JP2004215161A

JP2004215161A - バイコニカルアンテナ

Info

Publication number: JP2004215161A
Application number: JP2003002132A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Yamashita; 和義山下; Hiroyuki Uematsu; 弘行植松
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-01-08
Filing date: 2003-01-08
Publication date: 2004-07-29

Abstract

【課題】高域周波数における利得低下を解消し、広帯域にわたって高利得が得られるバイコニカルアンテナを提供することを目的とする。
【解決手段】バイコニカルアンテナの給電点周りおよび開口面付近に開口面において給電点から放射される電波の位相が揃うような形状を持った誘電体を設ける。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、通信あるいはレーダシステム等として使用されるアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来のバイコニカルアンテナを示す斜視図である。バイコニカルアンテナは第一の円錐導体２ａと第二の円錐導体２ｂとが、その円錐の頂点を互いに接近して対向させ、同じ軸上に逆方向に配置し、その頂点に設けられた給電点１から特定の周波数範囲の高周波で励振されるとき電波を給電点１を中心とする同心円状に放射し、水平面内で無指向性となる。
【０００３】
非特許文献１に示されたように、給電点１から開口面端部までの長さをｌ、円錐の角度をθ_０とすると、ｌ＞２λ_Ｌ（λ_Ｌ：下限周波数）かつθ_０＞２０°のとき、バイコニカルアンテナのインピーダンスＺは以下のような式で表すことができる。
Ｚ＝１２０ｌｏｇ_ｅｃｏｔθ_０／２（１）
従って、インピーダンスは角度θ_０のみに依存し、用いる電波の波長等には影響されない。例えば、同軸線の特性インピーダンスを５０Ωとすると、（１）式より、θ_０は６６．８°となる。
【０００４】
【非特許文献１】
ＡｎｔｅｎｎａＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＨａｎｄｂｏｏｋ（ＨｅｎｒｙＪａｓｉｋ編；ＭｃＧＲＡＷＨＩＬＬＢｏｏｋＣｏｍｐａｎｙ；ｐｐ．１０−１３〜ｐｐ．１０−１４）
【発明が解決しようとする課題】
従来のバイコニカルアンテナは以上のように構成されているので、ｌ＞２λ_Ｌ（λ_Ｌ：下限周波数）かつθ_０＞２０°である限りインピーダンスは円錐の角度のみに依存し、周波数には依存しないため広帯域にインピーダンス整合がとれる。しかし、上記（１）式に従って円錐型金属導体２ａ、２ｂ間の円錐角が決定され、また給電点１から開口面までの電気長は下限周波数の１．５８波長以上必要であることから必然的に開口面３で位相分布がつく形状となり、高域周波数で利得低下が発生していた。
【０００５】
例えば、図６に示すように給電点から開口中央部までの電気長と給電点から開口端部までの電気長の差が１／２波長となる周波数では開口面中央部からの放射と開口面端部からの放射が水平方向で打ち消し合い利得が低下する現象が発生する。
【０００６】
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、高域周波数における利得低下を解消し、広帯域にわたって高利得が得られるバイコニカルアンテナを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るアンテナ装置は、頂点を互いに接するよう対向させ、同軸上で逆方向に配置した２つの円錐型金属導体と、当該２つの円錐型金属導体の頂点が接する部分に設けられた給電点と、前記２つの円錐型金属導体の底面外周間の円筒面上において、前記給電点より放射される電波の位相が揃うよう前記給電点周辺部に設けられた誘電体とを備えたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係るバイコニカルアンテナの構成を表す図である。また、図２は本発明の実施の形態１に係るバイコニカルアンテナの断面図である。以下、動作について説明する。図１において、１は給電点、２ａは第一の円錐型金属導体、２ｂは第二の円錐型金属導体、３は開口面、４は本実施の形態１の特徴である円錐型金属導体の間に設けられた誘電体である。
【０００９】
また、図２において、給電点１から開口部中央までの長さをＬ１、また、給電点１から開口面３上の任意の点Ｐまでの長さをＬｐ１＋Ｌｐ２で表す。また、θ_０は円錐の角度である。Ｌｐ１は給電点１から誘電体４外周まで、Ｌｐ２は誘電体４外周から点Ｐまでの長さである。給電点１に給電された信号は給電点を中心として同心円状に円錐型金属導体２ａ、２ｂの間を伝搬する。ここで、誘電体４の誘電率をεｒとすると、誘電体内を電波が伝搬する速度は空気中の伝搬速度に対して１／√εｒに比例する。そこで、物理長に対して電波の伝搬速度も考慮した電気長を考えると、給電点１から開口面３の中央部までは全て誘電体内を通過するので、その電気長はＬ１√εｒである。一方、開口面３上での任意の点Ｐとして、開口面３中央部から点Ｐまでの角度をφとすると、給電点１から点Ｐまでの電気長はＬｐ１√εｒ＋Ｌｐ２となる。従って、開口面上の任意の点同士の電気長が等しい状態、
Ｌ１√εｒ＝Ｌｐ１√εｒ＋Ｌｐ２（１）
となるような誘電体形状とすることで、開口面３で位相分布を均一にすることができる。ここで、
（Ｌｐ１＋Ｌｐ２）ｃｏｓφ＝Ｌ１（２）
である。
【００１０】
上記（１）、（２）式を満たすように誘電体形状を調整することで開口面３全体で位相が揃うため従来のように開口面端部において位相が打ち消し合うことがなく、広帯域にわたり高利得なバイコニカルアンテナを得る。また、開口部に誘電体を装荷することで円錐型金属導体の支持部材としての役割も果たすため、耐風圧等の強度の高いバイコニカルアンテナを得る。
【００１１】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。上記実施の形態１では、誘電体を給電部１付近に装荷したが、本実施の形態２では、開口面付近に誘電体を装荷した場合について説明する。
【００１２】
図３は本発明の実施の形態２に係るバイコニカルアンテナの断面図である。図中の点Ｑにおける電気長はＬｑ１＋Ｌｑ２√εｒである。また、開口面端部までの電気長はＬ２であるので、これらの電気長が一致する形状がアンテナ開口面において位相が一致する条件である。従って、
Ｌｑ１＋Ｌｑ２√εｒ＝Ｌ２
（Ｌｑ１＋Ｌｑ２）ｃｏｓφ＝Ｌ１
を満たす形状を有した誘電体をアンテナ開口部付近に設ける。なお、Ｌ１は給電点１から開口面中央までの長さ、θ_０は図３中に示したように円錐の開いた角度、φは水平方向に対する任意の角度のことである。
【００１３】
このため、上記実施の形態１と同様、開口面３全体で位相が揃うため従来のように開口面端部と中央部との位相がことで打ち消し合うことがなく、広帯域にわたり高利得なバイコニカルアンテナを得る。また、開口部に誘電体を装荷することで円錐型金属導体の支持部材としての役割も果たすため、耐風圧等の強度の高いバイコニカルアンテナを得る。
【００１４】
実施の形態３．
本実施の形態３では、上記実施の形態１および２を組み合わせて、給電点１付近と開口部付近両方に誘電体を装荷した例について説明する。図４は、本発明の実施の形態３に係るバイコニカルアンテナの断面図である。
【００１５】
上記実施の形態１、２の場合と同様、アンテナ開口面上の任意の点の電気長がすべて等しくなるよう誘電体４ａ、４ｂの形状を調整すればよい。なお、誘電体４ａと４ｂの誘電率は異なるものであってもよい。給電点１付近に装荷された誘電体４ｂで大体の調整を行い、開口部付近に装荷された誘電体４ｂで開口面各部までの電気長が一致するよう細かい調整を行うようにしてもよい。
【００１６】
例えば、誘電体４ａの誘電率をεｒ１、誘電体４ｂの誘電率をεｒ２とすると、開口面３の任意の点Ｒ（開口面中央との角度φ）ではＬｒ１√εｒ１＋Ｌｒ２＋Ｌｒ３√εｒ２、開口面３中央では、Ｌ１１√εｒ１＋Ｌ１２＋Ｌ１３√εｒ２となる。従って、開口面３上の任意の点Ｒにおいて、
Ｌｒ１√εｒ１＋Ｌｒ２＋Ｌｒ３√εｒ２＝Ｌ１１√εｒ１＋Ｌ１２＋Ｌ１３√εｒ２，
（Ｌｒ１＋Ｌｒ２＋Ｌｒ３）ｃｏｓφ＝Ｌ１１＋Ｌ１２＋Ｌ１３
が成り立つように誘電体４ａ、４ｂの形状を調整する。
【００１７】
このため、上記実施の形態１、２と同様、開口面３全体で位相が揃うため従来のように開口面端部と中央部との位相が打ち消し合うことがなく、広帯域にわたり高利得なバイコニカルアンテナを得る。また、開口部に誘電体を装荷することで円錐型金属導体の支持部材としての役割も果たすため、耐風圧等の強度の高いバイコニカルアンテナを得る。さらに、複数の誘電体を用いて位相の調整を行うため、位相の調整がより正確に行うことができる。
【００１８】
実施の形態４．
上記実施の形態１〜３では、いずれも開口面３を円錐型金属導体２の端部としたが、図５に示したように誘電体４を円錐型金属導体２の端部より突出させて装荷し、開口面３ａを円錐型金属導体２の端部より突出した面としても同様な効果が得られる。
【００１９】
上記実施の形態１〜３と同様に、誘電体４中での電波の伝搬速度を考慮し、給電点１から開口面３ａ上の任意の点Ｓまでの図中矢印のような経路の電気長がすべて等しくなるように誘電体４の形状を調整する。
【００２０】
このため、上記実施の形態１〜３と同様、開口面３全体で位相が揃うため従来のように開口面端部と中央部との位相がことで打ち消し合うことがなく、広帯域にわたり高利得なバイコニカルアンテナを得る。また、開口部に誘電体を装荷することで円錐型金属導体の支持部材としての役割も果たすため、耐風圧等の強度の高いバイコニカルアンテナを得る。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係るバイコニカルアンテナは、開口面に装荷した誘電体により、開口面全体で給電点より放射される電波の位相が揃うため従来のように開口面端部と中央部との位相がことで打ち消し合うことがなく、広帯域にわたり高利得なバイコニカルアンテナを得る。また、開口部に誘電体を装荷することで円錐型金属導体の支持部材としての役割も果たすため、強度の高いバイコニカルアンテナを得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るバイコニカルアンテナの斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るバイコニカルアンテナの断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係るバイコニカルアンテナの断面図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係るバイコニカルアンテナの断面図である。
【図５】本発明の実施の形態４に係るバイコニカルアンテナの断面図である。
【図６】従来のバイコニカルアンテナの断面図である。
【符号の説明】
１給電点、２ａ、２ｂ円錐型金属導体、３開口面、
４、４ａ、４ｂ誘電体、５同軸ケーブル。

Claims

頂点を互いに接近するよう対向させ、同軸上で逆方向に配置した２つの円錐型金属導体と、
当該２つの円錐型金属導体の頂点が接近する部分に設けられた給電点と、
この給電点から前記２つの円錐型金属導体にて形成される開口面までの電気長が等しくなるよう前記給電点周辺部に設けられた誘電体とを備えたことを特徴とするバイコニカルアンテナ。
頂点を互いに接近するよう対向させ、同軸上で逆方向に配置した２つの円錐型金属導体と、
当該２つの円錐型金属導体の頂点が接近する部分に設けられた給電点と、
この給電点から前記２つの円錐型金属導体にて形成される開口面までの電気長が等しくなるよう前記開口面周辺部に設けられた誘電体とを備えたことを特徴とするバイコニカルアンテナ。
頂点を互いに接近するよう対向させ、同軸上で逆方向に配置した２つの円錐型金属導体と、
当該２つの円錐型金属導体の頂点が接近する部分に設けられた給電点と、
この給電点から前記２つの円錐型金属導体にて形成される開口面までの電気長が等しくなるよう前記円筒面周辺および前記給電点周辺に設けられた誘電体とを備えたことを特徴とするバイコニカルアンテナ。
前記円筒面周辺に設けられた誘電体と、前記給電点周辺に設けられた誘電体の誘電率が異なることを特徴とする請求項３記載のバイコニカルアンテナ。
頂点を互いに接近するよう対向させ、同軸上で逆方向に配置した２つの円錐型金属導体と、
当該２つの円錐型金属導体の頂点が接近する部分に設けられた給電点と、
この給電点から前記２つの円錐型金属導体にて形成される開口面までの電気長が等しくなるよう前記２つの円錐型金属導体の底面外周よりも突出して設けられた誘電体とを備えたことを特徴とするバイコニカルアンテナ。