JPH0680971B2 - Dielectric loaded antenna with reflector - Google Patents

Dielectric loaded antenna with reflector

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JPH0680971B2
JPH0680971B2 JP18426087A JP18426087A JPH0680971B2 JP H0680971 B2 JPH0680971 B2 JP H0680971B2 JP 18426087 A JP18426087 A JP 18426087A JP 18426087 A JP18426087 A JP 18426087A JP H0680971 B2 JPH0680971 B2 JP H0680971B2
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    • G03CPHOTOSENSITIVE MATERIALS FOR PHOTOGRAPHIC PURPOSES; PHOTOGRAPHIC PROCESSES, e.g. CINE, X-RAY, COLOUR, STEREO-PHOTOGRAPHIC PROCESSES; AUXILIARY PROCESSES IN PHOTOGRAPHY
    • G03C1/00Photosensitive materials
    • G03C1/005Silver halide emulsions; Preparation thereof; Physical treatment thereof; Incorporation of additives therein
    • G03C1/04Silver halide emulsions; Preparation thereof; Physical treatment thereof; Incorporation of additives therein with macromolecular additives; with layer-forming substances
    • G03C1/047Proteins, e.g. gelatine derivatives; Hydrolysis or extraction products of proteins
    • G03C2001/0471Isoelectric point of gelatine

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、たとえばマイクロ波以上の周波数帯域の電波
の送受信に好適に用いられ、動作利得と放射能率とが格
段に向上された反射板を有する誘電体装荷アンテナに関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is suitable for use in, for example, transmission and reception of radio waves in the frequency band of microwaves or higher, and has a dielectric plate having a reflector with significantly improved operating gain and radioactivity. Regarding body-loaded antenna.

従来技術 第19図は典型的な従来技術のシヨートバツクフアイアン
テナ(以下、SBFアンテナと略称する)1の構成を示す
断面図である。第19図を参照して、SBFアンテナ1につ
いて説明する。SBFアンテナ1は、たとえばダイポール
アンテナなどの電波の波源2と、これに関して相互に反
対側に配置された平行な金属板から成る一対の反射板3,
4とを含む。反射板4は反射板3側に向かう立上がり高
さa1(たとえば0.25λ)の円筒部4aを有する。反射板3,
4の外形は、たとえば正方形または円であつて、その外
寸D1は使用電波の波長λに関して0.4λに選ばれ、また
外形が円の場合の外寸d1は2.0λに選ばれる。また反射
板3,4の間隔h1は、使用波長λに関して、λ/2に選ばれ
ている。このSBFアンテナ1は反射板3,4間の電波の反射
と、反射板3,4の各端部における電波の回折とを利用し
て、放射を実現している。
Prior Art FIG. 19 is a sectional view showing the configuration of a typical prior art short-circuit buckeye antenna (hereinafter, abbreviated as SBF antenna) 1. The SBF antenna 1 will be described with reference to FIG. The SBF antenna 1 includes, for example, a wave source 2 of a radio wave such as a dipole antenna and a pair of reflectors 3 made of parallel metal plates arranged on opposite sides with respect to each other.
Including 4 and. The reflector 4 has a cylindrical portion 4a having a rising height a1 (for example, 0.25λ) toward the reflector 3 side. Reflector 3,
The outer shape of 4 is, for example, a square or a circle, and the outer dimension D1 is selected to be 0.4λ with respect to the wavelength λ of the radio wave used, and the outer dimension d1 is 2.0λ when the outer shape is a circle. The distance h1 between the reflectors 3 and 4 is set to λ / 2 with respect to the wavelength λ used. The SBF antenna 1 realizes radiation by utilizing the reflection of the radio wave between the reflectors 3 and 4 and the diffraction of the radio wave at each end of the reflectors 3 and 4.

このようなSBFアンテナ1では、開口効率は高々約100%
で利得15dB程度のものが得られることが知られている
が、このような構成のSBFアンテナ1では、これ以上の
開口効率および動作利得を達成することは困難であるこ
とも周知である。
With such an SBF antenna 1, the aperture efficiency is at most about 100%.
It is known that a gain of about 15 dB can be obtained in the above, but it is well known that it is difficult to achieve a higher aperture efficiency and operating gain with the SBF antenna 1 having such a configuration.

第20図は第2の従来技術の誘電体ロツドアンテナ(以
下、ロツドアンテナと称する)5の構成を示す斜視図で
ある。第20図を参照して、ロツドアンテナ5について説
明する。ロツドアンテナ5は、導波管6の一端部に長手
方向に沿つて固定された誘電体棒7を導波管6によつて
励振し、発生する表面波を利用して放射を実現する。こ
のようなロツドアンテナ5において、誘電体棒7の径D2
は使用波長λ以下であり、またロツド長D3は5λ〜10数
×λが必要である。したがつてこのようなロツドアンテ
ナは、構成に関して必然的に小形化が困難であり、また
動作利得も約16〜17dB程度しか得られないことが知られ
ている。
FIG. 20 is a perspective view showing the configuration of a second conventional dielectric rod antenna (hereinafter referred to as a rod antenna) 5. The rod antenna 5 will be described with reference to FIG. The rod antenna 5 excites the dielectric rod 7 fixed to one end of the waveguide 6 along the longitudinal direction by the waveguide 6, and realizes radiation by using the generated surface wave. In such a rod antenna 5, the diameter D2 of the dielectric rod 7
Is not more than the used wavelength λ, and the rod length D3 needs to be 5λ to 10 number × λ. Therefore, it is known that such a rod antenna is inevitably difficult to miniaturize in terms of configuration, and the operating gain is only about 16 to 17 dB.

第21図は第3の従来技術の八木アンテナ8の基本的構成
を示す平面図である。第21図を参照して、八木アンテナ
8について説明する。八木アンテナ8は、給電素子8aと
導波器8bと反射器8cとを含む。八木アンテナ8は導体棒
からなる共振素子を用いているため、使用周波数帯域が
狭いという問題点があつた。
FIG. 21 is a plan view showing the basic configuration of the Yagi antenna 8 of the third conventional art. The Yagi antenna 8 will be described with reference to FIG. The Yagi antenna 8 includes a feeding element 8a, a director 8b, and a reflector 8c. Since the Yagi antenna 8 uses a resonant element made of a conductor rod, there is a problem that the frequency band used is narrow.

発明が解決しようとする問題点 したがつて、とりわけマイクロ波およびミリ波以上の周
波数帯域の電波を送受信するアンテナについて、構成を
小形化できるとともに、動作利得および放射能率を格段
に向上できるアンテナが希望されていた。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the problems to be solved by the invention, in particular, an antenna that transmits and receives radio waves in the frequency band of microwaves and millimeter waves or higher can be downsized, and an antenna that can significantly improve operating gain and radiation efficiency is desired. It had been.

本発明の目的は、上述の問題点を解決し構成を格段に小
形化できるとともに、動作利得および放射能率を格段に
向上できる反射板を有する誘電体装荷アンテナを提供す
ることである。
An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a dielectric loaded antenna having a reflector which can significantly reduce the configuration and can significantly improve the operating gain and the radiation efficiency.

問題点を解決するための手段 本発明は、導波管(12)と、 導波管(12)の端部に、その導波管(12)の軸線と垂直
に外向きに拡がつて固定され、導波管(12)と連通する
開口(13a)を有する金属製平板状の反射板(13)と、 反射板(13)から前方に一定の距離をあけて配置され、
反射板(13)に臨む表面(14s)が反射板(13)と平行
である誘電体(14)とを含むことを特徴とする反射板を
有する誘電体装荷アンテナである。
Means for Solving the Problems The present invention is directed to a waveguide (12) and an end portion of the waveguide (12) fixed by expanding outwardly in a direction perpendicular to the axis of the waveguide (12). And a metal flat plate-like reflector (13) having an opening (13a) communicating with the waveguide (12) and a certain distance in front of the reflector (13),
A dielectric loaded antenna having a reflector, characterized in that a surface (14s) facing the reflector (13) includes the reflector (13) and a dielectric (14) parallel to the reflector (13).

本発明の好ましい実施態様は、反射板(13)の誘電体
(14)に対向する表面(13s)が略円錐面となるように
構成され、 誘電体(14)の反射板(13)に臨む表面(14s)と、該
表面(14s)と反対側の表面(14r)とを、反射板(13)
の前記表面(13s)と対応する形状に形成したことを特
徴とする。
A preferred embodiment of the present invention is configured such that the surface (13s) of the reflector (13) facing the dielectric (14) is a substantially conical surface, and faces the reflector (13) of the dielectric (14). The surface (14s) and the surface (14r) opposite to the surface (14s) are connected to the reflection plate (13).
Is formed in a shape corresponding to the surface (13s).

また本発明の好ましい実施態様は、反射板(13)は、一
対の平坦な金属板が相互に角度θ2を成す形状に形成さ
れ、 誘電体(14)は、反射板(13)に対応して軸直角断面が
略V字状であるように形成されることを特徴とする。
In a preferred embodiment of the present invention, the reflector (13) is formed in a shape in which a pair of flat metal plates form an angle θ2 with each other, and the dielectric (14) corresponds to the reflector (13). It is characterized in that the cross section perpendicular to the axis is formed in a substantially V shape.

また本発明の好ましい実施態様は、導波管(12)と反射
板(13)と誘電体(14)とから成る組合せを、複数個配
列してアレイアンテナとして用いることを特徴とする。
A preferred embodiment of the present invention is characterized in that a plurality of combinations of the waveguide (12), the reflector (13) and the dielectric (14) are arranged and used as an array antenna.

また本発明は、反射板(13)と、 反射板(13)の前方に一定の距離をあけて配置され、反
射板(13)に臨む表面が反射板(13)と平行である誘電
体(14)と、 反射板(13)と誘電体(14)との間に介在されるアンテ
ナとを含むことを特徴とす反射板を有する誘電体装荷ア
ンテナである。
Further, the present invention provides a reflector (13) and a dielectric body (a surface facing the reflector (13) which is arranged in front of the reflector (13) with a certain distance therebetween and is parallel to the reflector (13). A dielectric loaded antenna having a reflector, characterized in that it includes a reflector (13) and an antenna interposed between the reflector (13) and the dielectric (14).

また本発明の好ましい実施態様は、前記アンテナがダイ
ポールアンテナであることを特徴とする。
A preferred embodiment of the present invention is characterized in that the antenna is a dipole antenna.

また本発明の好ましい実施態様は、前記アンテナがパツ
チアンテナであることを特徴とする。
A preferred embodiment of the present invention is characterized in that the antenna is a patch antenna.

また本発明の好ましい実施態様は、前記アンテナがスト
リツプラインアンテナであることを特徴とする。
A preferred embodiment of the present invention is characterized in that the antenna is a stripline antenna.

また本発明の好ましい実施態様は、反射板(13)と誘電
体(14)と前記アンテナとから成る組合せを、複数個配
列してアレイアンテナとして用いることを特徴とする。
Further, a preferred embodiment of the present invention is characterized in that a plurality of combinations of the reflector (13), the dielectric (14) and the antenna are arranged and used as an array antenna.

作 用 本発明に従えば、反射板13の開口13aおよびアンテナ17,
18,19のような任意の偏波態様の波源と、波源近傍に配
置され、波源に臨む表面が有限面積の反射板と、波源に
関して反射板と反対側に配置され、少なくとも反射板に
臨む表面は反射板と並行に形成された誘電体とを含ん
で、誘電体装荷アンテナを構成する。このような誘電体
装荷アンテナでは、波源からの電波は反射板と誘電体と
の間、または誘電体内部などで多重反射する。
Operation According to the present invention, the opening 13a of the reflector 13 and the antenna 17,
A wave source having an arbitrary polarization mode such as 18, 19 and a reflector disposed in the vicinity of the wave source, the surface facing the wave source having a finite area, and the surface opposite to the reflector with respect to the wave source, at least the surface facing the reflector. Includes a reflector and a dielectric formed in parallel to form a dielectric loaded antenna. In such a dielectric loaded antenna, the radio wave from the wave source is multiply reflected between the reflector and the dielectric, or inside the dielectric.

本発明は、誘電体と波源と反射板との相互の間隔および
誘電体の寸法や誘電率などを適切に選ぶことによつて、
誘電体内の電波の進行方向の振動成分、進行方向と垂直
な方向の振動成分および反射板と誘電体との間の振動成
分との重畳によつて、誘電体近傍の電磁界分布(特に位
相)を一様化する。このことをさらに詳しく述べると、
第22図のように比較的広い板状誘電体14を点波源に装荷
した場合を考えると、波源31から放射された電波の一部
は誘電体14とグランド板である反射板13の間において反
射を繰り返しながら誘電体14の切れ目まで伝搬するが、
その間に少しずつ誘電体14を透過してリーキーウエイブ
を生成し、その位相面は波線のように、ある方向に揃
い、その等相面に垂直な方向に鋭い指向性を示す。これ
はあたかも第22図のように映像波源列からの放射波のよ
うになる。誘電体14と反射板(グランド板)13の間隔h
が1/2波長の整数倍で、誘電体14の厚みtが1/4誘電体14
内波長の奇数倍の場合には指向性が正面方向となり、も
し、誘電体14と反射板13の広さが無限に広ければ、波源
の利得は比誘電率倍となる。したがつて誘電体14の比誘
電率が高ければ反射係数が高くなり、振動が減衰しにく
く、横方向に広くひろがり、有効面積を大きくするの
で、高い利得が得られる。これが本発明の理論である。
According to the present invention, by appropriately selecting the mutual distance between the dielectric, the wave source, and the reflector, and the dimensions and permittivity of the dielectric,
The electromagnetic field distribution (particularly the phase) near the dielectric due to the superposition of the vibration component in the traveling direction of the radio wave in the dielectric body, the vibration component in the direction perpendicular to the traveling direction, and the vibration component between the reflector and the dielectric body. Uniformize. To explain this in more detail,
Considering the case where a relatively wide plate dielectric 14 is loaded on a point wave source as shown in FIG. 22, a part of the radio wave radiated from the wave source 31 is between the dielectric 14 and the reflector 13 which is a ground plate. While propagating to the break of the dielectric 14 while repeating reflection,
Meanwhile, a leaky wave is generated little by little through the dielectric substance 14, and its phase plane is aligned in a certain direction like a wavy line and exhibits a sharp directivity in a direction perpendicular to the equiphase surface. This is as if it were the radiated wave from the image source train, as shown in FIG. Distance h between dielectric 14 and reflector (ground plate) 13
Is an integral multiple of 1/2 wavelength, and the thickness t of the dielectric 14 is 1/4 dielectric 14
When the inner wavelength is an odd multiple, the directivity is in the front direction, and if the dielectric 14 and the reflector 13 are infinitely wide, the gain of the wave source is double the relative permittivity. Therefore, if the dielectric constant of the dielectric material 14 is high, the reflection coefficient is high, the vibration is less likely to be attenuated, the vibration is widely spread in the lateral direction, and the effective area is increased, so that a high gain is obtained. This is the theory of the invention.

この誘電体14の比誘電率が小さく、2〜2.5では誘電体1
4の直径が2.5波長位の面積で大部分のエネルギが前方に
放射される。実際に誘電体14の広さを有限とし、たとえ
ば直径が約3波長以下にすると、誘電体14の厚さ方向、
あるいは反射板13と誘電体14の間で反射を繰り返し、横
方向に伝搬する波は誘電体14の側壁、すなわち、不連続
面で反射して反対方向に伝搬し、反対側の不連続面で再
び反射する。このようにして横方向の振動成分が生じ
る。
The relative permittivity of this dielectric 14 is small.
Most of the energy is radiated forward in the area where the diameter of 4 is 2.5 wavelengths. If the width of the dielectric 14 is actually finite and the diameter is, for example, about 3 wavelengths or less, the dielectric 14 in the thickness direction,
Alternatively, the wave propagating in the lateral direction is repeatedly reflected between the reflector 13 and the dielectric 14, and the wave propagating in the lateral direction is reflected on the side wall of the dielectric 14, that is, the discontinuous surface and propagates in the opposite direction, and on the opposite discontinuous surface. Reflect again. In this way, a lateral vibration component is generated.

次に、第23図のように直径0.5波長程度で低誘電率の棒
状の誘電体14を波源31の前に装荷した場合を考えると、
誘電体14内に入った電波は誘電体14の側面で反射を繰り
返し前方に伝搬する。第23図のように入射経路、反射経
路はばらばらのように見えるが、これらはHE11姿態(表
面波)として誘電体14の横断面において等相面を形成し
ながら伝搬する。本来、表面波は電波の放射しないもの
であるが、誘電体14が有限長であるため、誘電体14全体
としては電波を放射し、Hansen−Woodyardの条件が成り
立つとき、高い利得が得られる。
Next, as shown in FIG. 23, considering a case where a rod-shaped dielectric 14 having a low dielectric constant and a diameter of about 0.5 wavelength is loaded in front of the wave source 31,
The radio wave entering the dielectric 14 is repeatedly reflected on the side surface of the dielectric 14 and propagates forward. As shown in FIG. 23, the incident path and the reflected path appear to be disjointed, but these propagate in the HE 11 state (surface wave) while forming an equiphase surface in the cross section of the dielectric 14. Originally, surface waves do not radiate radio waves, but since the dielectric 14 has a finite length, the dielectric 14 as a whole radiates radio waves, and when the Hansen-Woodyard condition is satisfied, a high gain is obtained.

第24図は反射板(グランド板)13上にある波源に誘電体
14が装荷した図であるが、これは放射波に対して誘電体
がレンズ的な効果を持つことを示すものである。すなわ
ち、誘電体の中央付近の経路に対して斜めに入射した経
路は誘電体の角でプリズム状に屈折される。この経路が
上端面付近に達する距離は、中央付近を経過する経路よ
り長いが、電波が誘電体中を通過する距離が短いために
各部の寸法条件によつては到達する時間の差を少なくす
ることができる。言い換えれば位相差を少なくできるた
め平面波に近いものができる。本発明において、正面方
向に利得が高くなる場合の誘電体14の有効面積を確かめ
る目的で、誘電体の厚みをλg/4(λgは誘電体内波長
とする)、誘電体14と反射板13の間隔をλ0/2(λ
空間波長とする)として誘電体14の広さをだんだんと小
さくしてゆくと、本来、誘電率倍になるべく利得がそれ
以上に増加する広さがあり、厚さにおいてもある程度厚
みがあって、しかも誘電体14とグランド板13の間隔もλ
0/2である必要はなく、この間隔の大きさによって波源
との整合性をよくすることができる。この場合は、誘電
体ロッドアンテナよりかなり短い誘電体長で高利得のア
ンテナが実現でき、たとえば角柱の誘電体で横断面の一
辺が2.5λ位の場合には約18dBiの利得が得られる。こ
れは誘電体カバードアンテナの理論にも、誘電体ロッド
アンテナの理論にも当てはまらないものである。しか
し、直径が約1λ以下になるとロッドアンテナの理論
が適用できるようになり、直径が4〜5λでは、誘電
体14とグランド板13の間隔がλ0/2において誘電体カバ
ードアンテナの理論が適応できるようになる。
FIG. 24 shows a dielectric on the wave source on the reflection plate (ground plate) 13.
14 is a loaded figure, which shows that the dielectric has a lens-like effect on the radiated wave. That is, a path that is obliquely incident on the path near the center of the dielectric is refracted into a prism shape at the corner of the dielectric. The distance that this path reaches near the upper end surface is longer than the path that passes near the center, but since the distance that radio waves pass through the dielectric is short, the difference in the arrival time is reduced depending on the dimensional conditions of each part. be able to. In other words, since the phase difference can be reduced, a wave close to a plane wave can be obtained. In the present invention, in order to confirm the effective area of the dielectric 14 when the gain becomes high in the front direction, the thickness of the dielectric is λg / 4 (λg is the wavelength in the dielectric), the dielectric 14 and the reflector 13 When a (the lambda 0 and space wavelength) λ 0/2 intervals Yuku and size of the dielectric 14 was gradually reduced as originally have breadth of possible gain permittivity fold increases more than that, There is some thickness, and the distance between the dielectric 14 and the ground plate 13 is λ.
It does not have to be 0/2, and the size of this interval improves the compatibility with the wave source. In this case, a high gain antenna can be realized with a dielectric length much shorter than that of the dielectric rod antenna. For example, when the cross section of a prismatic dielectric is 2.5λ 0, a gain of about 18 dBi can be obtained. This does not apply to the theory of dielectric covered antennas or the theory of dielectric rod antennas. However, to be able to apply the theory of the rod antenna diameter is about 1 [lambda 0 or less, the 4~5λ diameter 0, the dielectric 14 and the distance of the ground plate 13 is lambda 0/2 of the dielectric covered antenna theory Will be able to adapt.

本発明の誘電体装荷アンテナは、誘電体14の直径が誘電
体カバードアンテナの要素、すなわちリーキーウェイブ
と、誘電体ロッドアンテナの要素、すなわち表面波(HE
11モード)と、さらにはレンズ的効果が得られる放射波
が合成されたものとなっていると考えられる。したがっ
て、この「重畳」という用語は、これらの波が合成され
ることを意味し、誘電体14の比誘電率、直径D、厚み
t、反射板(グランド板)13との間隔hの組み合わせ条
件によっての誘電体前面の電磁界の位相分布が、より広
く均一化(同相化)されるので高利得にできる。
In the dielectric loaded antenna of the present invention, the diameter of the dielectric 14 is the element of the dielectric covered antenna, that is, the leaky wave, and the element of the dielectric rod antenna, that is, the surface wave (HE).
It is thought that it is a combination of radiation waves that can obtain the lens effect. Therefore, the term "superimposition" means that these waves are combined, and the combination conditions of the relative permittivity of the dielectric 14, the diameter D, the thickness t, and the distance h from the reflection plate (ground plate) 13 are combined. Since the phase distribution of the electromagnetic field on the front surface of the dielectric is broadened and made uniform (in-phase), a high gain can be obtained.

なお、間隔hは波源との整合性を調整できるので能率良
く電波を放射することができる。アンテナの能率という
のは、アンテナに入力された電力のうちの何パーセント
が放射されるかで決まるので、この場合には誘電体損失
が少なければ整合性だけの問題である。これによつてア
ンテナの高動作利得化および高能率化が実現され、した
がつて従来技術の同一効率または同一動作利得のアンテ
ナと比べると、構成を格段に小形化できる。
Since the interval h can adjust the matching with the wave source, radio waves can be efficiently emitted. The efficiency of the antenna depends on what percentage of the power input to the antenna is radiated, and in this case, if dielectric loss is small, it is only a matter of matching. As a result, high operating gain and high efficiency of the antenna are realized, and therefore, the configuration can be remarkably downsized as compared with the conventional antenna of the same efficiency or the same operating gain.

実施例 第1図は本発明の一実施例の誘電体装荷アンテナ(以
下、アンテナと略称する)11の基本的構成を示す斜視図
であり、第2図はアンテナ11の平面図である。第1図お
よび第2図を参照して、本実施例のアンテナ11について
説明する。本実施例のアンテナ11は、軸直角断面がたと
えば方形の導波管12を含んでおり、長手方向一方端部に
は導波管12の軸線と垂直に外向きに拡がつて、金属材料
から成る矩形平板状の反射板13が固定される。この反射
板13には、導波管12と連通する開口13aが形成される。
この反射板13から前方(第1図の右方、第2図の上方)
に、反射板13と間隔hをあけて、直方体状の誘電体14が
配置される。この誘電体14はたとえばテフロン樹脂、ポ
リエチレン樹脂またはポリプロピレン樹脂などから形成
される。
Embodiment 1 FIG. 1 is a perspective view showing a basic structure of a dielectric loaded antenna (hereinafter, simply referred to as an antenna) 11 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of the antenna 11. The antenna 11 of this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The antenna 11 of the present embodiment includes a waveguide 12 whose cross section perpendicular to the axis is, for example, a rectangular shape. One end in the longitudinal direction extends outward perpendicularly to the axis of the waveguide 12 and is made of a metal material. The rectangular flat plate-shaped reflection plate 13 is fixed. An opening 13a communicating with the waveguide 12 is formed in the reflection plate 13.
Forward from the reflector 13 (right side in FIG. 1, upper side in FIG. 2)
Then, a rectangular parallelepiped dielectric 14 is arranged at a distance h from the reflection plate 13. The dielectric 14 is made of, for example, Teflon resin, polyethylene resin or polypropylene resin.

前記反射板13の輪郭は、たとえば矩形であつて辺長D1,D
2を有する。また誘電体14は導波管12の軸線方向に沿う
厚みtと、導波管12の軸線方向と直交する2方向に沿う
縦方向長さD3と、横方向長さD4とを有する。誘電体14の
反射板13に臨む表面14Sは、第2図か明らかなように、
反射板13と平行である。
The reflector 13 has, for example, a rectangular outline and side lengths D1 and D.
Having 2. The dielectric 14 has a thickness t along the axial direction of the waveguide 12, a longitudinal length D3 along two directions orthogonal to the axial direction of the waveguide 12, and a lateral length D4. The surface 14S of the dielectric 14 which faces the reflection plate 13 is, as is clear from FIG.
It is parallel to the reflector 13.

このように導波管12を波源とし反射板13を有するアンテ
ナに関して、上述したような誘電体14を配置することに
よつて、開口13aから発生される電磁波は、第1図の矢
符A1で示すように導波管12の軸線方向に沿う双方向に沿
つて反射板13と誘電体14との間で反射する。また誘電体
14内では、矢符A1方向および矢符A1方向と直交する平面
を構成する相互に直交する方向(第1図矢符A2,A3で示
す)に沿う方向に多重反射する。これによつて、反射板
13と誘電体14との間および誘電体14内部で、前記矢符A1
〜A3方向に表面波および回折波が励振され定在波が生じ
ることになる。
As to the antenna having the waveguide 12 as the wave source and the reflector 13 as described above, by disposing the dielectric 14 as described above, the electromagnetic wave generated from the opening 13a is indicated by an arrow A1 in FIG. As shown, the light is reflected between the reflector 13 and the dielectric 14 along both directions along the axial direction of the waveguide 12. Dielectric
Within 14, multiple reflection is carried out in the directions along arrow A1 direction and mutually orthogonal directions (shown by arrows A2 and A3 in FIG. 1) constituting a plane orthogonal to the arrow A1 direction. By this, the reflector
Between 13 and the dielectric 14 and inside the dielectric 14, the arrow A1
Surface waves and diffracted waves are excited in the ~ A3 direction to generate standing waves.

また反射板13と誘電体14との間で、前述したように電磁
波が矢符A1方向に沿う反射を行なつており、このような
電磁波について、反射板13および誘電体14の各端部15,1
6における回折によつて、動作利得が増大する。すなわ
ち誘電体14の近傍の電磁界分布(とりわけ位相)を一様
化できる。ここに言う一様化とは、前記端部15、16によ
つて反射または回折した電磁波と、誘電体14と反射板13
との間で多重反射した電磁波とを重畳させる作用の意味
である。また反射板13の面積は有限であり、したがつて
前記端部15、16で反射または回折を繰り返すことによつ
て、放射される電磁波の位相が揃えられる状態が発生す
る。これによつて動作利得が向上される。
Further, as described above, the electromagnetic wave is reflected along the arrow A1 direction between the reflecting plate 13 and the dielectric body 14, and with respect to such an electromagnetic wave, each end portion 15 of the reflecting plate 13 and the dielectric body 14 is reflected. , 1
Diffraction at 6 increases the operating gain. That is, the electromagnetic field distribution (particularly the phase) near the dielectric 14 can be made uniform. The homogenization referred to here means the electromagnetic wave reflected or diffracted by the end portions 15 and 16, the dielectric 14 and the reflection plate 13.
It means the effect of superimposing the electromagnetic waves multiply reflected between and. Further, the area of the reflection plate 13 is finite, and therefore, by repeating reflection or diffraction at the end portions 15 and 16, a state occurs in which the phases of radiated electromagnetic waves are aligned. This improves the operating gain.

第3図は前述のアンテナ11の特性を示すグラフである。
横軸は厚みtを使用波長λで規格化した数値であり、
縦軸は動作利得である。本実施例の誘電体14は、たとえ
ばテフロンであつて比誘電率=2.0で、間隔h=λ0/2に
選ぶ。この例に沿つて以下に説明する。第3図ラインl1
は第1図において、 D1=D2=D3=D4=1.5λ …(1) の場合の特性を示し、ライン12は、 D1=D2=D3=D4=2.0λ …(2) の場合の特性を示し、ラインl3は、 D1=D2=D3=D4=4.0λ …(3) の場合の特性をそれぞれ示す。
FIG. 3 is a graph showing the characteristics of the antenna 11 described above.
The horizontal axis is the numerical value obtained by normalizing the thickness t with the wavelength λ 0 used,
The vertical axis is the operating gain. The dielectric 14 of the present embodiment, for example, in Atsute dielectric constant = 2.0 with Teflon, choosing the spacing h = λ 0/2. This example will be described below. Fig. 3 Line l1
Shows the characteristics in the case of D1 = D2 = D3 = D4 = 1.5λ 0 (1) in FIG. 1, and the line 12 shows the characteristics in the case of D1 = D2 = D3 = D4 = 2.0λ 0 (2) The characteristic is shown, and the line 13 shows the characteristic in the case of D1 = D2 = D3 = D4 = 4.0λ 0 (3).

以下、第3図を併せて参照して、アンテナ11の特性につ
いて説明する。上記第1式の場合には、第3図に明らか
なように、 t/λ≒1.5 …(4) で動作利得が最大となり、第2式の場合には、 t/λ≒2 …(5) で、やはり動作利得が最大となることが理解される。上
記第3式の場合では、動作利得は第3図に示すように振
動しており、 t/λ>0.5 …(6) の範囲では、振動の極大値はほぼ等しく、これは誘電体
14が充分(または無限)に広い場合の現象に近似してい
ることが理解される。
Hereinafter, the characteristics of the antenna 11 will be described with reference to FIG. As is clear from FIG. 3, in the case of the above formula 1, the operating gain becomes maximum at t / λ 0 ≈1.5 (4), and in the case of the formula 2, t / λ 0 ≈2. It is understood that the operation gain is also maximized in (5). In the case of the third formula, the operating gain oscillates as shown in FIG. 3, and in the range of t / λ 0 > 0.5 (6), the maximum values of the vibrations are almost equal, which is the dielectric
It is understood that 14 approximates the phenomenon when it is sufficiently (or infinitely) wide.

すなわち第1図および第2図に示した構成を有するアン
テナ11は、反射板13および誘電体14の相互に対向する表
面13s,14sの面積が16λ0 2程度以上のとき、前述した端
部15,16における反射および回折による効果が表われな
くなつていることが理解される。また反射板13および誘
電体14の辺長D1〜D4が、4λから1.5λに変化する
に従い、アンテナ11の動作利得が向上される傾向が示さ
れている。このような傾向は反射板13と誘電体14との間
隔hを変化しても同様であることが、本件発明者によつ
て確認されている。
That is, in the antenna 11 having the configuration shown in FIGS. 1 and 2, when the areas of the surfaces 13s and 14s of the reflection plate 13 and the dielectric 14 which face each other are about 16λ 0 2 or more, the above-mentioned end portion 15 is formed. It is understood that the effects due to reflection and diffraction at 16 and 16 disappear. It is also shown that the operating gain of the antenna 11 is improved as the side lengths D1 to D4 of the reflector 13 and the dielectric 14 are changed from 4λ 0 to 1.5λ 0 . The present inventor has confirmed that such a tendency is the same even when the distance h between the reflection plate 13 and the dielectric 14 is changed.

第4図は本件アンテナ11の使用周波数f[GHz]に対す
る動作利得と開口効率とに関する実験結果を示すグラフ
である。第4図の「×」印は開口効率を示し、「・」印
は動作利得を示す。なお、本実施例の誘電体は、前記第
3図を参照した説明時と同様にたとえばテフロンであつ
て比誘電率=2.0であるが、間隔h=λ0/8に選ばれてい
る。本件発明者は、間隔hがλ0/8の場合に、後述する
ように動作利得および開口効率などが最も好ましい数値
となることを確認した。この実験結果は、第1図に示す
構造のアンテナ11において、辺長D1,D2,D3,D4を参照符
号Dで総称した場合に、 D/λ=1.5 …(7) t/λ=1.874 …(8) h/λ=1/8 …(9) の条件下に行なわれた。このとき、第4図から明らかな
ように、周波数帯域幅BWは、 BW/f0>0.3 …(10) であり、周波数帯域幅BWの範囲内において、効率は100
%以上であり、最大効率225%の結果が得られた。
FIG. 4 is a graph showing the experimental results regarding the operating gain and the aperture efficiency with respect to the used frequency f [GHz] of the antenna 11 of the present invention. The "x" mark in FIG. 4 indicates the aperture efficiency, and the "." Mark indicates the operating gain. The dielectric in this embodiment, the third is in the same manner as in the description with reference to FIG an Atsute dielectric constant = 2.0, for example Teflon, are chosen interval h = λ 0/8. Present inventors, when the interval h is lambda 0/8, it was confirmed that such operating gain and aperture efficiency as described below is most preferable value. This experimental result shows that, in the antenna 11 having the structure shown in FIG. 1, when the side lengths D1, D2, D3, D4 are collectively referred to by the reference symbol D, D / λ 0 = 1.5 (7) t / λ 0 = 1.874 (8) h / λ 0 = 1/8 (9) At this time, as is clear from FIG. 4, the frequency bandwidth BW is BW / f 0 > 0.3 ... (10), and the efficiency is 100 within the range of the frequency bandwidth BW.
%, And the maximum efficiency of 225% was obtained.

第5図は周波数と電圧定在化波化(VSWR)との関係を示
すグラフである。第5図に示される実験データは、上記
第7式〜第9式の条件下に行なわれた。ここで導波管12
内TE10モードの電圧定在波比(VSWR)が第5図の「・」
で示される。第5図に示す周波数帯域内で、 VSWR<1.5 …(11) が得られる。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between frequency and voltage standing wave (VSWR). The experimental data shown in FIG. 5 was performed under the conditions of the above formulas 7 to 9. Waveguide 12 here
The voltage standing wave ratio (VSWR) of TE 10 mode is “・” in Fig. 5.
Indicated by. VSWR <1.5 (11) is obtained within the frequency band shown in FIG.

第6図および第6A図は、上記第7式〜第9式の条件下で
使用周波数f0における電磁波のE面(電界面)およびH
面(磁界面)の放射特性をそれぞれ示すグラフである。
本実施例のアンテナ11は、第6図に示す放射特性を有す
ることが確認された。
6 and 6A show the E-plane (electric field plane) and the H-plane of the electromagnetic wave at the working frequency f 0 under the conditions of the above-mentioned formulas 7 to 9.
It is a graph which shows the radiation characteristic of each surface (magnetic field surface).
It was confirmed that the antenna 11 of this example has the radiation characteristic shown in FIG.

本件発明者は、本件アンテナ11の機能を典型的な従来技
術である電磁ホーンアンテナと比較する実験を行なつ
た。このとき用いられた電磁ホーンアンテナ23およびア
ンテナ11の原理的構成を第6B図および第6C図に示す。電
磁ホーンアンテナ23は、導波管24の先端部に四角錐台状
の電磁ホーン25が同軸に接続されて構成される。このよ
うな電磁ホーンアンテナ23およびアンテナ11の各部の寸
法の一例と、動作利得の変化とを以下に説明する。開口
面外寸は第6B図および第6C図の記号に関してA=50.7m
m、B=66.7mm、D=38.1mmであり、したがつて開口面
積は、電磁ホーンアンテナ23では2824.0mm2、アンテナ1
1では1452.3mm2である。かつ、奥行寸法についてはL=
119.5mm2、H=50.7mmの各寸法で設計した。このような
電磁ホーンアンテナ23とアンテナ11との各利得(dB)
は、使用周波数8GHzでそれぞれ13.2dBおよび14.5dBであ
つた。
The inventor of the present invention conducted an experiment comparing the function of the antenna 11 of the present invention with a typical electromagnetic horn antenna of the related art. The principle configurations of the electromagnetic horn antenna 23 and the antenna 11 used at this time are shown in FIGS. 6B and 6C. The electromagnetic horn antenna 23 is configured by coaxially connecting a rectangular truncated pyramid-shaped electromagnetic horn 25 to a tip end portion of a waveguide 24. An example of dimensions of each part of the electromagnetic horn antenna 23 and the antenna 11 and changes in operating gain will be described below. The outside dimension of the opening is A = 50.7m with reference to the symbols in Figures 6B and 6C.
m, B = 66.7 mm, D = 38.1 mm, so the aperture area is 2824.0 mm 2 for the electromagnetic horn antenna 23, and antenna 1
At 1, it is 1452.3 mm 2 . And for the depth dimension, L =
It was designed with 119.5 mm 2 and H = 50.7 mm. Each gain (dB) of such electromagnetic horn antenna 23 and antenna 11
Were 13.2 dB and 14.5 dB at the operating frequency of 8 GHz, respectively.

このように、本件発明のアンテナ11は電磁ホーンアンテ
ナ23と比較して、開口面積は約半分に、かつ奥行きを約
0.43倍に小形化できるとともに、その一方で使用周波数
帯域での利得を1.3dBの範囲で向上できる。これにより
電磁ホーンアンテナ23と同程度の能力を有するアンテナ
11は、格段に小形化されることが確認された。
As described above, the antenna 11 of the present invention has an opening area that is about half that of the electromagnetic horn antenna 23 and a depth that is about the same.
The size can be reduced to 0.43 times, while the gain in the used frequency band can be improved in the range of 1.3 dB. As a result, an antenna having the same capability as the electromagnetic horn antenna 23
It was confirmed that 11 was significantly miniaturized.

本実施例は、第1図に示すような開口アンテナに関して
説明したけれども、波源として第7図に示すダイポール
アンテナ17、第8図に示すようなパツチアンテナ18、お
よび第9図に示すようなストリツプラインアンテナ19に
関しても、容易に実施されることができる。また本発明
は上記各波源に限らず、スリツトアンテナを含む任意の
波源に対しても実施されることができる。
Although the present embodiment has been described with reference to the aperture antenna as shown in FIG. 1, the wave source includes the dipole antenna 17 shown in FIG. 7, the patch antenna 18 shown in FIG. 8 and the strip antenna shown in FIG. The planer antenna 19 can also be easily implemented. Further, the present invention is not limited to the above wave sources, and can be implemented for any wave source including a slit antenna.

上記第7図〜第9図示のダイポールアンテナ17、パツチ
アンテナ18およびストリツプラインアンテナ19を波源と
する誘電体装荷アンテナは、反射板13と誘電体14との間
に、たとえば発泡スチレン樹脂などの介在部材30がスペ
ーサとして配置される。このような介在部材30に関し
て、上記波源と誘電体14との間付近は中空に形成され
る。このような介在部材30を用いる構成は、第1図およ
び第2図のアンテナ11に関しても同様に実現される。
The dielectric loaded antenna using the dipole antenna 17, patch antenna 18 and stripline antenna 19 shown in FIGS. 7 to 9 as a wave source has an interposition between the reflector 13 and the dielectric 14 such as foamed styrene resin. The member 30 is arranged as a spacer. Regarding such an interposition member 30, a space between the wave source and the dielectric 14 is formed hollow. The structure using the intervening member 30 is similarly realized for the antenna 11 of FIGS. 1 and 2.

また前述の実施例では、反射板13を矩形板状として説明
し、誘電体14を直方体として説明したけれども、このよ
うな反射板13または誘電体14について、これらの導波管
12の長手方向から見た各図(第10図および第11図参照)
に示すように、長方形や正方形の種類であつてもよく、
また円形の種類であつてもよい。また波源から発生され
る電磁波の偏波態様は、直線偏波、円偏波、楕円偏波の
いずれでもよく、誘電体14の形状は多角形板または多角
形棒、円形板または円形棒など、いずれであつても実施
することができる。
In the above-described embodiment, the reflection plate 13 is described as a rectangular plate shape and the dielectric 14 is described as a rectangular parallelepiped.
Each figure seen from the longitudinal direction of 12 (see Figure 10 and Figure 11)
It may be of rectangular or square type, as shown in
It may also be a circular type. The polarization mode of the electromagnetic wave generated from the wave source may be any of linear polarization, circular polarization, and elliptical polarization, and the shape of the dielectric 14 is a polygonal plate or a polygonal rod, a circular plate or a circular rod, or the like. Either can be implemented.

本発明の更に他の実施例として、導波管12と、導波管12
の端部にその導波管12の軸線と垂直に外向きに拡がつて
固定され導波管12と連通する開口13aを有する金属製平
板状の反射板13と、反射板13から前方に一定の距離をあ
けて配置され反射板13に臨む表面14sが反射板13と平行
である誘電体14とから成る組合せ、または反射板13と、
反射板13の前方に一定の距離をあけて配置され反射板13
に臨む表面が反射板13と平行である誘電体14と、反射板
13と誘電体14との間に介在されるアンテナとから成る組
合せを基体素子とし、これらを複数個配列してアレイア
ンテナとして用いるようにしてもよい。その一例を第12
図および第13図に示す。第12図は波源20を配列ピツチL
で方向行列状に配列した構成である。第13図は波源20を
相互間距離Lで千鳥状に配列した構成である。このよう
な構成によつても、上述の実施例で述べた効果を実現で
きるとともに、さらに高効率、高動作利得のアンテナを
構成できる。
As still another embodiment of the present invention, the waveguide 12 and the waveguide 12
A metal plate-shaped reflector 13 having an opening 13a that is fixed to the end of the waveguide 12 and extends outwardly perpendicularly to the axis of the waveguide 12 and communicates with the waveguide 12, and is fixed forward from the reflector 13. A combination of a dielectric 14 having a surface 14s facing the reflection plate 13 and spaced apart from the reflection plate 13 in parallel, or a reflection plate 13;
The reflector 13 is placed in front of the reflector 13 with a certain distance.
A dielectric 14 whose surface facing the reflector 13 is parallel to the reflector 13;
A combination of an antenna interposed between 13 and the dielectric 14 may be used as a base element, and a plurality of these may be arranged to be used as an array antenna. The 12th example
Shown in Figure and Figure 13. FIG. 12 shows an arrangement of wave sources 20 and a pitch L.
It is arranged in a direction matrix. FIG. 13 shows a configuration in which the wave sources 20 are arranged in a zigzag pattern at a mutual distance L. With such a configuration as well, the effect described in the above embodiment can be realized, and an antenna having higher efficiency and higher operating gain can be configured.

本発明の反射板13および誘電体14の相互に対向する表面
13s,14sは、一般には平坦面に限らず、2次以上の曲面
または微少平坦面の連続した構成であつてもよい。すな
わち本発明に言う反射板13と誘電体14とが「平行」であ
るとは、両者の相互に対向する表面13s,14sを対応する
部位毎に小面積に区分したとき、対応する各部位が相互
に平行であればよく、上記表面13s,14sが全体として平
坦面であつて相互に平行である状態に限定されるもので
はない。
Surfaces of the reflector 13 and the dielectric 14 of the present invention that face each other
In general, 13s and 14s are not limited to flat surfaces, and may be a curved surface of a quadratic or higher degree or a continuous structure of minute flat surfaces. That is, the reflection plate 13 and the dielectric material 14 referred to in the present invention are "parallel" when the surfaces 13s, 14s facing each other of the two are divided into a small area for each corresponding portion, each corresponding portion is The surfaces 13s and 14s are not limited to being flat as a whole and parallel to each other as long as they are parallel to each other.

第14図は本発明のさらに他の実施例のアンテナ11aの構
成を示す分解斜視図である。本発明のアンテナ11aは前
述の実施例に類似し、対応する部分には同一の参照符を
付す。本実施例の注目すべき点は、たとえば波源の一例
としての導波管12を接続された反射板13を、誘電体14に
対向する表面13sが略円錐面となるように構成したこと
であり、さらに誘電体14の反射板13に臨む表面14sと、
誘電体14の表面14sと反対側の表面14rとを、反射板13の
前記表面13sと対応する形状に形成したことである。
FIG. 14 is an exploded perspective view showing the structure of an antenna 11a according to still another embodiment of the present invention. The antenna 11a of the present invention is similar to the above-described embodiment, and corresponding parts are designated by the same reference numerals. What should be noted in the present embodiment is that, for example, the reflecting plate 13 connected to the waveguide 12 as an example of the wave source is configured such that the surface 13s facing the dielectric 14 is a substantially conical surface. , And the surface 14s of the dielectric 14 facing the reflection plate 13,
The surface 14s of the dielectric 14 and the surface 14r on the opposite side are formed in a shape corresponding to the surface 13s of the reflection plate 13.

ここで、前記表面13s,14s,14rが形成する略円錐面は、
その軸線を含む仮想平面で切断した場合の頂角θ1が第
14図に示すように鈍角三角形となるように選ばれれても
よい。このような構成によつても、前述の実施例で述べ
た効果と同様の効果を実現することができる。
Here, the substantially conical surface formed by the surfaces 13s, 14s, 14r is
The apex angle θ1 when cut at a virtual plane including the axis is the
It may be chosen to be an obtuse triangle as shown in FIG. With such a configuration, it is possible to achieve the same effects as the effects described in the above-described embodiment.

第15図は本発明のさらに他の実施例のアンテナ11bの構
成を示す分解斜視図であり、第16図はアンテナ11bの反
射板13の正面図である。第15図および第16図を参照し
て、アンテナ11bについて説明する。アンテナ11bは前述
の各実施例に類似し、対応する部分には同一の参照符を
付す。本発明の注目すべき点は、波源としての導波管12
に接続された反射板13を、一対の平坦な金属板が相互に
角度θ2を成す形状に形成したことである。この角度は
θ2は、 θ2>90度 …(12) に選ばれてもよい。すなわち、誘電体14はその軸直角断
面形状が略V字状であるように形成される。反射板13の
開口13aは反射板13の接合部13bの長手方向に沿う長さL1
と、これに直交する方向の長さL2について、 L1<L2 …(13) であるように形成される。このようなアンテナ11bであ
つても前述の実施例で述べた効果と同様の効果を実現す
ることができる。
FIG. 15 is an exploded perspective view showing the structure of an antenna 11b according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 16 is a front view of a reflector 13 of the antenna 11b. The antenna 11b will be described with reference to FIGS. 15 and 16. The antenna 11b is similar to each of the above-described embodiments, and corresponding parts are designated by the same reference numerals. The remarkable point of the present invention is that the waveguide 12 as a wave source is used.
The reflecting plate 13 connected to is formed in a shape in which a pair of flat metal plates form an angle θ2 with each other. This angle θ2 may be selected such that θ2> 90 degrees (12). That is, the dielectric 14 is formed so that its cross-section perpendicular to the axis is substantially V-shaped. The opening 13a of the reflector 13 has a length L1 along the longitudinal direction of the joint 13b of the reflector 13.
And the length L2 in the direction orthogonal to this is formed so that L1 <L2 (13). Even with such an antenna 11b, the same effects as the effects described in the above-described embodiment can be realized.

第17図は本発明のさらに他の実施例のアンテナ11cの構
成を示す分解斜視図である。本実施例は前記第15図およ
び第16図を参照して説明したアンテナ11bと基本的に類
似し、波源として導波管12に代え、パツチアレイアンテ
ナ22を反射板13の接合部13bの両側に並列に配置したこ
とである。このような構成によつても、前述の実施例の
効果と同様の効果を得ることができる。
FIG. 17 is an exploded perspective view showing the structure of an antenna 11c according to still another embodiment of the present invention. This embodiment is basically similar to the antenna 11b described with reference to FIG. 15 and FIG. 16, and instead of the waveguide 12 as the wave source, the patch array antenna 22 of the joint 13b of the reflector 13 is used. That is, they are arranged in parallel on both sides. With such a configuration, it is possible to obtain the same effect as that of the above-described embodiment.

また第18図は本発明のさらに他の実施例のアンテナ11d
の平面図である。本実施例も前述のアンテナ11bに基本
的に類似し、その特徴は反射板13の接合部13b上にその
長手方向に沿つてパツチアレイアンテナ22を単一列配置
したことである。このような構成によつても、前述の実
施例で述べた効果と同様な効果を得ることができる。
FIG. 18 shows an antenna 11d according to still another embodiment of the present invention.
FIG. This embodiment is also basically similar to the antenna 11b described above, and its feature is that the patch array antennas 22 are arranged in a single row on the joint portion 13b of the reflection plate 13 along the longitudinal direction thereof. With such a configuration, the same effects as the effects described in the above-described embodiment can be obtained.

前記第14式を参照して説明したアンテナ11aにおいて反
射板13および誘電体14は、略円錐面を有するように形成
されたけれども、このような円錐面に限らず、多角錐面
を成すように形成してもよい。
In the antenna 11a described with reference to the fourteenth expression, the reflector 13 and the dielectric 14 are formed to have a substantially conical surface, but the shape is not limited to such a conical surface and may be a polygonal pyramid surface. You may form.

第18A図は後述する本発明のさらに他の実施例の誘電体
装荷アンテナによる動作利得および開口効率を示すグラ
フである。本実施例の誘電体装荷アンテナは第1図示の
構成と類似し、反射板13に臨んで設けられる誘電体14の
誘電率を、たとえば8.6程度に選ぶようにしたことが特
徴である。このような構成によつて、第18A図に示す特
性が得られることになる。第18A図のラインl5はアンテ
ナ11eの動作利得を示し、ラインl6はその開口効率を示
し、上記構成例では最高160%を示している。ラインl7
は第1図を参照する本実施例の構成において、誘導体14
を除いた場合の動作利得を示す。
FIG. 18A is a graph showing the operating gain and aperture efficiency of a dielectric loaded antenna according to still another embodiment of the present invention described later. The dielectric loaded antenna of the present embodiment is similar to the configuration shown in the first drawing, and is characterized in that the dielectric constant of the dielectric 14 provided facing the reflection plate 13 is selected to be, for example, about 8.6. With such a structure, the characteristics shown in FIG. 18A can be obtained. The line l5 in FIG. 18A shows the operating gain of the antenna 11e, and the line l6 shows the aperture efficiency thereof, which is 160% at maximum in the above configuration example. Line l7
In the structure of this embodiment with reference to FIG.
The operating gain is shown without.

第18B図は、本発明のさらに他の実施例の誘電体装荷ア
ンテナ11eを示す斜視図である。本実施例は前述の各実
施例、とりわけ第8図の実施例の類似し、対応する部分
には同一の参照符を付す。本実施例の注目すべき点は、
反射板13上に形成されたパツチアンテナ18上に配置され
る誘電体14を、誘電率をたとえば8.6程度に選ぶように
したことである。このような構成とすることにより、第
18C図に示すような動作特性を得ることができる。第18C
図においてラインl8は、誘電体装荷アンテナ11eの動作
利得を示し、ラインl9は第18B図の構成において誘電体1
4を装荷していない場合の動作利得を示す。
FIG. 18B is a perspective view showing a dielectric loaded antenna 11e according to still another embodiment of the present invention. This embodiment is similar to each of the above-described embodiments, especially the embodiment of FIG. 8, and corresponding parts are designated by the same reference numerals. The point of interest in this embodiment is that
That is, the dielectric 14 arranged on the patch antenna 18 formed on the reflector 13 is selected to have a dielectric constant of, for example, about 8.6. With this configuration,
It is possible to obtain operating characteristics as shown in FIG. 18C. 18th C
In the figure, the line l8 shows the operating gain of the dielectric loaded antenna 11e, and the line l9 shows the dielectric 1 in the configuration of FIG. 18B.
It shows the operating gain when 4 is not loaded.

上記第18A図〜18C図に示されるように、誘電体14の誘電
率を比較的大きな値に選ぶことにより、前述の実施例で
説明した周波数帯域幅は比較的狭くなるけれども、小形
の割には動作利得を向上させることができる。これは誘
電体14の誘電率が増大するに従い、誘電体14の共振現象
が有意となつてくるからである。
As shown in FIGS. 18A to 18C, by selecting the dielectric constant of the dielectric 14 to be a relatively large value, the frequency bandwidth described in the above embodiment becomes relatively narrow, but it is small. Can improve the operating gain. This is because the resonance phenomenon of the dielectric 14 becomes significant as the dielectric constant of the dielectric 14 increases.

第18D図は、第18B図の構成においてパツチアンテナ18の
共振周波数fpに関して、誘電体14の共振周波数fεを相
互に異なる値に選んだ場合の相対放射電力を示すグラフ
である。第18D図のラインl10は、第18B図の構成におい
て誘電体14を装荷しない場合の相対放射電力の変化を示
し、ラインl11は第18B図の誘電体を装荷した場合の相対
放射電力の変化を示す。
FIG. 18D is a graph showing relative radiated power when the resonance frequency fε of the dielectric 14 is selected to have different values with respect to the resonance frequency fp of the patch antenna 18 in the configuration of FIG. 18B. The line l10 in FIG. 18D shows the change in relative radiant power when the dielectric 14 is not loaded in the configuration of FIG. 18B, and the line l11 shows the change in relative radiant power when the dielectric in FIG. 18B is loaded. Show.

第18D図に示されるように、パツチアンテナ18と誘電体1
4の各共振周波数fp,fεを異なる値に選ぶことにより、
周波数帯域幅が拡大されていることが理解される。これ
により比較的高い誘電率の誘電体14を選んだ場合でも、
前述した動作利得の増大によつてアンテナ11の構成を小
形化できるとともに、前記共振周波数fp,fεをずらすこ
とにより、周波数帯域幅の減少を補填することができ
る。
As shown in FIG. 18D, the patch antenna 18 and the dielectric 1
By choosing each resonance frequency fp, fε of 4 to a different value,
It is understood that the frequency bandwidth has been expanded. As a result, even when the dielectric 14 having a relatively high dielectric constant is selected,
The configuration of the antenna 11 can be miniaturized by the increase of the operation gain described above, and the decrease of the frequency bandwidth can be compensated by shifting the resonance frequencies fp and fε.

また、第18A図〜第18D図を参照して説明した各実施例に
おける誘電体装荷アンテナを用いてアレイアンテナを構
成する場合、個々の誘電体装荷アンテナの特性は、たと
えば開口効率が高々100%程度で、さほど高い動作利得
を有するようにしなくてもよい。
Further, when the array antenna is configured using the dielectric loaded antenna in each of the embodiments described with reference to FIGS. 18A to 18D, the characteristics of the individual dielectric loaded antennas are such that the aperture efficiency is 100% at most. It does not have to have a very high operating gain, to the extent.

本発明の効果について、さらに述べる。能率の悪いアン
テナがあるとしてもVSWRが2だとしても、これが改善さ
れて1、すなわち100%入力電力を放射したとしても利
得の向上は高々約0.5dBであり、誘電体を直付けしても
(その場合にもよるが)1.5位には改善できる。したが
ってVSWRが間隔hによってさらに改善されて1になった
としても、利得の向上は0.2dBであり、利得のグラフを
描けば、目盛り幅にもよるが、描きにくいので本分の第
11式および第5図のように示した。第5図のグラフにお
いてVSWRの最小値が約1.05で1.2以下の帯域幅は約600MH
zであるので、一般の使用では申し分なく高能率である
ことが示されている。心配される誘電体損失も、損失の
少ないテフロンやポリスチレン、あるいはポリプロピレ
ンを使用すれば問題はない。
The effect of the present invention will be further described. Even if there is an inefficient antenna or VSWR is 2, even if this is improved to 1, that is, even if 100% input power is radiated, the gain improvement is at most about 0.5 dB, and even if a dielectric is directly attached It can improve to 1.5th place (depending on the case). Therefore, even if VSWR is further improved by the interval h and becomes 1, the gain improvement is 0.2 dB. It is difficult to draw the gain graph though it depends on the scale width.
This is shown as in Equation 11 and FIG. In the graph of Fig. 5, the minimum VSWR is about 1.05 and the bandwidth below 1.2 is about 600MH.
Since it is z, it has been shown to be perfectly efficient in general use. The worry of dielectric loss is not a problem if Teflon, polystyrene, or polypropylene with low loss is used.

また、この第5図のグラフの山と谷は誘電体の厚みによ
って、任意の周波数にシフトできる。
The peaks and troughs in the graph of FIG. 5 can be shifted to arbitrary frequencies depending on the thickness of the dielectric.

次に誘電体を配置した場合と配置させない場合の比較で
あるが、これについては第3図においては確かに誘電体
の厚みが0、すなわち非装荷の点のプロットが抜けてい
るが、第1図の構成列における実施例が第18A図のよう
に利得の周波数特性として示されている。これには誘電
体を配置した場合がl5で示され、配置させない場合がl7
で、放射効率は開口効率としてl6で比較されている。こ
れを見れば、各周波数に対する利得の向上や効率の向上
が判る。
Next, a comparison is made between the case where the dielectric is arranged and the case where it is not arranged. Regarding this, the plot of the point where the thickness of the dielectric is 0, that is, the unloaded point is missing in FIG. The embodiment in the configuration row of the figure is shown as the frequency characteristic of gain as shown in FIG. 18A. This is indicated by l5 when the dielectric is placed and l7 when not placed.
Therefore, the radiation efficiency is compared with the aperture efficiency of l6. From this, it can be seen that the gain and efficiency are improved for each frequency.

効 果 以上のように本発明に従えば、波源と反射板と誘電体と
を含み、反射板と誘電体との外形寸法を適切に選んで誘
電体装荷アンテナを構成した。このような誘電体装荷ア
ンテナでは、波源からの電波は反射板と誘電体との間、
または誘電体内部などで多重反射する。したがつて誘電
体内の電波の進行方向の振動成分、進行方向と垂直な方
向の振動成分および反射板と誘電体との間の振動成分と
を重畳することによつて、誘電体近傍の電磁界分布(特
に位相)が一様化される。これによつてアンテナの高利
得化および高能率化が実現され、したがつて従来技術の
同一効率または同一利得のアンテナと比べると、構成を
格段に小形化できる。
As described above, according to the present invention, the dielectric loaded antenna is configured by including the wave source, the reflector and the dielectric, and selecting the outer dimensions of the reflector and the dielectric appropriately. In such a dielectric loaded antenna, the radio wave from the wave source is between the reflector and the dielectric,
Or multiple reflection occurs inside the dielectric. Therefore, by superposing the vibration component in the traveling direction of the radio wave in the dielectric body, the vibration component in the direction perpendicular to the traveling direction, and the vibration component between the reflector and the dielectric body, the electromagnetic field near the dielectric body is superposed. The distribution (especially the phase) is made uniform. As a result, high gain and high efficiency of the antenna are realized, and therefore, the configuration can be remarkably downsized as compared with the antenna of the same efficiency or the same gain of the prior art.

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

第1図は本発明の一実施例のアンテナ11の基本的構成を
示す斜視図、第2図はアンテナ11の平面図、第3図はア
ンテナ11において誘電体14の厚みの関数t/λをパラメ
ータとする利得特性を示すグラフ、第4図は使用周波数
fに対する利得および開口効率を示すグラフ、第5図は
使用周波数fに関する電圧定在波化(VSWR)を示すグラ
フ、第6図および第6A図はアンテナ11の指向特性を示す
グラフ、第6B図は比較例の電磁ホーンアンテナ23の斜視
図、第6C図はアンテナ11の原理的構成を示す斜視図、第
7図はダイポールアンテナ17を波源とする本発明の他の
実施例の誘電体アンテナの斜視図、第8図はパツチアン
テナ18を波源とする本発明の他の実施例の誘電体アンテ
ナの斜視図、第9図はストリツプラインアンテナ19を波
源とする本発明の他の実施例の誘電体アンテナの正面
図、第10図および第11図は本発明の実施例における反射
板13または誘電体14をそれぞれ示す正面図、第12図およ
び第13図は本発明の他の実施例のアレイアンテナ21,21a
を示す平面図、第14図は本発明のさらに他の実施例のア
ンテナ11aの分解斜視図、第15図は本発明のさらに他の
実施例のアンテナ11bの分解斜視図、第16図はアンテナ1
1bの反射板13の正面図、第17図は本発明のさらに他の実
施例のアンテナ11cの分解斜視図、第18図はアンテナ11d
の平面図、第18A図は本発明の更に他の実施例の誘電体
装荷アンテナの特性を示すグラフ、第18B図はアンテナ1
1eの斜視図、第18C図はアンテナ11eの特性を示すグラ
フ、第18Dは本実施例の動作を示すグラフ、第19図は第
1の従来技術のシヨートバツクフアイア(SBF)アンテ
ナ1を示す断面図、第20図は第2の従来技術のロツドア
ンテナ5を示す斜視図、第21図は第3の従来技術の八木
アンテナ8を示す平面図であり、第22図は本発明の誘電
体14を有するアンテナの原理を説明するための図、第23
図は本発明の他の実施例の原理を説明するための図、第
24図は本発明の放射波の説明をするための図である。 11……誘電体装荷アンテナ、12……導波管、13……反射
板、14……誘電体、15、16……端部、17……ダイポール
アンテナ、18……パツチアンテナ、19……ストリツプラ
インアンテナ、20……波源、21……アレイアンテナ、22
……パツチアレイアンテナ
FIG. 1 is a perspective view showing a basic structure of an antenna 11 according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of the antenna 11, and FIG. 3 is a function t / λ 0 of the thickness of a dielectric 14 in the antenna 11. 4 is a graph showing the gain characteristic with the parameter as a parameter, FIG. 4 is a graph showing the gain and aperture efficiency with respect to the used frequency f, FIG. 5 is a graph showing the voltage standing wave (VSWR) with respect to the used frequency f, FIG. 6 and FIG. 6A is a graph showing the directional characteristics of the antenna 11, FIG. 6B is a perspective view of an electromagnetic horn antenna 23 of a comparative example, FIG. 6C is a perspective view showing the basic configuration of the antenna 11, and FIG. 7 is a dipole antenna 17. FIG. 8 is a perspective view of a dielectric antenna according to another embodiment of the present invention using a wave source as a wave source, FIG. 8 is a perspective view of a dielectric antenna according to another embodiment of the present invention using a patch antenna 18 as a wave source, and FIG. Another embodiment of the present invention using the planer antenna 19 as a wave source Front view of the dielectric antenna, FIGS. 10 and 11 are front views showing the reflector 13 or the dielectric 14 in the embodiment of the present invention, FIGS. 12 and 13 are other embodiments of the present invention. Array antenna 21,21a
FIG. 14 is an exploded perspective view of an antenna 11a according to yet another embodiment of the present invention, FIG. 15 is an exploded perspective view of an antenna 11b according to yet another embodiment of the present invention, and FIG. 16 is an antenna. 1
1b is a front view of the reflector 13; FIG. 17 is an exploded perspective view of an antenna 11c according to still another embodiment of the present invention; and FIG. 18 is an antenna 11d.
FIG. 18A is a graph showing the characteristics of the dielectric loaded antenna of still another embodiment of the present invention, and FIG. 18B is the antenna 1
1e is a perspective view, FIG. 18C is a graph showing the characteristics of the antenna 11e, FIG. 18D is a graph showing the operation of this embodiment, and FIG. 19 is the first prior art short-circuit backup antenna (SBF) antenna 1. A sectional view, FIG. 20 is a perspective view showing a rod antenna 5 of a second conventional technique, FIG. 21 is a plan view showing a Yagi antenna 8 of a third conventional technique, and FIG. 22 is a dielectric 14 of the present invention. For explaining the principle of an antenna having
FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of another embodiment of the present invention,
FIG. 24 is a diagram for explaining the radiation wave of the present invention. 11 …… Dielectric loaded antenna, 12 …… Waveguide, 13 …… Reflector, 14 …… Dielectric, 15,16 …… End, 17 …… Dipole antenna, 18 …… Patch antenna, 19 …… Stroke Lip line antenna, 20 ... Wave source, 21 ... Array antenna, 22
...... Patch array antenna

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】導波管(12)と、 導波管(12)の端部に、その導波管(12)の軸線と垂直
に外向きに拡がつて固定され、導波管(12)と連通する
開口(13a)を有する金属製平板状の反射板(13)と、 反射板(13)から前方に一定の距離をあけて配置され、
反射板(13)に臨む表面(14s)が反射板(13)と平行
である誘電体(14)とを含むことを特徴とする反射板を
有する誘電体装荷アンテナ。
1. A waveguide (12) fixed to the end of the waveguide (12) by expanding outwardly perpendicular to the axis of the waveguide (12). ) A metal plate-shaped reflector (13) having an opening (13a) communicating with the reflector (13a), and a certain distance in front of the reflector (13),
A dielectric loaded antenna having a reflector, characterized in that a surface (14s) facing the reflector (13) includes a dielectric (14) parallel to the reflector (13).
【請求項2】反射板(13)の誘電体(14)に対向する表
面(13s)が略円錐面となるように構成され、 誘電体(14)の反射板(13)に臨む表面(14s)と、該
表面(14s)と反対側の表面(14r)とを、反射板(13)
の前記表面(13s)と対応する形状に形成したことを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の反射板を有する誘
電体装荷アンテナ。
2. A surface (13s) of the reflecting plate (13) facing the dielectric (14) is formed into a substantially conical surface, and a surface (14s) of the dielectric (14) facing the reflecting plate (13). ) And the surface (14r) opposite to the surface (14s), the reflector (13)
The dielectric loaded antenna having a reflector according to claim 1, wherein the antenna is formed in a shape corresponding to the surface (13s) of the.
【請求項3】反射板(13)は、一対の平坦な金属板が相
互に角度θ2を成す形状に形成され、 誘電体(14)は、反射板(13)に対応して軸直角断面が
略V字状であるように形成されることを特徴とする特許
請求の範囲第1項記載の反射板を有する誘電体装荷アン
テナ。
3. The reflector (13) is formed in such a shape that a pair of flat metal plates form an angle θ2 with each other, and the dielectric (14) has a cross section perpendicular to the axis corresponding to the reflector (13). The dielectric loaded antenna having a reflector according to claim 1, wherein the antenna is formed to have a substantially V shape.
【請求項4】導波管(12)と反射板(13)と誘電体(1
4)とから成る組合せを、複数個配列してアレイアンテ
ナとして用いることを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の反射板を有する誘電体装荷アンテナ。
4. A waveguide (12), a reflector (13) and a dielectric (1).
4. A dielectric loaded antenna having a reflector according to claim 1, wherein a plurality of combinations of 4) and 4 are arranged and used as an array antenna.
【請求項5】反射板(13)と、 反射板(13)の前方に一定の距離をあけて配置され、反
射板(13)に臨む表面が反射板(13)と平行である誘電
体(14)と、 反射板(13)と誘電体(14)との間に介在されるアンテ
ナとを含むことを特徴とする反射板を有する誘電体装荷
アンテナ。
5. A reflector (13), and a dielectric (a surface of which is disposed in front of the reflector (13) with a certain distance therebetween, and whose surface facing the reflector (13) is parallel to the reflector (13). 14) and a dielectric loaded antenna having a reflector, characterized by including an antenna interposed between the reflector (13) and the dielectric (14).
【請求項6】前記アンテナがダイポールアンテナである
ことを特徴とする特許請求の範囲第5項記載の反射板を
有する誘電体装荷アンテナ。
6. A dielectric loaded antenna having a reflector according to claim 5, wherein the antenna is a dipole antenna.
【請求項7】前記アンテナがパツチアンテナであること
を特徴とする特許請求の範囲第5項記載の反射板を有す
る誘電体装荷アンテナ。
7. A dielectric loaded antenna having a reflector according to claim 5, wherein said antenna is a patch antenna.
【請求項8】前記アンテナがストリツプラインアンテナ
であることを特徴とする特許請求の範囲第5項記載の反
射板を有する誘電体装荷アンテナ。
8. A dielectric loaded antenna having a reflector according to claim 5, wherein said antenna is a stripline antenna.
【請求項9】反射板(13)と誘電体(14)と前記アンテ
ナとから成る組合せを、複数個配列してアレイアンテナ
として用いることを特徴とする特許請求の範囲第5項記
載の反射板を有する誘電体装荷アンテナ。
9. The reflector according to claim 5, wherein a plurality of combinations of the reflector (13), the dielectric (14) and the antenna are arranged and used as an array antenna. Loaded with a dielectric.
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