１には、筒状導体２０の内部から引き出された同軸ケーブルを介して給電される。 FIG. 13 shows an example of a feeding method to the halo antenna. In FIG. 13A, a coaxial cable is wired as the feed line 30 in a plane of symmetry passing through the feed point 11 and the gap of the halo antenna 10. In this case, the feeding point 11 is fed via a coaxial cable drawn from the inside of the cylindrical conductor 20. Further, in FIG. 13B, a microstrip line-shaped feeder line 30 is wired in a plane of symmetry passing through the feeding point 11 and the gap of the halo antenna 10. In this case, the feeding point 11 is fed through a microstrip line-shaped feeding line 30 drawn from the inside of the cylindrical conductor 20. In FIG. 13C, a coaxial cable is wired as the feeder line 30 in a plane of symmetry passing through the feeding point 11 and the gap of the halo antenna 10 of the element rotation arrangement model (see FIG. 8). In this case, the feeding point 11 is fed via a coaxial cable drawn from the inside of the cylindrical conductor 20.

図１４は、ヘイローアンテナのループ構造例が表されている。ヘイローアンテナは、３線構造を有していてもよい。図１４（Ａ）では、ヘイローアンテナ１０−３は、双ループ構造を有している（中央給電モデル）。また、図１４（Ｂ）では、ヘイローアンテナ１０−４は、重ループ構造を有している（下部給電モデル）。 FIG. 14 shows an example of a loop structure of a halo antenna. The halo antenna may have a three-wire structure. In FIG. 14A, the halo antenna 10-3 has a double loop structure (central feed model). In FIG. 14B, the halo antenna 10-4 has a heavy loop structure (lower power feed model).

図１５には、無給電素子であるヘイローアンテナが寄生素子として装荷されたアンテナ装置の構成例が表されている。ヘイローアンテナの鉛直方向（ｚ軸方向）には、寄生素子が装荷されてもよい。図１５（Ａ）には、ヘイローアンテナ１０−１の鉛直方向の片側に、無給電素子であるヘイローアンテナ１０−５が装荷されたアンテナ装置のモデルが表されている。また、図１５（Ｂ）には、ヘイローアンテナ１０−１の鉛直方向の両側に、無給電素子であるヘイローアンテナ１０−５及びヘイローアンテナ１０−６がそれぞれ装荷されたアンテナ装置のモデルが表されている。 FIG. 15 shows a configuration example of an antenna device in which a halo antenna that is a parasitic element is loaded as a parasitic element. Parasitic elements may be loaded in the vertical direction (z-axis direction) of the halo antenna. FIG. 15A shows a model of an antenna device in which a halo antenna 10-5 that is a parasitic element is loaded on one side of the halo antenna 10-1 in the vertical direction. FIG. 15B shows a model of an antenna device in which a halo antenna 10-5 and a halo antenna 10-6 that are parasitic elements are respectively loaded on both sides of the halo antenna 10-1 in the vertical direction. ing.

以上のように、アンテナ装置は、ヘイローアンテナ１０の円環の中心に配置された筒状導体２０と、ヘイローアンテナ１０に給電するため、筒状導体２０の内部に配線された給電線３０と、を備える。
この構成により、ヘイローアンテナから給電線への電界と、給電線からヘイローアンテナへの電界とを、筒状導体がシールドするので、筒状導体の内部は、筒状導体の外部と電気的に分離される。したがって、給電系の設計自由度が大きくなり、給電線損失が小さい大径の給電線が筒状導体の内部に配置されても、給電線が放射パターンに影響を与えることがない。これにより、アンテナ装置は、ヘイローアンテナのアンテナ利得を高くすることができる。 As described above, the antenna device includes the cylindrical conductor 20 disposed at the center of the ring of the halo antenna 10 and the feeder line 30 wired inside the cylindrical conductor 20 to supply power to the halo antenna 10. Is provided.
With this configuration, since the cylindrical conductor shields the electric field from the halo antenna to the feeder line and the electric field from the feeder line to the halo antenna, the inside of the cylindrical conductor is electrically separated from the outside of the cylindrical conductor. Is done. Therefore, even if a large-diameter feed line with a small feed line loss is arranged inside the cylindrical conductor, the feed line does not affect the radiation pattern. Accordingly, the antenna device can increase the antenna gain of the halo antenna.

また、筒状導体２０の断面形状、及び筒状導体２１の断面形状は、ヘイローアンテナ１０のギャップと給電点とを結ぶ平面に対して対称である。
また、筒状導体２０の断面形状は、ヘイローアンテナ１０の形状と相似でもよい。
また、筒状導体２０の断面形状の半径は、その断面形状が円形である場合、ヘイローアンテナ１０の円環の半径の８割以下でもよい。 The cross-sectional shape of the cylindrical conductor 20 and the cross-sectional shape of the cylindrical conductor 21 are symmetric with respect to a plane connecting the gap of the halo antenna 10 and the feeding point.
The cross-sectional shape of the cylindrical conductor 20 may be similar to the shape of the halo antenna 10.
Further, the radius of the cross-sectional shape of the cylindrical conductor 20 may be 80% or less of the radius of the ring of the halo antenna 10 when the cross-sectional shape is circular.

また、ヘイローアンテナ１０は、ギャップの向きが互いに異なるよう複数配置される。これにより、アンテナ装置は、水平面内の放射パターンの偏差を改善することができる。 A plurality of halo antennas 10 are arranged so that the gap directions are different from each other. Thereby, the antenna apparatus can improve the deviation of the radiation pattern in the horizontal plane.

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes designs and the like that do not depart from the gist of the present invention.

例えば、アンテナ装置は、筒状導体２０の内部に移相器などの複雑な回路を更に備えてもよい。これにより、アンテナ装置は、ビームチルト機能を実行することができる。 For example, the antenna device may further include a complicated circuit such as a phase shifter inside the cylindrical conductor 20. Thereby, the antenna device can execute the beam tilt function.

１０…ヘイローアンテナ、１１…給電点、２０…筒状導体、２１…筒状導体、３０…給電線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Halo antenna, 11 ... Feeding point, 20 ... Cylindrical conductor, 21 ... Cylindrical conductor, 30 ... Feeding line

Claims

A cylindrical conductor arranged at the center of the ring of the halo antenna;
In order to feed power to the halo antenna, a feed line wired inside the cylindrical conductor;
Equipped with a,
The Halo antenna, antenna apparatus characterized Rukoto a plurality arranged such that the direction of the gap are different from each other.

2. The antenna according to claim 1, wherein a cross-sectional shape of the cylindrical conductor cut along a plane parallel to the ring of the halo antenna is line symmetric with respect to a straight line connecting a gap and a feeding point of the halo antenna. apparatus.

3. The antenna device according to claim 1, wherein a cross-sectional shape of the cylindrical conductor cut along a plane parallel to the ring of the halo antenna is similar to the shape of the halo antenna.

The radius of the cross-sectional shape of the cylindrical conductor cut by a plane parallel to the ring of the halo antenna is 80% or less of the radius of the ring of the halo antenna when the cross-sectional shape is circular. The antenna device according to any one of claims 1 to 3.