JP2001185944A

JP2001185944A - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2001185944A
Application number: JP36652199A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Miyashita; 裕章宮下; Masao Yamato; 昌夫大和
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-12-24
Filing date: 1999-12-24
Publication date: 2001-07-06

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】電磁結合同軸ダイポールアンテナにおいて、
ビーム整形、円偏波の放射、小形化、アレー化／反射板
存在下での整合等を実現する。【解決手段】電磁結合同軸ダイポールアンテナにおい
て中空導体パイプ５の一部を削除して所要の数のスロッ
ト７を設ける。また、スロットを歪曲スロットとすれば
円偏波放射特性を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、衛星通信、地上
通信等の用途に供するアンテナ装置の改良に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来のアンテナ装置を示すもの
で、大嶺、西澤、宮下、茶谷著、「ビームチルト電磁結
合同軸ダイポールアレーアンテナ」、信学技報、ＡＰ９
９−４６、１９９９年電子情報通信学会発行、ｐ．３
０、図１を参考にして書いた電磁結合同軸ダイポールの
図である。図５において、１は同軸線路、２は同軸内導
体、３は同軸外導体、４は円形スリット、５は中空導体
パイプ、６は同軸線路給電点である。

【０００３】次に動作について説明する。同軸線路給電
点６から入力された信号は、同軸内導体２、および、同
軸外導体３からなる同軸線路１の内部を通り、電磁結合
同軸ダイポールの給電部である円形スリット４に到達す
る。円形スリット４から同軸線路１の外部に漏れ込んだ
信号は、中空導体パイプ５および同軸外導体３からなる
同軸型のキャビティーを励振する。中空パイプ５の電気
長を使用周波数における約１／２波長と選べば前記キャ
ビティーは共振する。共振したキャビティーから外部に
漏れ込む信号は中空パイプ５の外部に正弦状の電流を誘
起し、中空パイプ５はダイポールアンテナとして動作す
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術は以上のよ
うに構成されるが、アンテナの小型化が難しい、直線偏
波でしか使用できない、水平面内無指向性の放射パター
ンしか選られない、反射板を装荷した場合アンテナの整
合が難しい、アレーアンテナ化した場合振幅分布をつけ
ることが難しい等の問題があり、アンテナの適用可能な
システムが限定されていた。ただし、水平面内とは同軸
線路１の延長方向に対して垂直な面内、また、垂直面内
とは同軸線路１の延長方向に対して平行な面内と定義す
る。

【０００５】この発明は以上のような課題を解決するた
めになされたもので、アンテナの小型化を実現する、円
偏波での運用を可能にする、水平面内に特定の指向性を
有するアンテナを実現し不要方向への放射を低減する、
高利得のアンテナ利得を実現する、反射板を装荷した場
合でも容易に整合できる、所望のアレー励振分布が容易
に実現できる等の機能を有するアンテナ装置を得ること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１の発明によるアンテ
ナ装置は、中空導体パイプの一部を削除しスロットを形
成することにより、中空パイプの電気長を短くしアンテ
ナを小型化したり、アンテナの水平／垂直面内の放射指
向性を変化させたりするものである。

【０００７】また、第２の発明によるアンテナ装置は、
中空導体パイプに歪曲スロットを設け円偏波放射特性を
得るものである。

【０００８】また、第３の発明によるアンテナ装置は、
請求項１および２記載のアンテナ装置において、アンテ
ナの近傍に反射板を装荷した場合においても容易にアン
テナを整合させることを図るものである。

【０００９】また、第４の発明によるアンテナ装置は、
請求項１および２記載のアンテナ装置を同軸線路の延長
方向に多段に複数配列し、アレーアンテナとして動作さ
せた場合において所望の励振分布の実現を図るものであ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１を示すアンテナ構成図であり、図１におい
て、７は中空導体パイプ５の一部を切除して形成したス
ロットである。スロット７は一つ、または複数形成して
良い。

【００１１】次に動作について説明する。中空導体パイ
プ５の電気長は、通常、使用波長における約１／２波長
に選ぶ。本発明によれば、スロット７を形成することに
より、中空導体パイプ５と同軸外導体３から形成される
キャビティーの電気長を、スロット７を装荷しない場合
に比べて短くできる。その理由は以下の通りである。上
記キャビティーを同軸線路を電送線路とする電送線路モ
デルで扱えば、上記スロット７は上記電送線路モデルの
一方の線路側に直列に接続された負荷とモデル化でき
る。この場合、スロット７の電気長を使用波長に比べて
十分短く選べば上記負荷は誘導性負荷となり、負荷を通
過する信号の位相は遅延する、つまり、負荷の部分にお
いて線路の電気長が等価的に長くなったように見える。
これより、中空導体パイプ５は、スロット７を装荷しな
い場合に比べて短い長さで１／２波長共振させることが
できる。よってアンテナが小型化される。スロット７を
上記キャビティーの共振方向に多段に設ければ、さらに
アンテナが小型化される。

【００１２】この発明には、次に示すような利点もあ
る。スロット７を設けることにより、中空導体パイプ５
の表面からの放射に加えて、スロット７の開口からの放
射も生ずる。スロット７からの放射を利用すれば、アン
テナ水平面内に無指向性から異なる指向性を形成するこ
とができる。電磁結合同軸ダイポールは通常のダイポー
ルと同様、同軸線路１の延長方向には指向性のゼロ点が
生じるが、例えば図１のスロット７のように水平面内方
向に伸長する形状を選べば、アンテナ垂直面内の広角に
も放射が生じるようになり、従来と異なる要求を有する
システムへの適用も可能となる。

【００１３】実施の形態２．図２はこの発明の実施の形
態２を示すアンテナ構成図であり、図２において、８は
歪曲スロットであり、使用周波数における電気長が約１
／２波長になるように中空導体パイプ５上に形成され、
端部近傍の一部を同軸線路１の延長方向に対して概垂直
方向に歪曲させたものである。

【００１４】次に動作について説明する。歪曲スロット
８の歪曲部、つまり、アンテナの水平面内への伸長部は
歪曲スロット８を励振する目的に使用される。同軸外導
体３、および、中空導体パイプ５からなる同軸型キャビ
ティーの同軸延長方向にスロットを設けても、スロット
の水平面方向の両端は同電位になりスロットは励振され
ないので、上記歪曲部は歪曲スロット８の励振のために
必要である。歪曲スロット８の同軸延長方向の部分から
は、水平偏波電界が放射される。一方、中空導体パイプ
５からは垂直偏波電界が放射されるので、歪曲スロット
８の励振位相を前記垂直偏波電界の位相に対して±９０
度付近に選べば円偏波が励振される。歪曲スロット８の
上記励振位相は、スロット長、スロットの細い方向の
幅、歪曲部の位置、長さ等を調整する、歪曲スロット８
近傍に誘電体を装荷する等で所望の値に調整することが
可能である。また、歪曲スロット８は図２に示すように
複数設けても良い。良好な円偏波を得るためには、水平
偏波電界成分、垂直偏波電界成分の振幅を等しく選ぶこ
とが必要であり、複数の歪曲スロット８により上記振幅
の調整が可能となる。

【００１５】この発明の利点は以下の通りである。通
常、直線偏波アンテナから円偏波を得る場合は、たとえ
ば多層誘電体膜にクランク状線状素子を装荷したメアン
ダーライン等の円偏波発生器が必要である。本発明によ
れば、アンテナの外囲部に別途上記円偏波発生器を設け
る必要がなく、アンテナの大きさ、重量、材料、加工等
を直線偏波アンテナのものとほぼ同じに保ちながら、円
偏波アンテナが実現される。

【００１６】実施の形態３．図３はこの発明の実施の形
態３を示すアンテナ構成図であり、図３において、９は
反射板であり、アンテナ近傍であって使用周波数におけ
る波長に比べて短い高さに装荷される。

【００１７】次に動作について説明する。反射板９が装
荷される方向へのアンテナからの放射波は、反射板９が
アンテナの視野を遮るので低減される。また、反射板９
のアンテナからの高さを例えば使用周波数の波長の１／
４程度に選べば、反射板９のアンテナの存在する法線方
向への放射波は、反射板９からの反射波とアンテナから
の直接波の同相合成波で与えられることになり、アンテ
ナ利得が上昇する。また、反射板９の形状を調整するこ
とにより、反射板からの反射波、回折波の強度を調整す
ることができ、アンテナ指向性を所望に調整することも
できる。スロット６は上記操作におけるアンテナ入力イ
ンピーダンスの劣化を補償するために装荷され、スロッ
ト６の形状を変化させることにより、アンテナ入力イン
ピーダンスの値を変化させ、反射板９が存在する効果を
打ち消す用途に使用される。

【００１８】この発明の利点は以下の通りである。この
発明によれば、スロット７を用いて上記入力インピーダ
ンスを所望の値に調整することができるので、設計自由
度が増えるという利点がある。また、スロット７を用い
れば、既存の、たとえば、自由空間内での使用を目的と
して設計、製造したアンテナを反射板９を装荷した場合
においても整合させることができ、設計手順が簡略化さ
れるという利点がある。さらに、本発明によれば、アン
テナ指向性をスロット７、反射板９、およびアンテナか
らの反射板の高さという三つのパラメータで調整できる
ので、従来のアンテナに比べて放射パターン形成の自由
度が増えるという利点もある。

【００１９】実施の形態４．図４はこの発明の実施の形
態４を示すアンテナ構成図であり、図４において、請求
項１および２記載のアンテナが同軸線路１に多段に接続
され、上記アンテナを素子アンテナとするアレーアンテ
ナを得ている。また、各素子アンテナのスロット７の形
状、位置はそれぞれ異なっても良い。

【００２０】続いて、動作について説明する。この発明
によれば、各素子アンテナにスロット７を装荷するの
で、各々のスロット７の形状を変化させることにより、
アレーアンテナ励振分布を変化させることができる。例
えば、データ分布を用いた低サイドローブパターン等が
実現できる。

【００２１】この発明の利点は以下の通りである。従来
の技術である電磁結合同軸ダイポールアレーアンテナの
励振振幅分布を変化させるパラメータは、中空導体パイ
プ５の径が支配的であることが知られている。その場
合、異なる径の中空導体パイプ５を多段に設ける必要が
生じ、アンテナの支持構造が複雑になる。本発明によれ
ば、スロット７により各素子アンテナの振幅分布を所望
に選ぶことができるので、同一の径で中空導体パイプ５
が形成でき、例えば円筒状のレドームにアンテナを収納
する場合、支持構造が簡略化されるという利点がある。
また、この発明はすべての素子アンテナを等振幅で励振
する用途にも供することができる。一般的にアンテナ開
口分布は素子間相互結合の影響、給電線路内部の信号の
分布の乱れの影響により、たとえ素子アンテナの形状が
等しい場合でも各々が等振幅で励振されるわけではな
い。この発明によれば、上記効果により生じる等振幅励
振からの乱れを、スロット７を装荷することにより調整
することができる。例えば、アレーアンテナ端部の素子
の励振分布の乱れが激しい場合、該当素子にスロット７
を装荷し補償するなどの操作が可能である。上記例で
は、特に素子アンテナの励振振幅を問題にしたが、スロ
ット７を用いれば素子アンテナ励振位相を変化させるこ
ともできるので、位相の調整にもこの発明は適用でき
る。

【００２２】

【発明の効果】第１の発明によれば、中空導体パイプの
一部を削除しスロットを形成することにより、中空導体
パイプの電気長を短くしアンテナを小型化したり、スロ
ットからの放射電界と中空導体パイプからの放射電界を
重ねあわせることによりアンテナの水平／垂直面内に様
々な放射指向性を有するアンテナ装置が実現できる。

【００２３】また、第２の発明によれば、中空導体パイ
プに対して約９０度の位相差で励振される歪曲スロット
を中空パイプ上に設けたので、円偏波が放射されるアン
テナ装置が実現できる。

【００２４】また、第３の発明によれば、請求項１およ
び２記載のアンテナ装置において、アンテナの近傍に反
射板を装荷した場合に、反射波の影響を補償するスロッ
トを装荷したので、容易に入力インピーダンスを整合で
きるアンテナ装置が実現できる。

【００２５】また、第４の発明によれば、請求項１およ
び２記載のアンテナ装置を同軸線路の延長方向に多段に
複数配列し、アレーアンテナとして動作させた場合にお
いて、素子アンテナにスロットを装荷したので、素子ア
ンテナの励振分布を所望に選ぶことができ、所望の放射
特性を有するアンテナ装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるアンテナ装置の実施の形態１
を示す図である。

【図２】この発明によるアンテナ装置の実施の形態２
を示す図である。

【図３】この発明によるアンテナ装置の実施の形態３
を示す図である。

【図４】この発明によるアンテナ装置の実施の形態４
を示す図である。

【図５】従来のアンテナ装置を示す図である。

【符号の説明】

１同軸線路、２同軸内導体、３同軸外導体、４
円形スリット、５中空導体パイプ、６同軸線路給電
点、７スロット、８歪曲スロット、９反射板。

フロントページの続きＦターム(参考） 5J020 AA03 BA06 BC12 CA04 DA01 DA03 5J021 AA05 AA07 AB05 BA01 CA01 GA02 HA05 HA10 JA02 JA07 5J045 AA01 AA02 AA21 AB05 CA01 CA04 DA04 FA01 HA06 LA01 MA04 NA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】同軸線路外導体上にあって、前記同軸線
路延長方向に垂直な面内に円形スリットで構成した給電
部と、上記同軸外導体および上記円形スリットを取り囲
む位置に形成された中空導体パイプを備えたアンテナ装
置において、上記中空導体パイプの所定の位置に所要の
数のスロットを形成したことを特徴とするアンテナ装
置。
【請求項２】上記スロットを、上記同軸線路の延長方
向に、使用周波数における電気長が約１／２波長になる
ように延長させ、さらに上記スロットの一端側を、上記
同軸線路の延長方向に対して所定の角度に曲げたことを
特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】上記請求項１および２記載のアンテナ装
置に反射板を装荷し、上記アンテナ装置と反射板の間隔
を、使用周波数における波長より短く選んだことを特徴
とするアンテナ装置。
【請求項４】請求項１および２記載のアンテナ装置
を、同一の上記同軸線路上に多段に設けたことを特徴と
するアンテナ装置。