JP2003087045A - ボウタイアンテナ - Google Patents

ボウタイアンテナ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のボウタイアンテナの寸法では、アレー
アンテナとして配列した場合にグレーテイングローブが
発生し、ビーム制御角とビーム制御可能な周波数帯域に
制限が生じる課題があった。 【解決手段】 第1の導体と第2の導体のそれぞれの二
等辺三角形がなす頂点に設けた給電点からなるボウタイ
アンテナにおいて、第1の導体1と第2の導体2が形成
された誘電体基板7の表面に第1の導体1と第2の導体
2が軸対称となる線状ループ導体を第1の導体1と第2
の導体2に重ならないように囲んで形成したボウタイア
ンテナ。

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、広帯域な特性を
有するボウタイアンテナに関するものである。
【0002】
【従来の技術】図7は従来のボウタイアンテナの構成図
であり、1は第1の導体、2は第2の導体、3は給電
点、4は第1の導体と第2の導体の寸法である。図7に
おける従来の構成では、第1の導体1と第2の導体2の
それぞれの頂点に設けられた給電点3にマイクロ波を入
力する。
【0003】前記給電点3から入力されたマイクロ波
は、給電点3から第1の導体1と第2の導体2を伝搬
し、伝搬するマイクロ波のうち、第1の導体と第2の導
体の寸法4が概ね2分の1波長となる周波数より高い周
波数帯のマイクロ波はアンテナが自己補対構造のため、
周波数に依存することなく空間と整合が取れ、放射され
る。一方、第1の導体と第2の導体の寸法4が概ね2分
の1波長となる周波数より低い周波数のマイクロ波はア
ンテナの電気長が足りないために放射抵抗が急激に低下
し放射されない。よって、ボウタイアンテナは、第1の
導体と第2の導体の寸法4が概ね2分の1波長となる周
波数より高い周波帯域で放射する広帯域なアンテナ装置
となる。
【0004】図7の従来の構成における第1の導体と第
2の導体の寸法4は、使用帯域の下限周波数をf1とし
た場合、数1に示す寸法が必要となる。なお、数1にお
けるL1は第1の導体と第2の導体の寸法4、f1は使
用帯域の下限周波数、cは自由空間における光速であ
る。
【0005】
【数1】
【0006】一方、このボウタイアンテナを広帯域なア
レーアンテナの放射素子として用いた場合には、ボウタ
イアンテナが重ならないよう配列するために第1の導体
と第2の導体の寸法4より広い素子間隔が必要となり、
その結果、グレーテイングローブの発生によるビーム走
査角とビーム走査可能な周波数帯域に制限が生じる等の
問題がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来のボウタイアンテ
ナの寸法では、アレーアンテナとして配列した場合にグ
レーテイングローブの発生によるビーム走査角とビーム
走査可能な周波数帯域に制限が生じる課題があった。こ
の発明は上記のような問題点を解消するためになされた
ものであり、ボウタイアンテナの寸法を小さくすること
を目的としている.
【0008】
【課題を解決するための手段】第1の発明によるボウタ
イアンテナは、誘電体基板の表面に形成された二等辺三
角形形状を有する第1の導体と、前記二等辺三角形の等
しい辺がなす頂点の前記等しい辺以外の二等辺三角形の
底辺と反対方向に前記二等辺三角形の底辺と平行をなす
第1の軸線を仮定し、前記第1の軸線に対して軸対称と
なるように前記二等辺三角形と対称な空隙をもって前記
誘電体基板の表面に形成された二等辺三角形形状を有す
る第2の導体と、上記第1の導体と第2の導体のそれぞ
れの二等辺三角形がなす頂点に設けた給電点からなるボ
ウタイアンテナにおいて、上記第1の導体と第2の導体
が形成された前記誘電体基板の表面に前記第1の軸線に
直交し且つ第1の導体と第2の導体の二等辺三角形がな
す頂点を通る第2の軸線を仮定し、第2の軸線に対して
軸対称な形状を有する線状ループ導体を第1の導体と第
2の導体に重ならないように囲んで形成したものであ
る。
【0009】第2の発明によるボウタイアンテナは、第
1の発明によるボウタイアンテナにおいて、線状ループ
導体を幅広な平板ループ導体にしたものである。
【0010】第3の発明によるボウタイアンテナは、第
1の発明によるボウタイアンテナにおいて、線状ループ
導体を前記誘電体基板の裏面に形成したものである。
【0011】
【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を示すボウタイアンテナの構成図である.
図1において、1は第1の導体、2は第2の導体、3は
給電点、4は第1の導体と第2の導体の寸法、5は線状
ループ導体である。
【0012】図1の構成では第1の導体1と第2の導体
2のそれぞれの頂点に設けられた給電点3にマイクロ波
を入力する。上記給電点3から入力されたマイクロ波の
うち、第1の導体と第2の導体の寸法4が概ね2分の1
波長となる周波数から高い周波数において従来のボウタ
イアンテナと同じ動作でマイクロ波を放射する。
【0013】また、第1の導体と第2の導体の寸法4が
概ね2分の1波長となる周波数より低い周波数のうち、
線状ループ導体5の周囲の長さが1波長となる周波数よ
り高い周波数のマイクロ波は第1の導体および第2の導
体から線状ループ導体5に結合して放射する。
【0014】例えば、線状ループ導体5が使用帯域の下
限周波数f1で1波長となる円形状のループ導体で構成
された場合について説明する。線状ループ導体の共振周
波数は導体周囲が概ね1波長となる周波数であるため、
使用帯域の下限周波数f1のマイクロ波が放射する線状
ループ導体5の直径は数2に示すような寸法となる。な
お、数2のL2は線状ループ導体5の直径、cは自由空
間における光速、πは円周率である。
【0015】
【数2】
【0016】数2より、下限周波数f1から高い周波数
を放射する図1のボウタイアンテナの寸法は数2で示し
た線状ループ導体5の直径L2となる。次に、図7の従
来のボウタイアンテナと図1の第1の発明におけるボウ
タイアンテナの寸法比を算出する。
【0017】図7の従来の第1の導体と第2の導体の寸
法4に対する図1の線状ループ導体5の直径の比は数3
のようになる。なお、L1は図1の従来のボウタイアン
テナの第1の導体と第2の導体の寸法4、L2は線状ル
ープ導体5の直径である。
【0018】
【数3】
【0019】数3の結果、図7の従来ボウタイアンテナ
と比較した場合、図1の第1の発明によるボウタイアン
テナは0.64倍に小さくできる。上記は、線状ループ
導体5を使用帯域の下限周波数f1で1波長となる円形
状のループ導体で構成した場合について説明したが、例
えば、正方形のループ導体等の任意形状においても同様
に寸法を小さくできる。
【0020】なお、スパイラル等の導体周囲の長さで使
用周波数帯が決定される広帯域アンテナに線状ループ素
子を適用しても、導体周囲で使用周波数が決定される原
理が同一のため、アンテナを小さくする効果は得られな
い。
【0021】以上によれば、ボウタイアンテナは第1の
導体と第2の導体が形成された誘電体基板の表面に前記
第1の軸線に直交し且つ第1の導体と第2の導体の二等
辺三角形がなす頂点を通る第2の軸線を仮定し、第2の
軸線に対して軸対称な形状を有する線状ループ導体を第
1の導体と第2の導体に重ならないように囲んで形成し
た構成としたため、アンテナ寸法が小さくなる効果が得
られる。
【0022】実施の形態2.図2はこの発明の実施の形
態2を示す構成図で、6は平板状ループ導体であり、
1、2、3、4は図1と同一のものである。実施の形態
2の動作については実施の形態1と同じである。
【0023】一方、線状ループ導体を平板状ループ導体
6にすることにより、平板状ループ導体6のアンテナQ
が下がるため、例えば、アレーアンテナとしてボウタイ
アンテナを並べた場合、隣接素子から平板状ループ導体
6に結合する結合度を軽減できる。
【0024】以上によれば、ボウタイアンテナは線状ル
ープ導体を幅広な平板ループ導体にした構成としたた
め、アレーアンテナとしてボウタイアンテナを並べた場
合、隣接素子からループ導体に結合を抑圧し、結合量を
軽減できる効果が得られる。
【0025】実施の形態3.図3はこの発明の実施の形
態3を示す表面の構成態様図であり、また図4はこの発
明の実施の形態3を示す裏面の構成態様図であり、また
図5はこの発明の実施の形態3を示す構成透視図であ
る。図3〜図5において、7は誘電体基板であり、1〜
5は実施の形態1と同一のものである。実施の形態3の
動作については実施の形態1と同じである。
【0026】一方、線状ループ導体5を誘電体基板の裏
面に形成することにより、第1の導体1および第2の導
体2と線状ループ導体5が電気的に短絡しないため、第
1の導体1および第2の導体2を線状ループ導体5の直
径と同じ大きさまで第1の導体と第2の導体の寸法4を
拡大することができる。その結果、第1の導体1と第2
の導体2で放射されるマイクロ波の下限周波数が低周波
数にシフトするため、線状ループ導体5の反射特性と第
1の導体1と第2の導体2の反射特性の不連続性が緩和
され、広帯域において平滑な反射特性を得ることができ
る。
【0027】例えば、線状ループ導体5が使用帯域の下
限周波数f1で1波長となる円形状ループ導体で構成さ
れた場合について説明する。使用帯域の下限周波数f1
のマイクロ波が放射する線状ループ導体5の直径は数5
に記す寸法となる。なお、数4のf1は線状ループ導体
5の共振周波数、L3は線状ループ導体5の直径、cは
自由空間における光速、πは円周率である。
【0028】
【数4】
【0029】誘電体基板7の表面に形成された第1の導
体と第2の導体の寸法4はL3を直径とする線状ループ
導体と同じ長さまで延長することが可能であるため、第
1の導体と第2の導体の寸法4で共振する下限周波数は
L3を2分の1波長となる数5に記す周波数f2とな
る。なお、数5のf1は線状ループ導体5の共振周波
数、f2は第1の導体と第2の導体の寸法4で2分の1
波長となる周波数、L3は線状ループ導体5の直径、c
は自由空間における光速、πは円周率である。
【0030】
【数5】
【0031】一方、誘電基板上の表面に第1の導体1お
よび第2の導体2と上記算出したL3を直径とする線状
ループ導体5を形成した場合、例えば、第1の導体1お
よび第2の導体2の二等辺三角形の等しい辺がなす角が
90度のボウタイアンテナにおける第1の導体と第2の
導体の寸法4を算出する、第1の導体1および第2の導
体2がループが短絡しない条件は、第1の導体1および
第2の導体の二等辺三角形の等しい辺の長さを足した長
さがL2より小さい場合である。よって第1の導体と第
2の導体の寸法4は数6で算出される条件を満足する必
要がある。なお、数6のL3は線状ループ導体5の直
径、L4は第1の導体と第2の導体の寸法4であり、第
1の導体1および第2の導体2の二等辺三角形の等しい
辺がなす角が90度のボウタイアンテナについて算出す
る。
【0032】
【数6】
【0033】数6より、第1の導体と第2の導体の寸法
4で共振する下限周波数f3を数6より算出する。な
お、数7のf3は第1の導体と第2の導体の寸法4で共
振する下限周波数f3、L4は第1の導体と第2の導体
の寸法、cは自由空間における光速である。
【0034】
【数7】
【0035】数5と数7の結果から、線状ループ導体5
を誘電体基板の裏面に形成した場合と線状ループ導体5
を誘電体基板の表面に形成した場合と比較した場合、前
記線状ループ導体5を誘電体基板の裏面に形成した場合
の方が、第1の導体と第2の導体の寸法4で共振する下
限周波数が低いため、図6のように線状ループ導体5の
反射特性と第1の導体と第2の導体の寸法4の共振にお
ける反射特性との不連続性が緩和され、より広帯域特性
において平滑な反射特性を有するボウタイアンテナとな
る。
【0036】以上によれば、ボウタイアンテナは線状ル
ープ導体を前記誘電基板の裏面に形成した構成としたた
め、ボウタイアンテナにおける下限周波数が低域にシフ
トするため、線状ループ導体とボウタイアンテナとの反
射特性における不連続性が緩和され、より広帯域な反射
特性を得ることができる。
【0037】
【発明の効果】以上の説明のように、本発明によればア
ンテナ寸法が小さいボウタイアンテナを得ることが出来
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1を示すボウタイアン
テナの構成態様図である。
【図2】 この発明の実施の形態2を示すボウタイアン
テナの構成態様図である。
【図3】 この発明の実施の形態3を示すボウタイアン
テナの表面の構成態様図である。
【図4】 この発明の実施の形態3を示すボウタイアン
テナの裏面の構成態様図である。
【図5】 この発明の実施の形態3を示すボウタイアン
テナの構成透視態様図である。
【図6】 この発明の実施の形態3の効果を示す説明図
である。
【図7】 従来のボウタイアンテナを示すアンテナ装置
の構成態様図である。
【符号の説明】
1 第1の導体、 2 第2の導体、 3 給電点、4
第1の導体と第2の導体の寸法、 5 線状ループ導
体、 6 平板状ループ導体、 7 誘電体基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 千葉 勇 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 Fターム(参考) 5J046 AA04 AB07 PA07

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 誘電体基板の表面に形成された二等辺三
    角形形状を有する第1の導体と、 前記二等辺三角形の等しい辺がなす頂点の前記等しい辺
    以外の二等辺三角形の底辺と反対方向に前記二等辺三角
    形の底辺と平行をなす第1の軸線を仮定し、前記第1の
    軸線に対して軸対称となるように前記二等辺三角形と対
    称な空隙をもって前記誘電体基板の表面に形成された二
    等辺三角形形状を有する第2の導体と、 上記第1の導体と第2の導体のそれぞれの二等辺三角形
    がなす頂点に設けた給電点からなるボウタイアンテナに
    おいて、 上記第1の導体と第2の導体が形成された前記誘電体基
    板の表面に前記第1の軸線に直交し且つ第1の導体と第
    2の導体の二等辺三角形がなす頂点を通る第2の軸線を
    仮定し、第2の軸線に対して軸対称な形状を有する線状
    ループ導体を第1の導体と第2の導体に重ならないよう
    に囲んで形成したことを特徴とするボウタイアンテナ。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のボウタイアンテナとし
    て、線状ループ導体を幅広な平板ループ導体を使用した
    ことを特徴とするボウタイアンテナ。
  3. 【請求項3】 請求項1記載のボウタイアンテナとし
    て、線状ループ導体を前記誘電体基板の裏面に形成した
    ことを特徴とするボウタイアンテナ。
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