JP2008244697A

JP2008244697A - 水平面ビーム走査型アンテナ

Info

Publication number: JP2008244697A
Application number: JP2007080613A
Authority: JP
Inventors: Kiyouichi Iigusa; 恭一飯草; Shuzo Kato; 修三加藤; Hiroshi Harada; 博司原田
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2008-10-09
Anticipated expiration: 2027-03-27
Also published as: JP4761219B2

Abstract

【課題】本発明は、水平面内にビーム走査可能な水平面ビーム走査型アンテナにおいて、その低姿勢を実現することでその小型化を実現する新たな技術の提供を目的とする。
【解決手段】本発明の水平面ビーム走査型アンテナは、地導体と、規定の周波数に合わせた長さを有して、地導体にアンテナ本体部が平行となる形態で配設されるとともに、給電線を共通にする形態で配設される複数の逆Ｆアンテナとで構成され、さらに、各逆Ｆアンテナが給電線を回転中心として等角度の間隔で配設されるとともに、各逆Ｆアンテナの短絡線に可変リアクタが接続されるように構成される。この構成に従って、本発明の水平面ビーム走査型アンテナでは、軸対称を保ちつつ、水平面ビーム走査型アンテナを構成するロッドを逆Ｆアンテナで構成することができるようになることで、その低姿勢を実現することができ、これにより、その小型化を実現することができるようになる。
【選択図】図１

Description

本発明は、水平面内にビーム走査可能な水平面ビーム走査型アンテナに関し、特に、小型化を実現する水平面ビーム走査型アンテナに関する。

給電モノポールの周りに可変リアクタを装荷したエスパアンテナの検討が進められている（例えば、非特許文献１参照）。

このエスパアンテナは、図９に示すように、地導体１０の上に、給電ロッド１１を中心にして、その各々が可変リアクタに接続される複数のロッド１２を対称に配置することで構成されるものであり、ロッド１２に接続される可変リアクタによりリアクタンス値を制御することで、水平面内におけるアンテナの指向性を自在に変更することができるという特徴を持つアンテナである。

このように構成される従来のエスパアンテナでは、図９に示すように、地導体１０の上に給電ロッド１１およびロッド１２を林立する形態で配設するようにしている。
Qing HAN, Keizo INAGAKI, Kyouichi IIGUSA, Robert SCHLUB, Ta kashi OHIRA: "Reactive-Field Anechoic Box for ESPAR Antenna Measurement", IEICE, Vol.E85-C, No.7, pp.1451-1459, 2002/7

従来のエスパアンテナでは、図９に示すように、地導体１０の上に給電ロッド１１およびロッド１２を林立する形態で配設するようにしている。

このときに用いられる給電ロッド１１およびロッド１２の長さは、送受信する電波の約４分の１波長の長さとなる。例えば、２．５ＧＨｚの電波を送受信する場合、その波長は１２ｃｍとなることから、約３ｃｍの高さを持つ給電ロッド１１およびロッド１２が必要となる。

このように、従来のエスパアンテナに従っていると、送受信する電波の約４分の１波長の高さが必要となる。

これから、従来のエスパアンテナに従っていると、高さが高くなることで低姿勢を実現できず、小型化を図れないという問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、水平面内にビーム走査可能な水平面ビーム走査型アンテナにおいて、その低姿勢を実現することでその小型化を実現する新たな技術の提供を目的とする。

この目的を達成するために、本発明の水平面ビーム走査型アンテナは、地導体と、規定の周波数に合わせた長さを有して、地導体にアンテナ本体部が平行となる形態で配設されるとともに、給電線を共通にする形態で配設される複数の逆Ｆアンテナとで構成され、さらに、各逆Ｆアンテナが給電線を回転中心として等角度の間隔で配設されるとともに、各逆Ｆアンテナの短絡線に可変リアクタが接続されるように構成される。

この構成を採るときに、各逆Ｆアンテナの本体部の先端部分が、地導体と平行方向あるいは地導体に向かう方向に折り曲げられるように構成されることがある。

また、この構成を採るときに、各逆Ｆアンテナのそれぞれが、異なる周波数に合わせた長さを有する複数の逆Ｆアンテナで構成されて、それらの逆Ｆアンテナが給電線を共通にして配設されるように構成されることがある。

本発明の水平面ビーム走査型アンテナでは、軸対称を保ちつつ、水平面ビーム走査型アンテナを構成するロッドを逆Ｆアンテナで構成する。

この構成に従って、本発明の水平面ビーム走査型アンテナでは、高さを低くすることができるようになる。

本発明によれば、水平面内にビーム走査可能な水平面ビーム走査型アンテナにおいて、その低姿勢を実現することができ、これにより、その小型化を実現することができるようになる。

以下、実施の形態に従って本発明を詳細に説明する。

本発明の水平面ビーム走査型アンテナは、その低姿勢を実現するために、図９に示す給電ロッド１１およびロッド１２を逆Ｆアンテナで構成する。

このとき、軸対称を保つために、給電ロッド１１をどのように逆Ｆアンテナに置き換えるかが問題となる。

そこで、本発明の水平面ビーム走査型アンテナは、図１に示すように、図９に示す給電ロッド１１およびロッド１２を、本体部１が地導体１０に平行となる形の逆Ｆアンテナで構成して、それらの逆Ｆアンテナの給電線２を共有にして１つの給電源３に接続することで給電ロッドとするとともに、それらの逆Ｆアンテナの短絡線４のそれぞれに可変リアクタ５を接続するという構成を採ることで、軸対称を保ちつつ、図９に示す給電ロッド１１およびロッド１２を逆Ｆアンテナで構成することを実現する。

ここで、図１では、３本の逆Ｆアンテナを使って本発明の水平面ビーム走査型アンテナを構成した例を示しており、図１（ａ）に示す図は、本発明の水平面ビーム走査型アンテナを上から見た図を表しており、図１（ｂ）に示す図は、本発明の水平面ビーム走査型アンテナを構成する逆Ｆアンテナを横から見た図を表している。

図２に、逆Ｆアンテナの短絡線４に接続される可変リアクタ５の構成を図示する。

この図に示すように、可変リアクタ５は、バラクタダイオードが逆直列に接続されることで構成されて、その逆直列の接続点に印加される直流電圧の大きさに応じて、そのリアクタンス値を変化させるものである。

この構成に従って、本発明の水平面ビーム走査型アンテナは、給電は共有されるものの、各可変リアクタ５のリアクタンス値については直流電圧に応じて独立に制御することができることから、水平面内におけるアンテナの指向性を自在に変更することができることを実現する。

本発明の水平面ビーム走査型アンテナの可変指向性は、従来のエスパアンテナと同様に、地導体１０に垂直なロッド部分に流れる電流の振幅と位相とによって変化する。逆Ｆアンテナの長さは約４分の１波長なので、素子間隔は約０．１波長オーダとなる。地導体１０が有限の場合には、水平偏波も送受する。

本発明の水平面ビーム走査型アンテナの入力インピーダンス（インピーダンスの実部が抵抗で、虚部がリアクタンス）は、素子間相互結合を無視すれば、図３に示すような並列回路で考察できる。

すなわち、本発明の水平面ビーム走査型アンテナでは、素子数が増えれば入力インピーダンスは減る。また、全ての素子の入力インピーダンスが等しい場合には、アンテナ全体としての入力インピーダンスは、ほぼ素子数で割った値になると考えられる。もともと、逆Ｆアンテナは、入力インピーダンスを地導体１０に垂直なロッド部分の間隔をとることで大きくするようにしているので、素子数が増えるほど、ロッドの間隔を大きくする必要があると考えられる。

このようにして、本発明の水平面ビーム走査型アンテナでは、軸対称を保ちつつ、水平面ビーム走査型アンテナを構成するロッドを逆Ｆアンテナで構成することができるようになることで、その低姿勢を実現することができ、これにより、その小型化を実現することができるようになる。

図１に示す実施形態例では、図１（ｂ）に示すように、各逆Ｆアンテナの内側に位置するアンテナ線を共通にして給電線２として用いるとともに、各逆Ｆアンテナの外側に位置するアンテナ線を短絡線４として用いて、そこに可変リアクタ５を配設するという構成を採ったが、図４に示すように、各逆Ｆアンテナの外側に位置するアンテナ線を共通にして給電線２として用いるとともに、各逆Ｆアンテナの内側に位置するアンテナ線を短絡線４として用いて、そこに可変リアクタ５を配設するという構成を採るようにしてもよい。

また、図１に示す実施形態例では、図１（ａ）に示すように、３本の逆Ｆアンテナの本体部１を折り曲げないようにするという構成を採ったが、図５に示すように、本体部１の先端部分を水平方向に折り曲げるようにするという構成を採るようにしてもよい。

この図５のような構成を採ると、図５から分かるように、水平方向にも小型化を図ることができるようになる。

ここで、図５に示す実施形態例では、本体部１の先端部分を水平方向に折り曲げるようにしたが、水平方向ではなくて、地導体１０に向かう方向に折り曲げるようにしてもよい。

また、図１に示す実施形態例では、逆Ｆアンテナの数（素子数）を３本で構成する例を示したが、３本に限定されるものではない。ただ、逆Ｆアンテナの数を奇数にすると、逆Ｆアンテナ同士が重ならないことから、逆Ｆアンテナの数については奇数であることが好ましい。

すなわち、図６に示すように、逆Ｆアンテナの数を奇数である５本で構成しても、図１（ａ）と同様に、逆Ｆアンテナ同士が重ならないことから、逆Ｆアンテナの数については奇数であることが好ましい。

しかし、逆Ｆアンテナの数を偶数にしてもアンテナの性能について特に問題は起こらない。すなわち、図７に示すように、逆Ｆアンテナの数を偶数にすると、逆Ｆアンテナ同士が重なることにはなるものの、このような構成を採っても、アンテナの性能については特に問題は起こらないので、逆Ｆアンテナの数については偶数であってもよい。

ここで、図７では、４本の逆Ｆアンテナを使って本発明の水平面ビーム走査型アンテナを構成した例を示しており、図７（ａ）に示す図は、本発明の水平面ビーム走査型アンテナを上から見た図を表しており、図７（ｂ）に示す図は、本発明の水平面ビーム走査型アンテナを構成する逆Ｆアンテナを横から見た図を表している。

図８に、本発明の水平面ビーム走査型アンテナの他の実施形態例を図示する。

この実施形態例に従う本発明の水平面ビーム走査型アンテナは、マルチバンドの可変指向性を実現するために、図１に示す各逆Ｆアンテナが、図８に示すように、さらに、ｆ₁用の逆Ｆアンテナ、ｆ₂用の逆Ｆアンテナ、ｆ₃用の逆Ｆアンテナというように、複数の逆Ｆアンテナで構成されている。

この構成に従って、図８に示す本発明の水平面ビーム走査型アンテナは、マルチバンドの可変指向性を実現することができるようになる。

ここで、図８では、３本の逆Ｆアンテナを使って本発明の水平面ビーム走査型アンテナを構成した例を示しており、図８（ａ）に示す図は、本発明の水平面ビーム走査型アンテナを上から見た図を表しており、図８（ｂ）に示す図は、本発明の水平面ビーム走査型アンテナを構成する逆Ｆアンテナを横から見た図を表している。

ここで、図８では、ｆ₁用の逆Ｆアンテナ、ｆ₂用の逆Ｆアンテナ、ｆ₃用の逆Ｆアンテナという複数の逆Ｆアンテナを同一平面上に配設するようにしているが、同一平面上に配設する必要はない。

このようにして、本発明の水平面ビーム走査型アンテナによれば、水平面内にビーム走査可能な水平面ビーム走査型アンテナを構成するときに、その低姿勢を実現することができ、これにより、その小型化を実現することができるようになる。

本発明の水平面ビーム走査型アンテナの一実施形態例である。可変リアクタの構成図である。本発明の水平面ビーム走査型アンテナの入力インピーダンスの説明図である。本発明の水平面ビーム走査型アンテナの他の実施形態例である。本発明の水平面ビーム走査型アンテナの他の実施形態例である。本発明の水平面ビーム走査型アンテナの他の実施形態例である。本発明の水平面ビーム走査型アンテナの他の実施形態例である。本発明の水平面ビーム走査型アンテナの他の実施形態例である。エスパアンテナの説明図である。

符号の説明

１本体部
２給電線
３給電源
４短絡線
５可変リアクタ
１０地導体

Claims

地導体と、規定の周波数に合わせた長さを有して、該地導体にアンテナ本体部が平行となる形態で配設されるとともに、給電線を共通にする形態で配設される複数の逆Ｆアンテナとで構成され、
さらに、各逆Ｆアンテナが給電線を回転中心として等角度の間隔で配設されるとともに、各逆Ｆアンテナの短絡線に可変リアクタが接続されるように構成されることを、
特徴とする水平面ビーム走査型アンテナ。
請求項１に記載の水平面ビーム走査型アンテナにおいて、
各逆Ｆアンテナの本体部の先端部分が、地導体と平行方向あるいは地導体に向かう方向に折り曲げられるように構成されることを、
特徴とする水平面ビーム走査型アンテナ。
請求項１又は２に記載の水平面ビーム走査型アンテナにおいて、
各逆Ｆアンテナのそれぞれが、異なる周波数に合わせた長さを有する複数の逆Ｆアンテナで構成されて、それらの逆Ｆアンテナが給電線を共通にして配設されるように構成されることを、
特徴とする水平面ビーム走査型アンテナ。