JP2005204231A - アンテナ給電回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 同軸ケーブル４０を用いてアンテナ素子に給電するアンテナ給電回路において、同軸ケーブルの配置を工夫することにより、不平衡給電による電流漏洩に起因する同軸ケーブル４０の外導体からの電波放射を低減する。
【解決手段】 同軸ケーブル４０のアンテナへの給電点から、アンテナの送信波長の１／２だけ離れた同軸ケーブル４０の部分ａと、給電点からアンテナの送信波長だけ離れた部分ｅとが互いに平行になるよう、同軸ケーブル４０を逆Ｓ字形状に保持して配設する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、アンテナに給電するアンテナ給電回路に関する。

従来、アンテナに給電するアンテナ給電回路において、アンテナに給電するためのケーブルとして、同軸ケーブルが用いられている。同軸ケーブルによる給電を行う場合は、不平衡給電のために、その同軸ケーブルの外導体部に漏洩電流が発生する場合がある。そして、この漏洩電流によって電波が放射され、アンテナからの電波放射に悪影響が及ぶ場合がある。

このような漏洩電流を低減するため、例えば特許文献１では、アンテナに接続される給電用同軸ケーブルの外導体部にスリーブ（シュペルトップ）を取り付ける技術が開示されている。
特開平１１−１７４３９号公報

しかし、特許文献１に記載の技術では、スリーブは、給電用同軸ケーブルと同軸構造となるように形成され、当該同軸ケーブルの外導体の所定の位置に接続されるようになっている。そのため、外導体とスリーブとの接続、同軸ケーブルとスリーブとの同軸構造の保持等のために、アンテナ給電回路の構造の複雑化、部品点数の増加、部品組み付け工数の増加等を招くこととなる。

そこで本発明は、同軸ケーブルを用いてアンテナに給電するアンテナ給電回路において、同軸ケーブルの配置を工夫することにより、不平衡給電による電流漏洩に起因する当該同軸ケーブルからの電波放射を低減することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、アンテナ（１０）に給電を行う同軸ケーブル（４０）を備えた給電回路であって、前記同軸ケーブル中の、前記同軸ケーブルに流れる漏洩電流の振幅が極大となる部分のうち、前記同軸ケーブルの前記アンテナへの給電点（６２）から離れて１番目（ａ）と２番目（ｂ）の部分が互いに平行に隣り合うよう配設されていることを特徴とするアンテナ給電回路である。

アンテナに給電を行う同軸ケーブルにおいては、当該同軸ケーブルに発生する漏洩電流は定常波となり、その定常波の振幅の分布は、アンテナからの電波の送信波長の１／２を一周期として増大、減少を繰り返し、またその定常波の位相は、送信波長を一周期として変化する。また、その振幅の極大値は、その極大となる部分が上記給電点から離れるほど小さくなる。

以上のことから、アンテナへの給電点から離れて、漏洩電流の振幅が極大となる部分のうち、当該同軸ケーブルの前記アンテナへの給電点から離れて１番目と２番目の部分は、漏洩電流による同軸ケーブルからの放射に主要に寄与する部分であるといえる。そして、この部分が互いに平行に隣り合っていると、それぞれの電流による電波放射は、互いに漏洩電流が反対位相であるので打ち消し合う。したがって、同軸ケーブルからの放射が低減される。

このように、同軸ケーブルを用いてアンテナに給電するアンテナ給電回路において、同軸ケーブルの配置を工夫することにより、不平衡給電による電流漏洩に起因する当該同軸ケーブルからの電波放射を低減することが可能となる。

なお、平行とは、厳密な平行である必要はなく、およそ平行になるものであってもよい。すなわち、ここでいう平行とは、同軸ケーブルの漏洩電流による電波放射によるアンテナへの影響を実効的に低減することができる範囲のものであればよい。

また、本明細書における「１番目と２番目の部分が互いに平行」とは、同軸ケーブルに沿った、その同軸ケーブルの一端から他端への方向を順方向とすると、１番目の部分における順方向と、２番目の部分における順方向が同じ向きであることをいう。したがって、本明細書における「平行」とは、１番目の部分における順方向と、２番目の部分における順方向が逆向きである場合を含まない。

また、「１番目と２番目の部分が互いに平行に隣り合う」とは、１番目と２番目の部分が近接し、平行に正対していることをいう。ここでいう近接および正対とは、同軸ケーブルの漏洩電流による電波放射によるアンテナへの影響を実効的に低減することができる範囲のものであればよい。

また、「給電点から離れて」とは、「給電点に非常に近い部分は除いて」という意味である。すなわち、１番目とは、漏洩電流の振幅が極大となる部分のうち、送信波長に比べて非常に小さい距離しか給電点から離れていない部分を除いた１番目をいう。

また、請求項２に記載の発明は、アンテナ（１０）に給電を行う同軸ケーブル（４０）を備えた給電回路であって、前記同軸ケーブルの前記アンテナへの給電点（６２）から、前記アンテナからの電波の送信波長の１／２だけ離れた前記同軸ケーブルの部分（ａ）と、前記同軸ケーブルの前記アンテナへの給電点から、前記送信波長だけ離れた前記同軸ケーブルの部分（ｂ）とが互いに平行に隣り合うよう配設されていることを特徴とするアンテナ給電回路である。

アンテナに給電を行う同軸ケーブルにおいては、例えばアンテナの電気長が送信波長の１／４、１／２等である場合のように、同軸ケーブルの前記アンテナへの給電点から離れて１番目の部分が、給電点から１／２波長となる付近にある場合が多い。このような場合は、上記の様に、給電点から１／２波長だけ離れた同軸ケーブルの部分と、１波長だけ離れた前記同軸ケーブルの部分とが互いに平行に隣り合っていれば、請求項１における給電回路と同等の効果を得ることができる。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のアンテナ給電回路において、前記同軸ケーブルの、前記互いに平行に隣り合うように配設された部分の間の部分は、Ｓ字形状を有するように配設されていることを特徴とする。

このように上記間の部分がＳ字形状になっていると、その間の部分のうち、平行となる逆位相の部分が存在するので、その部分から放出される電波が互いにキャンセルされ、アンテナの放射への悪影響の低減度合いがより向上する。なお、Ｓ字状は、逆Ｓ字形状、クランク状等をも含む概念である。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的構成要素との対応関係を示すものである。

以下、本発明の一実施形態について説明する。図１に、本実施形態に係るアンテナ給電回路１を示す。アンテナ給電回路１は、アンテナ素子１０、導体基板２０、グラウンド３０、および同軸ケーブル４０を有している。

アンテナ素子１０は、使用する送信または受信電波の１／４波長分の電気長を有しており、その一端である短絡端１１はグラウンド３０に電気的に接続され、もう一端の給電端１２は導体基板２０の電極ランド２２に電気的に接続されている。なお、本実施形態においては、アンテナ素子１０からの送信周波数は約９００ＭＨｚであり、送信波長は約３３．３ｃｍである。

導体基板２０は、自己の内側と外側を電気的に隔絶する非導通部２１を有し、非導通部２１の内側には導体から成る電極ランド２２を有し、非導通部２１の外部にはグラウンド３０と電気的に接触する接地部２３を有している。

同軸ケーブル４０は、アンテナ素子１０に送信のための電流を供給するための給電用ケーブルであり、本実施形態においては、その直径は約３ｍｍである。同軸ケーブル４０は、図１の四角形で囲まれたアンテナ給電点領域５０において給電端１２と半田付けされ、また、導体基板２０とも半田づけされている。また同軸ケーブル４０の一部は、クランプ６０によって縛られることにより、逆Ｓ字形状に保持されている。

図２に、図１のアンテナ給電点領域５０の拡大図を示す。同軸ケーブル４０は、その中心から同心状に中心導体４１、内部絶縁体４２、外導体４３、外部絶縁体４４が設けられている。中心導体４１は、半田付け５３によって給電端１２と電気的に接続されている。また、外導体４３は、半田付け５２によって接地部２３と接続されている。

アンテナ給電回路１が以上の様な構成となっていることにより、中心導体４１は給電端１２と電気的に導通し、中心導体４１からの給電によってアンテナ素子１０は電波を放射する。また、同軸ケーブル４０が不平衡給電となるため、外導体４３にはこの放射の際に漏洩電流が発生する。

この外導体４３に発生する漏洩電流は定常波となり、その定常波の振幅の分布は、送信波長の１／２を一周期として増大、減少を繰り返し、またその定常波の位相は、送信波長を一周期として変化する。また、その振幅の増大、減少における極大値は、その極大となる部分が上記給電点から離れるほど小さくなる。

図３に、このような外導体４３に発生する漏洩電流値の振幅および位相の分布の一例を示す。外導体４３に発生する漏洩電流の定常波の振幅は曲線６１の様な分布となっている。曲線６１は、横軸６３を同軸ケーブル４０上のアンテナ給電点６２からの距離とし、縦軸を電流の振幅とする２次元座標中の曲線であり、外導体４３の当該部分における漏洩電流の振幅を示している。ただし、振幅は、位相が正（例えば０°〜１８０°）の場合に正の値として、位相が逆（例えば１８０°〜３６０°）の場合に負の値として表現されている。例えば、アンテナ給電点６２が１／２波長である点ａにおいては、その振幅が極大となり、位相は逆となっている。また、点ｃにおいては、振幅はゼロとなっている。また点ｅにおいては、振幅が極大となり、位相は正（かつ点ａにおける位相と１８０°異なる反対位相）となっている。

なお、同軸ケーブル４０中の矢印は、その同軸ケーブル４０の各部分における外導体４３の漏洩電流の振幅および位相の正逆（左向きが正、右向きが逆）を示している。また、横軸６３に沿って記載されている矢印は、同軸ケーブル中の給電点６２からその距離の部分における外導体４３の漏洩電流の振幅を示している。

このような漏洩電流は、電波放射の源となる。ただし、上記したとおり、漏洩電流の極大値は、同軸ケーブル４０のアンテナ給電点６２から離れるにつれて減衰し、アンテナ給電点６２から数波長先の位置においては、アンテナ素子１０上の電流に比べて無視できる程度になるので、その位置における電波放射が、アンテナ素子１０の電波放射に与える影響は無視してもよい。しかし、アンテナ給電点６２に近い部分、特にその漏洩電流が極大となる部分においては、その漏洩電流による電波放射がアンテナ素子１０の電波放射に対して無視できない大きさとなる。

そこで、本実施形態においては、このような漏洩電流による電波放射の影響をキャンセルして低減するため、図１に示した様に、上記したアンテナ給電点６２に近い部分、すなわちアンテナ給電点６２から１波長分程度の部分を、クランプ６０で縛り、その部分を逆Ｓ字形状に保持している。

同軸ケーブル４０がこの逆Ｓ字形状に保持される状態を模式的に図４〜６に示す。図４〜６における点ａ〜点ｅは、図３における同軸ケーブル４０上の点ａ〜点ｅと同じ部分を示している。すなわち、点ａは給電点６２から送信波長の１／２だけ離れた部分、点ｂは給電点６２から送信波長の５／８だけ離れた部分、点ｃは給電点６２から送信波長の６／８だけ離れた部分、点ｄは給電点６２から送信波長の７／８だけ離れた部分、点ｅは給電点６２から１送信波長だけ離れた部分である。

図４〜６に示す様に、点ａから点ｅまでが逆Ｓ字状（またはクランク状）になっている。クランプ６０が、点ａと点ｂの中間部分、点ｃと点ｄとの中間部分、点ｅから１／８波長分給電点から遠ざかった部分の３点を縛ることで、この形状が保持される。なお、図４〜６においては、同軸ケーブル４０が折れ曲がるように角張った形状となっているが、実際には５ｍｍ程度の曲率半径で曲がっている。

図４中の矢印は、各点ａ〜点ｅにおける漏洩電流の振幅の大きさを示している。また図５中の矢印は、各点ａ〜点ｅにおける漏洩電流の振幅の大きさおよび位相の正逆を示している。

このような形状に同軸ケーブル４０が保持されることにより、点ａの部分と点ｅの部分は、隣り合って平行に配設される。すなわち、同軸ケーブル４０に沿った、その同軸ケーブル４０の給電点６２から他端への方向を順方向とすると、点ａの部分における順方向と、点ｅにおける順方向がほぼ同じ向きであり、また、点ａと点ｅの部分が近接（例えば送信波長の１／１０以下）し、正対していることをいう。正対とは、点ａの部分を上記した順方向と垂直に点ｅに投射すると、ほぼ点ｅの部分と重なることをいう。

またこのとき、点ａは、上記したとおり、アンテナ給電点６２から１／２波長分だけ離れた位置にあり、かつ、同軸ケーブル４０の外導体４３に流れる漏洩電流の振幅が極大となる部分のうち、アンテナ給電点６２から離れて１番目の位置に相当する部分である。また、点ｅは、上記したとおり、アンテナ給電点６２から１波長分だけ離れた位置にあり、かつ、同軸ケーブル４０の外導体４３に流れる漏洩電流の振幅が極大となる部分のうち、アンテナ給電点６２から離れて２番目の位置に相当する部分である。

上記した通り、このような２つの部分は、極大振幅の部分であり、かつ振幅はアンテナ給電点６２から遠ざかるほど小さくなるので、漏洩電流による同軸ケーブルからの放射に主要に寄与する部分であるといえる。そして、この部分が互いに隣り合って平行となっていると、それぞれの電流による電波放射は、互いに電流が逆位相であるので打ち消し合う。したがって、同軸ケーブルからの放射が低減される。

また、このように上記点ａと点ｅとの間の部分が逆Ｓ字形状になっていると、その間の部分のうち、平行となる逆位相の部分が存在する。それは図４〜６における点ｂ〜点ｃ間と、点ｄ〜点ｅ間である。これは、点ａと点ｅとの間に位相の正逆が切り替わる点があり、かつ逆Ｓ字形状の右に膨らむ部分（点ｂ〜点ｃ間に相当する）と左に膨らむ部分（点ｄ〜点ｅ間に相当する）とがその切り替わり点を挟んで存在しているからである。このようになっているので、その右に膨らむ部分と左に膨らむ部分から放出される電波が互いにキャンセルされ、アンテナの放射への悪影響の低減度合いがより向上する。

このように、同軸ケーブルを用いてアンテナに給電するアンテナ給電回路において、同軸ケーブルの配置を工夫することにより、不平衡給電による電流漏洩に起因する当該同軸ケーブルからの電波放射を低減し、ひいてはアンテナ素子１０の放射への悪影響を低減することが可能となる。

また、このように、外導体４３からの電波放射がキャンセルされることで、外導体４３に発生する漏洩電流が実効的にキャンセルされるように見えるということもできる。図６中の矢印は、実効的にキャンセルされた後の実効上の漏洩電流の振幅および位相の正逆を示している。点ａと点ｅの電流が互いにキャンセルし合い、点ｂ〜点ｃ間の電流と点ｄ〜点ｅ間の電流とがほぼ互いにキャンセルし合っている。

なお、上記した実施形態においては、送信の波長は９００ＭＨｚに限られず、どのような周波数においても応用可能である。

また、アンテナの種類によっては、必ずしも給電点から１／２波長離れた部分と１波長離れた部分とが漏洩電流の振幅の極大点となるとは限らない。例えば、給電点にごく近い位置、すなわち給電点から送信波長に比べて非常に小さい距離しか離れていない位置に振幅の極大点が発生する場合がある。そのような場合には、同軸ケーブル中の、前記同軸ケーブルに流れる漏洩電流の振幅が極大となる部分のうち、前記同軸ケーブルの前記アンテナへの給電点から離れて１番目と２番目の部分が互いに平行になるよう配設すればよい。

また、必ずしもクランク状、Ｓ字状となっている必要はない。最も同軸ケーブル４０からの電波放射の低減に寄与する要因は、点ａと点ｅとが平行になっていることである。したがって、例えば点ａと点ｅとが平行になっていれば、Ｓ字以外の形状（例えばらせん形状）であってもよい。

本発明の実施形態に係るアンテナ給電回路１の構成図である。 アンテナ給電点領域５０の拡大図である。 同軸ケーブル４０の外導体４３に発生する漏洩電流の分布を説明する図である。 同軸ケーブル４０の配置および各部分における漏洩電流の振幅を示す図である。 同軸ケーブル４０の配置および各部分における漏洩電流の大きさおよび向きを示す図である。 同軸ケーブル４０の配置および各部分における実効的な漏洩電流の大きさおよび向きを示す図である。

符号の説明

１…アンテナ給電回路、１０…アンテナ素子、１１…短絡端、１２…給電端、
２０…導体基板、２１…非導通部、２２…電極ランド、２３…接地部、
３０…グラウンド、４０…同軸ケーブル、４１…中心導体、４２…内部絶縁体、
４３…外導体、４４…外部絶縁体、５０…アンテナ給電点領域、５２…半田付け、
５３…半田付け、６０…クランプ、６１…曲線、６２…アンテナ給電点、６３…横軸。

Claims (3)

1. アンテナ（１０）に給電を行う同軸ケーブル（４０）を備えた給電回路であって、
   前記同軸ケーブル中の、前記同軸ケーブルに流れる漏洩電流の振幅が極大となる部分のうち、前記同軸ケーブルの前記アンテナへの給電点（６２）から離れて１番目（ａ）と２番目（ｂ）の部分が互いに平行に隣り合うよう配設されていることを特徴とするアンテナ給電回路。
2. アンテナ（１０）に給電を行う同軸ケーブル（４０）を備えた給電回路であって、
   前記同軸ケーブルの前記アンテナへの給電点（６２）から、前記アンテナからの電波の送信波長の１／２だけ離れた前記同軸ケーブルの部分（ａ）と、前記同軸ケーブルの前記アンテナへの給電点から、前記送信波長だけ離れた前記同軸ケーブルの部分（ｂ）とが互いに平行に隣り合うよう配設されていることを特徴とするアンテナ給電回路。
3. 前記同軸ケーブルの、前記互いに平行に隣り合うように配設された部分の間の部分は、Ｓ字形状を有するように配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ給電回路。
   

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