JP2001274620A

JP2001274620A - 広帯域アレーアンテナ装置

Info

Publication number: JP2001274620A
Application number: JP2000082766A
Authority: JP
Inventors: Tamami Maruyama; 珠美丸山; Toshihiro Seki; 智弘関; Naoki Honma; 尚樹本間; Toshikazu Hori; 俊和堀
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2000-03-23
Filing date: 2000-03-23
Publication date: 2001-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の課題は、グレーティングローブの発生
を抑圧することが可能となり、インピーダンスだけでな
く指向性の形状や放射方向も周波数で変化しない広帯域
アレーアンテナ装置を提供することにある。【解決手段】本発明は、広帯域アレーアンテナ装置にお
いて、第一のアレーアンテナ素子に隣合う第二のアレー
アンテナ素子を、第一のアレーアンテナ素子のほぼ１／
２の相似形とし、第一のアレーアンテナ素子の素子間隔
をＤとするとき、前記第二のアレーアンテナ素子をＤ／
２なる位置に設置することを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、広帯域アンテナを
アレー化してビーム制御する時、周波数が高くなるにつ
れて、素子間隔が広くなって見えることによって生じる
グレーティングローブを抑圧するのに有効であり、特
に、ソフトウェアの読み込みだけでシステムやメディア
を超えたサービスの選択が可能なソフトウェア無線（１
９９９年電子情報通信学会通信ソサエティ大会Ｂ−５−
９３）用のアンテナ素子として有効である広帯域アレー
アンテナ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ディスコーンアンテナやボウタイアンテ
ナは自己補対アンテナとして、インピーダンスは周波数
にかかわらず一定であることが知られている。

【０００３】しかし、これら広帯域アンテナをアレー化
すると、高い周波数になると、波長が短くなり素子間隔
が広がって見えるためグレーティングローブが発生する
という問題点があった。

【０００４】従来のディスコーンアンテナをアレー化し
たときにグレーティングローブが発生する様子について
述べる。

【０００５】従来のディスコーンアンテナの構造を図１
８に示す。図中、１はディスコーンアンテナ、２はディ
スコーンアンテナのディスク（円板）、３はディスコー
ンアンテナのコーン（円錐）、４は給電点、Ａはディス
コーンアンテナの円錐の高さ、Ｂはディスコーンアンテ
ナの円錐の底面の直径、Ｄはディスコーンアンテナの円
板の直径である。本ディスコーンアンテナ１は、図１８
（ａ）のように直径がＤのディスク（円板）２と、高さ
がＡ、底面の直径がＢのコーン（円錐）３によって構成
され、ディスク（円板）２の中央とコーン（円錐）３の
接続部の給電点４で給電する。また本ディスコーンアン
テナは、図１８（ｂ）のように、円板と円錐をそれぞ
れ、金属ワイヤーで構成してワイヤタイプディスコーン
アンテナのアンテナ素子５としてもよい。

【０００６】ディスコーンアンテナを２素子アレー化し
たときの、構造を図１９に示す。図中、＃１は第一のア
ンテナ素子、＃２は第一のアンテナ素子、Ｌ１はアレー
アンテナ素子＃１と＃２の素子間隔である。図１９のデ
ィスコーン２素子アレーアンテナの＃１と＃２の素子の
間隔Ｌ１を０．２５λｆ１としたときのリターンロス特
性を図２０に示す。ここで、値はモーメント法で求めた
計算値である。ｆ／ｆ０＝１から、ｆ／ｆ０＝６まで広
い帯域にわたって、リターンロスをほぼ−１０ｄＢ以下
にできる広帯域な特性を有していることがわかる。ここ
で、計算諸元は、円板の直径Ｄ：０．２３λｆ１、円錐
の高さＡ：０．３１λｆ１、円錐の底面の直径Ｂ：０．
３５λｆ１としている。

【０００７】しかし、このように広帯域の素子を用いた
アレーアンテナは、周波数がｆ０の二倍を超えるとグレ
ーティングローブが発生する（文献１：オーム社アンテ
ナ工学ハンドブックｐ．２０１）。図２１は、２素子デ
ィスコーンアレーアンテナの水平面内放射指向性であ
る。第一の周波数ｆ１（ｆ／ｆ０＝１）では、Ｙ軸方向
にヌルを有し、Ｘ軸方向にピークとなるセクタビームと
なっているのに対して、その三倍の周波数では、Ｙ軸方
向にグレーティングが発生し、ヌルを持たない。

【０００８】次に従来のボウタイアンテナのアレーの構
造を図２２に示す。図２２はモノポールボウタイアンテ
ナを素子とする二素子アレーアンテナである。本アンテ
ナは、自己補対構造となっているため、理想的にはイン
ピーダンスが６０πで一定となる。また、図２２のアン
テナはモノポールアンテナであるためインピーダンスは
その半分の６０π／２と考えられる。図２２中、６はモ
ノポールボウタイアンテナ、７は地板、８はコネクタで
ある。ボウタイモノポールの角度θを９０゜とおいてア
レー化すると、市松模様アンテナになる（文献２：稲垣
他：信学論Ｂ、“市松模様アンテナ−周期的給電方式自
己補対アンテナ−”、Ｖｏｌ．Ｊ６２−Ｂ，ｐｐ．３８
８−３９５，Ｎｏ．４，１９７９年．）。市松模様アン
テナは、周波数に対して定インピーダンス特性を持つア
レーアンテナとしてすぐれている。しかし、文献２にも
記述されているとおり、素子間隔と波長の比が大きくな
るにつれ、グレーティングローブが発生するという欠点
があった。図２２に示すような２素子ボウタイアレーに
おいて、θを６０゜、ボウタイアンテナの高さＨを０．
３λ、ボウタイアンテナの幅Ｗを０．３４λ、２つのボ
ウタイアンテナの間隔Ｌを０．４λとしたときの特性を
次に示す。ここで、記号λは基準周波数をｆ０としたと
きの波長である。特性はＦＤＴＤ解析を用いて求めた。
地板７は、完全導体境界を用いて近似したため、無限大
となっている。このときのインピーダンス周波数特性を
図２３に示す。ｆ／ｆ０＝１のときからｆ／ｆ０＝６に
かけて広い帯域にわたってインピーダンスはレジスタン
スがほぼ１５０Ω、リアクタンスがほぼ５０Ω付近でと
もに一定であることがわかる。リターンロス周波数特性
を図２４に示す。ｆ／ｆ０＝１からｆ／ｆ０＝８にかけ
て広い帯域にわたり−５ｄＢ以下をみたしている。な
お、ここでリターンロスがもっと小さい値で一定になら
ないのは、本アンテナが理論的にはインピーダンスが６
０π／２で一定となっているのに対して、整合を５０Ω
としているためである。本アンテナの水平面内放射指向
性を図２５に示す。図２５において図２５（ａ）はｆ／
ｆ０＝１、図２５（ｂ）はｆ／ｆ０＝２、図２５（ｃ）
はｆ／ｆ０＝３、図２５（ｄ）はｆ／ｆ０＝４、図２５
（ｅ）はｆ／ｆ０＝５のときの特性である。ｆ／ｆ０＝
３のときに、グレーティングローブが発生し最大放射の
方向がＸ軸ではなくＹ軸にかわっていることがわかる。
またｆ／ｆ０＝５のときはサイドローブが大きくなって
いる。さらに、ｆ／ｆ０＝１からｆ／ｆ０＝５までの放
射パターンの形状の変化が激しいことがわかる。

【０００９】以上、示したように、従来のディスコーン
アレー、ボウタイアレーともに、素子の帯域が広くて
も、アレー化すると周波数の高いところでグレーティン
グローブが発生し指向性の形状が変化してしまうという
欠点があった。

【００１０】次にサイズの異なるボウタイアンテナをア
レー化した、従来のボウタイアンテナのアレーを図２６
に示す。図２６において、９は、シェルピンスキーのフ
ラクタルアンテナと呼ばれるもので、多周波特性を有す
ることが知られている（文献３：ＰｕｅｎｔｅＣ，
他：“Variation on the Fractal Sierpinski AntennaF
lare Angle,IEEE AP-S,Vol.1998,No.Vol.4 Page.2340-2
343）。しかし、本アンテナは給電点が一つであり、ア
レーアンテナではない。したがって位相差を与えてビー
ムを制御することができない。このため本発明とは異な
るアンテナである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上示したように、従
来の広帯域アンテナは、素子間隔を一定として、アレー
配置したときに、周波数が最低共振周波数の２倍を超え
る周波数になると、素子間隔が波長算段で離れすぎてし
まうため、グレーティングローブが生じるという欠点が
あった。すなわち、従来の技術では、広帯域に渡って使
用できる、ビーム制御アレーアンテナは存在しなかっ
た。

【００１２】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、ディスコーンアンテナやボウタイアンテナなど広帯
域な素子をアレー化したときに、従来問題となっていた
グレーティングローブの発生を抑圧することが可能とな
り、インピーダンスだけでなく指向性の形状や放射方向
も周波数で変化しない広帯域なアレーアンテナを実現で
きる広帯域アレーアンテナ装置を提供することを目的と
する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の広帯域アレーアンテナ装置は、所定間隔離れ
て設置された１対の第一のアレーアンテナ素子と、前記
第一のアレーアンテナ素子間の所定の位置に設置された
第一のアレーアンテナ素子と相似形で所定の比で小型化
した１個もしくは複数個のアレーアンテナ素子とを具備
することを特徴とするものある。

【００１４】また本発明は、前記広帯域アレーアンテナ
装置において、各アレーアンテナ素子として、広帯域特
性を有するアンテナを用いることを特徴とするものであ
る。

【００１５】また本発明は、前記広帯域アレーアンテナ
装置において、水平方向、または、垂直方向または、水
平と垂直の両方向にアレー化した複数の第一のアンテナ
素子と、該隣合う、複数の第一のアンテナ素子の間に、
第一のアンテナ素子と同一の形状を、縦横同一の比で小
型化した、第二のアンテナ素子を、一または複数個設置
することを特徴とするものである。

【００１６】本発明によれば、前述のように第２の素子
が第１の素子よりも小さい構造となっているので、低い
周波数ｆ１のとき、第２の素子は電気的に小さい大きさ
となり、第２の素子がアレーアンテナの特性に与える影
響は小さくできる。このため第１の素子のみのアレーと
類似の動作をさせることが可能である。これに対して、
高い方の周波数では、第２の素子も電気的に動作する大
きさとなるため、第１の素子と第２の素子の３つのアレ
ーで動作する。このとき、本アンテナは、低い方の周波
数では、あたかも素子間隔が第一の素子どうしの間隔で
決定されるアレーとしてはたらき、高い方の周波数で
は、素子間隔が第１の素子と第２の素子との間隔で決定
されるアレーとして働く。

【００１７】また本発明は、前記広帯域アレーアンテナ
装置において、第一のアレーアンテナ素子に隣合う第二
のアレーアンテナ素子をフィルタに接続し、第二のアレ
ーアンテナ素子の最低共振周波数よりも低い周波数で
は、前記第二のアレーアンテナ素子を通さないことを特
徴とするものである。本発明によれば、第２の素子の低
い方の周波数において生じる線路からの反射を抑えるこ
とができる。

【００１８】また本発明は、前記広帯域アレーアンテナ
装置において、各アレーアンテナ素子に移相器を接続
し、位相差給電を行うことでビームを制御することを特
徴とするものである。本発明によれば位相差給電をする
ことによりビームをふることが可能になる。

【００１９】本発明は、前記広帯域アレーアンテナ装置
において、第一のアレーアンテナ素子に隣合う第二のア
レーアンテナ素子を、第一のアレーアンテナ素子のほぼ
１／２の相似形とし、第一のアレーアンテナ素子の素子
間隔をＤとするとき、前記第二のアレーアンテナ素子を
Ｄ／２なる位置に設置することを特徴とするものであ
る。特に、本発明によれば、第一の周波数でも、第二の
周波数でも、電気的に同じ素子間隔を実現することが可
能である。

【００２０】また本発明は、前記広帯域アレーアンテナ
装置において、第一のアレーアンテナ素子に隣合う第二
のアレーアンテナ素子を、第一のアレーアンテナ素子の
ほぼ１／３の相似形とし、第一のアレーアンテナ素子の
素子間隔をＤとするとき、前記第二のアレーアンテナ素
子をＤ／３なる位置と、２Ｄ／３なる位置に設置するこ
とを特徴とするものである。さらに、本発明によれば、
第一の周波数から、第三の周波数まで、電気的に同じ素
子間隔を実現することが可能である。

【００２１】また本発明は、前記広帯域アレーアンテナ
装置において、第二のアレーアンテナ素子の間に、第二
のアレーアンテナ素子と相似形で、第二のアレーアンテ
ナ素子の１／３の大きさに小型化した、第三のアレーア
ンテナ素子を、４Ｄ／９なる位置と、５Ｄ／９なる位置
に設置することを特徴とするものである。

【００２２】また本発明は、前記広帯域アレーアンテナ
装置において、第三のアレーアンテナ素子の間に、第三
のアレーアンテナ素子を含む第Ｎ（Ｎは３以上の整数）
のアレーアンテナ素子の１／３の縮小相似形である第Ｎ
＋１のアレーアンテナ素子を、両隣りのアレーアンテナ
素子からそれぞれ両隣りのアレーアンテナ素子間の１／
３の位置に設置することを特徴とするものである。

【００２３】また本発明は、前記広帯域アレーアンテナ
装置において、アレーアンテナ素子の縮小率を１／３と
おくかわりに、Ａを任意の実数とするときに１／３Ａと
することを特徴とするものである。

【００２４】同様に、本発明によれば、理論的にはどこ
まで周波数を高くしてもグレーティングローブを発生さ
せないことが可能となる。

【００２５】また本発明は、前記広帯域アレーアンテナ
装置において、第一から第Ｎのアレーアンテナ素子のア
レーを、円形に並べることを特徴とするものである。ま
た、本発明によれば、円形配列アレーでも同様の効果が
得られる。

【００２６】また本発明は、前記広帯域アレーアンテナ
装置において、アレーアンテナ素子として、ディスコー
ンアンテナ、ボウタイアンテナ、プリントボウタイアン
テナ、ボウタイモノポールアンテナ、半円モノポールア
ンテナ、または半円ダイポールアンテナのいずれか１つ
を用いることを特徴とするものである。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
形態例を詳細に説明する。

【００２８】本発明のアンテナ装置の第一の実施形態例
を図１に示す。図１において、５はワイヤタイプディス
コーンアンテナの第一のアンテナ素子＃１と＃２、１０
はワイヤタイプディスコーンアンテナの第二のアンテナ
素子＃３である。Ｌ１はアンテナ素子＃１とアンテナ素
子＃２の素子間隔で、Ｌ２はアンテナ素子＃１とアンテ
ナ素子＃３の素子間隔である。今、Ｌ１を０．５λｆ
１、Ｌ２をＬ１／２、すなわち０．２５λｆ１として配
置し、＃１、＃２のアンテナ素子の円板の直径Ｄ：０．２３λｆ１円錐の高さＡ：０．３１λｆ１円錐の底面の直径Ｂ：０．３５λｆ１＃３のアンテナ素子の円板の直径Ｄ：０．１１５λｆ１円錐の高さＡ：０．１５０２λｆ１円錐の底面の直径Ｂ：０．１７５λｆ１としたときの放射特性を、図２に示す。

【００２９】第一の周波数ｆ１、第一の周波数ｆ１の三
倍の周波数のいずれのときの放射パターンもＸ軸の方向
に最大放射をもち、Ｙ軸の方向にヌルを形成し、グレー
ティングローブは発生していないことが確認できる。

【００３０】図３は、図１に示した本発明のアンテナの
Ｙ軸方向のレベルと、図１７に示した従来のディスコー
ンアンテナのＹ軸方向のレベルを比較したグラフであ
る。ここで、本発明のアンテナは、＃１、＃２、＃３の
素子をそれぞれ、同相に励振している。図３において、
実線は本発明のアンテナ装置（ディスコーンアレー）の
特性、破線は従来のアンテナ装置（ディスコーンアレ
ー）の特性である。ここで、アンテナ構造パラメータは
前回の計算と同様に、Ｌ１は１／２λｆ１、Ｌ２は１／
４λｆ１としている。従来のアンテナ装置では、Ｆ／Ｆ
０が２を超えると、グレーティングローブが発生し、Ｙ
軸方向のレベルが高くなる。これに対し、本発明のアン
テナ装置は、Ｆ／Ｆ０が２から５．５に渡って、ヌルに
することが望ましいＹ軸方向のレベルが従来のアンテナ
装置よりも小さい値に抑えられていることがわかる。

【００３１】図４は、図１に示した本発明のアンテナの
Ｘ軸方向のレベルの周波数特性を、従来のディスコーン
アンテナのアレーのＸ軸方向のレベルの周波数特性と比
較したものである。従来技術の場合は、Ｆ／Ｆ０が３を
超えると、グレーティングの影響で、ピーク利得が正面
方向にこなくなり、ビーム割れが生じる。この結果、Ｘ
方向の利得が極度に下がる。これに対して、本アンテナ
装置の場合は、ピークの値をＸ方向に保ったまま、利得
の下がるのが改善できていることがわかる。図５に本発
明の第一の実施形態例のアンテナのリターンロス特性を
示す。第一のアンテナ素子である＃１、＃２のリターン
ロスは、図５（ａ）に示すように、広帯域特性が保たれ
ている。

【００３２】これに対して、第二のアンテナ素子である
＃３のリターンロス特性は、Ｆ／Ｆ０が２以上のところ
では、リターンロスは小さくなっているが、Ｆ／Ｆ０が
２以下のところでは、リターンロスは−５ｄＢ以上とや
や大きくなっている。

【００３３】次に、本発明のアンテナの第二の実施形態
例を図６に示す。図６（ａ）はアンテナの構造図であ
り、第一の実施形態例と同様としている。図６（ｂ）に
示すように、第二のアンテナ素子＃３の第二の実施形態
例のアンテナにフィルタ１１を設置し、第二のアンテナ
素子のリターンロスが高くなる部分（Ｆ／Ｆ０が２以
下）の周波数で第二のアンテナ素子を動作させないよう
にしたアンテナである。このとき、第二のアンテナ素子
はＦ／Ｆ０が二以下の周波数では無給電素子となる。

【００３４】次に、本発明の第三の実施形態例を、図７
に示す。１０はワイヤタイプディスコーンアンテナの第
二のアンテナ素子＃３と＃４、１２はワイヤタイプディ
スコーンアンテナの第三のアンテナ素子＃５と＃６であ
る。図７のアンテナは、アンテナ素子＃１と＃２を最低
共振周波数が第一の周波数ｆ＝ｆ０で動作する第一のア
ンテナ素子とし、＃３と＃４を最低共振周波数が第二の
周波数ｆ＝３×ｆ０で動作することをねらいとする第二
のアンテナ素子、＃５と＃６を最低共振周波数が第三の
周波数ｆ＝９×ｆ０で動作することをねらいとする第三
のアンテナ素子とする。

【００３５】すなわち、アンテナ素子＃３と＃４は、ア
ンテナ素子＃１と＃２の１／３の大きさになり、アンテ
ナ素子＃５と＃６はアンテナ素子＃３と＃４の１／３の
大きさとなる。ここで、Ｌ１はアンテナ素子＃１と＃２
の間隔、Ｌ２はアンテナ素子＃１と＃３、＃３と＃４の
間隔、Ｌ３はアンテナ素子＃３と＃５、＃５と＃６の間
隔であり、Ａ１はアンテナ素子＃１と＃２の円錐（コー
ン）の高さ、Ａ２はアンテナ素子＃３と＃４の円錐（コ
ーン）の高さ、Ａ３はアンテナ素子＃５と＃６の円錐
（コーン）の高さである。今，次の（１）から（４）式
が成り立つものとする。

【００３６】Ｌ２＝Ｌ１×（１／３）・・・（１）Ｌ３＝Ｌ２×（１／３）・・・（２）Ａ２＝Ａ１×（１／３）・・・（３）Ａ３＝Ａ２×（１／３）・・・（４）このとき、図７に示された位置関係からも分かるよう
に、＃５のアンテナ素子について見ると、＃３のアンテ
ナ素子に対する＃５のアンテナ素子との関係が＃１のア
ンテナ素子に対する＃３のアンテナ素子の関係と同様の
関係となっている。

【００３７】また、＃６のアンテナ素子について見る
と、＃４のアンテナ素子に対する＃６のアンテナ素子と
の関係が＃２のアンテナ素子に対する＃４のアンテナ素
子の関係と同様の関係となっている。

【００３８】すなわち、＃５と＃６のアンテナ素子の中
間点に対して左右対称な関係となっており、＃５と＃６
のアンテナ素子が＃３と＃４のアンテナ素子に挟まれた
関係と、＃３と＃４のアンテナ素子が＃１と＃２のアン
テナ素子に挟まれた関係は相似の関係である。

【００３９】前記第１の実施形態例では、第二のアンテ
ナ素子間隔が第一のアンテナ素子間隔の半分であるた
め、そのアンテナの特性は２倍の周波数まで広帯域な範
囲でグレーティングの影響を抑制していることからも分
かるように、本発明の第三の実施形態例では、そのアン
テナ素子間隔の関係について、第一のアンテナ素子間隔
Ｌ１と第二のアンテナ素子間隔Ｌ２の比が１：１／３
で、第二のアンテナ素子間隔Ｌ２と第三のアンテナ素子
間隔の比も１：１／３となっており、第一の実施形態例
と同様に、そのアンテナの電気的な特性は、より広帯域
な周波数までグレーティングの影響が抑圧されたものが
得られる。

【００４０】次に、本発明の前記第三の実施形態例を一
般化した実施形態例を図８に第４の実施形態例として示
す。図８に示すアンテナは、＃１と＃２のアンテナ素子
の内側に置かれる＃ｎ−５〜＃ｎのアンテナ素子の数を
ｎ個まで増やした場合の実施形態例である。どのアンテ
ナ素子をとってみても、前記第三の実施形態例のアンテ
ナ素子の関係からも分かるように、その隣り合う素子の
関係は相似関係であり、第三の実施形態例を拡張した電
気的特性が得られることは明らかである。すなわち、ア
ンテナ素子を増やすことでその内側に行くほどアンテナ
素子間隔は小さくなり、より広帯域な周波数までグレー
ティングの影響を抑圧できるアンテナを実現することが
可能となる。Ｌｊ−１，Ｌｊはアンテナ素子間隔、Ａｊ
−１，Ａｊはアンテナ素子のコーンの高さである。

【００４１】次に本発明の第五の実施形態例を図９に示
す。本アンテナは第一の実施形態例でのべたアンテナ素
子をディスコーンからボウタイアンテナに変えたアンテ
ナである。すなわち、６は同じ大きさ、同じ配置のモノ
ポールボウタイアンテナのアンテナ素子＃１と＃２の間
に、１３として＃１のアンテナ素子の１／２の大きさの
モノポールボウタイアンテナのアンテナ素子＃３を配置
し、アンテナ素子＃１と＃３の間隔Ｌ２はアンテナ素子
＃１と＃２の間隔Ｌ１の半分、すなわちＬ１／２とす
る。このときの本アンテナの水平面内放射指向性を図１
０に示す。図１０において、アンテナ素子＃１と＃２の
間隔Ｌ１、＃１と＃２のアンテナ素子の幅Ｗ、ボウタイ
アンテナのアンテナ素子の高さＨは全て、図２２に示し
た従来のボウタイモノポール２素子アレーと同じ値Ｌ１
＝Ｌ，Ｈ１＝Ｈとした。図１０において図１０（ａ）は
ｆ／ｆ０＝１、図１０（ｂ）はｆ／ｆ０＝２、図１０
（ｃ）はｆ／ｆ０＝３、図１０（ｄ）はｆ／ｆ０＝４、
図１０（ｅ）はｆ／ｆ０＝５のときの特性である。ｆ／
ｆ０＝３のときも最大放射の方向はＸ軸の方を向いてお
り、グレーティングローブが発生していないことがわか
る。また、図２５と比較して、放射指向性の形状の変化
が少なく、サイドローブレベルも小さい。

【００４２】次に本発明のアンテナの第六の実施形態例
を図１１に示す。図１１はボウタイモノポールを誘電体
基板上にエッチング加工してボウタイアレーとしたアン
テナ装置である。

【００４３】図１２は、本発明の第７の実施形態例であ
る。二つの低い周波数をカバーする第一のボウタイアン
テナ素子＃１、＃２の中央に第二の周波数帯から動作す
る、小さいボウタイアンテナ素子＃３を一つ配置し、第
一のアンテナ素子＃１、＃２と第二のアンテナ素子＃３
の間に第三の周波数帯から動作する、さらに小さいボウ
タイアンテナ素子＃５、＃６を設置する。図１３に本発
明の効果を示す。

【００４４】図１２は、図９と同じ大きさ、同じ配置
に、アンテナ素子＃１と＃２と、＃１の素子の１／２の
大きさの素子＃３をＬ２＝Ｌ１／２なる位置に配置し、
Ｌ１／４なる位置に、素子＃３のさらに半分の大きさの
第三の素子＃５、＃６を設置している。図１３において
図１３（ａ）はｆ／ｆ０＝１、図１３（ｂ）はｆ／ｆ０
＝３、図１３（ｃ）はｆ／ｆ０＝４、図１３（ｄ）はｆ
／ｆ０＝５のときの特性である。ｆ／ｆ０＝３のときも
最大放射の方向はＸ軸の方を向いており、グレーティン
グローブが発生していないことがわかる。また、ｆ／ｆ
０＝５において、第三のアンテナ素子＃５、＃６を設置
しない、図１０（ｅ）の結果と比較して、Ｙ方向へのグ
レーティングローブはさらに５ｄＢ小さくなっているこ
とがわかる。また第一サイドローブレベルは図１０
（ｅ）のそれとほぼ同等であり、ともに、図２５に示し
た従来の第二、第三のアンテナ素子を設置しない場合に
比べて改善されている。

【００４５】図１４は本発明のアンテナの第８の実施形
態例であり、ボウタイモノポールを誘電体基板上にエッ
チング加工したボウタイアレーとしたアンテナ装置であ
る。１４はボウタイアンテナの第一のアンテナ素子、１
５はボウタイアンテナの第二のアンテナ素子、１６は誘
電体基板、１７はボウタイアンテナの第三のアンテナ素
子である。

【００４６】図１５は、本発明のアンテナの第９の実施
形態例を示す図である。第二のアンテナ素子＃３、＃４
の下にフィルタ１１を設置し、移相器１８を用いて位相
差給電をすることによりビームを制御できる。１９はト
ーナメント回路である。

【００４７】本発明のアンテナ装置の第１０の実施形態
例を図１６に示す。図１６は第１の周波数帯で動作する
第１のボウタイアンテナ素子１４と第２の周波数帯で動
作する第２のボウタイアンテナ素子１５を円形上に交互
に配列するものである。本実施形態例は図９に示した、
本発明の第５の実施形態例を直線アレーから円形アレー
に変えたものであり、グレーティング抑圧については第
５の実施形態例と同様の効果が得られる。尚、図１６の
円形配列の実施形態例でも、アンテナ素子を第７や第８
の実施形態例のように拡張した形でも実施することがで
きる。

【００４８】本発明のアンテナ装置の第１１の実施形態
例を図１７に示す。図１７は第１の周波数帯で動作する
第１のアンテナ素子♯１と♯２…と第２の周波数帯で動
作する第２のアンテナ素子♯３と♯４…を交互に円周上
に配列するものである。本実施形態例は、本発明の第１
の実施形態例に示した直線アレーを円形アレーに変えた
ものであり、グレーティング抑圧については、第１の実
施形態例と同様の効果が得られる。尚、図１７の円形配
列の実施形態例でも、アンテナ素子を第３や第４の実施
形態例のように拡張した形でも実施することができる。

【００４９】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、ディ
スコーンアンテナやボウタイアンテナなど広帯域な素子
をアレー化したときに、従来問題となっていたグレーテ
ィングローブの発生を抑圧することが可能となり、イン
ピーダンスだけでなく指向性の形状や放射方向も周波数
で変化しない広帯域なアレーアンテナを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態例を示す構成説明図で
ある。

【図２】本発明の第１の実施形態例のアンテナ放射特性
を示す特性図である。

【図３】本発明に係るディスコーンアレーの利得で規格
化したＹ方向のレベルを従来と比較して示す特性図であ
る。

【図４】本発明に係るアンテナのＸ方向のピークの利得
を従来と比較して示す特性図である。

【図５】本発明の第１の実施形態例のアンテナのリター
ンロス周波数特性を示す特性図である。

【図６】本発明の第２の実施形態例を示す構成説明図で
ある。

【図７】本発明の第３の実施形態例を示す構成説明図で
ある。

【図８】本発明の第４の実施形態例を示す構成説明図で
ある。

【図９】本発明の第５の実施形態例を示す構成説明図で
ある。

【図１０】本発明の三素子ボウタイアレーの水平面内放
射指向性を示す特性図である。

【図１１】本発明の第６の実施形態例を示す構成説明図
である。

【図１２】本発明の第７の実施形態例を示す構成説明図
である。

【図１３】本発明の第７の実施形態例の水平面内放射指
向性を示す特性図である。

【図１４】本発明の第８の実施形態例を示す構成説明図
である。

【図１５】本発明の第９の実施形態例を示す構成説明図
である。

【図１６】本発明の第１０の実施形態例を示す構成説明
図である。

【図１７】本発明の第１１の実施形態例を示す構成説明
図である。

【図１８】従来のディスコーンアンテナを示す構成説明
図である。

【図１９】従来のディスコーンアンテナの２素子アレー
を示す構成説明図である。

【図２０】従来のディスコーンアンテナのリターンロス
の周波数特性を示す特性図である。

【図２１】従来の広帯域アンテナをアレー化したときの
放射特性を示す特性図である。

【図２２】従来のボウタイモノポール２素子アレーを示
す構成説明図である。

【図２３】従来のボウタイモノポールのインピーダンス
の周波数特性を示す特性図である。

【図２４】従来のボウタイモノポールのリターンロスの
周波数特性を示す特性図である。

【図２５】従来の２素子ボウタイアレーの水平面放射指
向性を示す特性図である。

【図２６】従来のシェルピンスキアンテナの構造を示す
構成説明図である。

【符号の説明】

Ｄ：ディスコーンアンテナの円板の直径Ａ：ディスコーンアンテナの円錐の高さＢ：ディスコーンアンテナの円錐底面の直径＃１：第一のアンテナ素子＃２：第一のアンテナ素子＃３：第二のアンテナ素子＃４：第二のアンテナ素子＃５：第三のアンテナ素子＃６：第三のアンテナ素子Ｌ１：アレーアンテナ素子＃１と＃２の素子間隔Ｌ２：アレーアンテナ素子＃１と＃３の素子間隔Ｌ３：アレーアンテナ素子＃３と＃５の素子間隔Ａ１：アンテナ素子＃１、＃２のコーンの高さＡ２：アンテナ素子＃３、＃４のコーンの高さＡ３：アンテナ素子＃５、＃６のコーンの高さＦ／ｆ０：周波数の比Ｗ：ボウタイアンテナの幅Ｈ：ボウタイアンテナの高さ θ ：ボウタイアンテナの角度Ｘ：放射方向Ｙ：グレーティングの発生する方向１：ディスコーンアンテナ２：ディスコーンアンテナのディスク３：ディスコーンアンテナのコーン（円錐）４：給電点５：ワイヤタイプディスコーンアンテナのアンテナ素
子６：モノポールボウタイアンテナのアンテナ素子７：地板８：コネクタ９：従来のシェルピンスキーアンテナ１０：ワイヤタイプディスコーンアンテナの第二のアン
テナ素子１１：フィルタ１２：ワイヤタイプディスコーンアンテナの第三のアン
テナ素子１３：モノポールボウタイの第二のアンテナ素子１４：ボウタイアンテナの第一のアンテナ素子１５：ボウタイアンテナの第二のアンテナ素子１６：誘電体基板１７：ボウタイアンテナの第三のアンテナ素子１８：移相器１９：トーナメント回路

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｑ 21/30 Ｈ０１Ｑ 21/30 (72)発明者本間尚樹東京都千代田区大手町二丁目３番１号日本電信電話株式会社内 (72)発明者堀俊和東京都千代田区大手町二丁目３番１号日本電信電話株式会社内Ｆターム(参考） 5J021 AA03 AA04 AA05 AA06 AA13 AB03 CA06 DB02 DB03 FA06 FA32 GA05 GA08 HA05 HA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定間隔離れて設置された１対の第一の
アレーアンテナ素子と、前記第一のアレーアンテナ素子間の所定の位置に設置さ
れた第一のアレーアンテナ素子と相似形で所定の比で小
型化した１個もしくは複数個のアレーアンテナ素子とを
具備することを特徴とする広帯域アレーアンテナ装置。
【請求項２】各アレーアンテナ素子として、広帯域特
性を有するアンテナを用いることを特徴とする請求項１
記載の広帯域アレーアンテナ装置。
【請求項３】水平方向、または、垂直方向または、水
平と垂直の両方向にアレー化した複数の第一のアンテナ
素子と、該隣合う、複数の第一のアンテナ素子の間に、第一のア
ンテナ素子と同一の形状を、縦横同一の比で小型化し
た、第二のアンテナ素子を、一または複数個設置するこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の広帯域アレーアン
テナ装置。
【請求項４】請求項１、２または３記載の広帯域アレ
ーアンテナ装置において、第一のアレーアンテナ素子に
隣合う第二のアレーアンテナ素子をフィルタに接続し、
第二のアレーアンテナ素子の最低共振周波数よりも低い
周波数では、前記第二のアレーアンテナ素子を通さない
ことを特徴とする広帯域アレーアンテナ装置。
【請求項５】請求項１、２、３又は４記載の広帯域ア
レーアンテナ装置において、各アレーアンテナ素子に移
相器を接続し、位相差給電を行うことでビームを制御す
ることを特徴とする広帯域アレーアンテナ装置。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれか１項記載の広
帯域アレーアンテナ装置において、第一のアレーアンテナ素子に隣合う第二のアレーアンテ
ナ素子を、第一のアレーアンテナ素子のほぼ１／２の相
似形とし、第一のアレーアンテナ素子の素子間隔をＤとするとき、
前記第二のアレーアンテナ素子をＤ／２なる位置に設置
することを特徴とする広帯域アレーアンテナ装置。
【請求項７】請求項１乃至５のいずれか１項記載の広
帯域アレーアンテナ装置において、第一のアレーアンテナ素子に隣合う第二のアレーアンテ
ナ素子を、第一のアレーアンテナ素子のほぼ１／３の相
似形とし、第一のアレーアンテナ素子の素子間隔をＤとするとき、
前記第二のアレーアンテナ素子をＤ／３なる位置と、２
Ｄ／３なる位置に設置することを特徴とする広帯域アレ
ーアンテナ装置。
【請求項８】請求項７記載の広帯域アレーアンテナ装
置において、第二のアレーアンテナ素子の間に、第二のアレーアンテ
ナ素子と相似形で、第二のアレーアンテナ素子の１／３
の大きさに小型化した、第三のアレーアンテナ素子を、
４Ｄ／９なる位置と、５Ｄ／９なる位置に設置すること
を特徴とする広帯域アレーアンテナ装置。
【請求項９】請求項８記載の広帯域アレーアンテナ装
置において、第三のアレーアンテナ素子の間に、第三のアレーアンテ
ナ素子を含む第Ｎ（Ｎは３以上の整数）のアレーアンテ
ナ素子の１／３の縮小相似形である第Ｎ＋１のアレーア
ンテナ素子を、両隣りのアレーアンテナ素子からそれぞ
れ両隣りのアレーアンテナ素子間の１／３の位置に設置
することを特徴とする広帯域アレーアンテナ装置。
【請求項１０】請求項７、８又は９記載の広帯域アレ
ーアンテナ装置において、アレーアンテナ素子の縮小率
を１／３とおくかわりに、Ａを任意の実数とするときに
１／３Ａとすることを特徴とする広帯域アレーアンテナ
装置。
【請求項１１】請求項１乃至１０のいずれか１項記載
の広帯域アレーアンテナ装置において、第一から第Ｎの
アレーアンテナ素子のアレーを、円形に並べることを特
徴とする広帯域アレーアンテナ装置。
【請求項１２】アレーアンテナ素子として、ディスコ
ーンアンテナ、ボウタイアンテナ、プリントボウタイア
ンテナ、ボウタイモノポールアンテナ、半円モノポール
アンテナ、または半円ダイポールアンテナのいずれか１
つを用いることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれ
か１項記載の広帯域アレーアンテナ装置。