JP2008252216A - アンテナ装置およびこれを用いた方位探知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 設置スペースが制限される環境下においても良好な放射特性を得る。
【解決手段】 中心軸の周囲に複数のホーンアンテナを放射状に配置してなるアンテナ装置において、前記複数のホーンアンテナの給電部が前記中心軸からそれぞれ離隔するように前記ホーンアンテナの形状を屈曲させる。例えば、前記ホーンアンテナは、その給電部が前記中心軸と略平行に配置されると共に、その開口部が前記中心軸に略垂直な平面内に配置されるようにその形状を屈曲させてなるものである。
【選択図】 図１

Description

この発明は、複数のホーンアンテナを放射状に配置して到来電波を受信するよう構成したアンテナ装置およびこのアンテナ装置の隣接するホーンアンテナの受信信号から到来電波の到来方位を求める方位探知装置に関する。

従来、ホーンアンテナはレーダ装置、放送用機材等、様々な用途で使用されているが、放射特性が優れていることから方位探知装置としてもその使用が検討されている。ホーンアンテナを方位探知装置のアンテナ装置に使用する場合には、複数のホーンアンテナを用い、これら複数のホーンアンテナを中心軸の周囲に隣接して配置し、それら隣接するホーンアンテナの受信信号の強さ（例えば、振幅や位相等）を比較することによって受信した到来電波について到来方位を算出する。

一方、ホーンアンテナは、その全長、すなわち給電部から開口面までの距離を大きくするほど指向性利得も高くすることができることから、上述した各ホーンアンテナの全長を大きくすることにより、これら複数のホーンアンテナによって構成されるアンテナ装置の指向性利得を向上させることが可能である。

特開２００４−２０７８５６号公報（段落〔００３０〕、図１２）

しかし、従来の方位探知装置は以上のように構成されているので、複数のホーンアンテナを支持するための支持手段や接続配線等が必要であり、これら支持手段等の設置スペースを中心軸の周辺に設けていることから、中心軸周辺の一定範囲内にはホーンアンテナを配置することができず、アンテナ装置の指向性利得を向上させるべくホーンアンテナの全長を大きくした場合にはアンテナ装置ないしこれを用いた方位探知装置が大型化するという問題点があった。

また、車両や船舶等の移動体に方位探知装置を搭載する場合等、アンテナ装置の設置スペースが制限される環境下では、支持手段等の設置スペースを確保するため、ホーンアンテナの全長を大きくすることができず、十分な放射特性を確保することができないという問題点もあった。

図７は従来の方位探知装置に適用されるアンテナ装置の概要を模式的に示す斜視図、図８は図７に示す従来のアンテナ装置の上面図及びそのＡ−Ａ断面図である。図７及び図８において、２１ａ〜２１ｄは放射状に配置されたホーンアンテナ、２２ａ〜２２ｄはホーンアンテナ２１ａ〜２１ｄの給電部、２３ａ〜２３ｄはホーンアンテナ２１ａ〜２１ｄの開口面、２４はこれら複数のホーンアンテナ２１ａ〜２１ｄのアンテナ中心となる中心軸である。各ホーンアンテナ２１ａ〜２１ｄはその給電部２２ａ〜２２ｄ及び開口面２３ａ〜２３ｄがそれぞれ中心軸２４に略垂直な平面内に配置されている。また、２５は各ホーンアンテナ２１ａ〜２１ｄを支持する支持手段等が配置され、各ホーンアンテナ２１ａ〜２１ｄを配置することができない領域である支持手段等領域、２６は支持手段等領域２５の外側に設けられた各ホーンアンテナ２１ａ〜２１ｄを配置する領域であるアンテナ配置領域、Ｌは各ホーンアンテナ２１ａ〜２１ｄの全長、すなわち各給電部２２ａ〜２２ｄから対応する開口面２３ａ〜２３ｄまでの距離（以下、全長という）である。

図７及び図８に示すように、中心軸２４周囲の一定範囲内には各ホーンアンテナ２１ａ〜２１ｄを支持する支持手段等を設ける配置スペースである支持手段等領域２５を設ける必要があり、この支持手段等領域２５には各ホーンアンテナ２１ａ〜２１ｄを配置することができないため、アンテナ装置の指向性利得を向上させるために各ホーンアンテナ２１ａ〜２１ｄの全長Ｌを大きくする場合には、支持手段等領域２５の外側に設けられたアンテナ配置領域２６をより広く設けねばならず、アンテナ装置ひいてはこれを用いた方位探知装置が大型化することになる。

例えば、図９は筒状の支持構造物２７の側壁に複数のホーンアンテナ２１ａ〜２１ｄを取付けた従来のアンテナ装置の構成を示す装置構成図である。支持構造物２７には空洞部２８が設けられており、この空洞部２８内に各ホーンアンテナ２１ａ〜２１ｄに高周波信号を供給する接続ケーブル２９ａ〜２９ｄがそれぞれ設けられている。図９に示すように、支持手段等領域２５には比較的大型の支持構造物が設けられるため、各ホーンアンテナ２１ａ〜２１ｄの全長Ｌを大きくする場合には、支持手段等領域２５の外側に設けられたアンテナ配置領域２６をより広く設けねばならず、アンテナ装置ひいてはこれを用いた方位探知装置が大型化する。

この発明は、上記のような課題を解消するためになされたものであり、例えば、アンテナ装置の設置スペースが制限されるような環境下においても所望の放射特性を確保することができる新規なアンテナ装置およびこれを用いた方位探知装置を提供することを目的とする。

この発明に係るアンテナ装置は、複数のホーンアンテナを放射状に配置してなるアンテナ装置において、放射状に配置された前記複数のホーンアンテナの給電部がそれぞれ中心軸から離隔するように前記ホーンアンテナの形状を屈曲させてなるものである。

また、他の発明に係る方位探知装置は、請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置を備えたものである。

この発明によれば、アンテナ設置スペースが制限されるような環境下においても各ホーンアンテナの全長を大きくすることができ、装置構成を大型化することなく所望の放射特性を確保することができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について図１乃至図５を用いて説明する。図１は実施の形態１によるアンテナ装置の概略構成を示す上面図及びそのＡ−Ａ側面図である。図１において、１ａ〜１ｄは矩形状の断面を有し、その形状をくの字状に屈曲させたホーンアンテナ、２ａ〜２ｄは各ホーンアンテナ１ａ〜１ｄに設けられた給電部、３ａ〜３ｄは各ホーンアンテナ１ａ〜１の開口面、４はこれら複数のホーンアンテナ１ａ〜１ｄのアンテナ中心となる中心軸である。図１に示すように、各ホーンアンテナ１ａ〜１ｄは矩形状断面を有する本体部分がくの字状に屈曲しており、その給電部２ａ〜２ｄがそれぞれ中心軸４に略平行となるように配置されている。また、５は各ホーンアンテナ１ａ〜１ｄを支持する支持手段や各給電部２ａ〜２ｄに接続される接続線路等が配置され、各ホーンアンテナ１ａ〜１ｄを配置することができない領域である支持手段等領域、６は支持手段等領域５の外側に設けられた各ホーンアンテナ１ａ〜１ｄを配置する領域であるアンテナ配置領域である。

なお、図中、同一符号は同一又は相当部分を示し、これらについての詳細な説明は省略する。図１に示すように、支持手段等領域５には支持構造物２７が設けられており、その側壁に各ホーンアンテナ１ａ〜１ｄをそれぞれ取付けている。また、支持構造物２７の空洞部内に接続配線２９ａ〜２９ｄが配置されており、これらの接続配線２９ａ〜２９ｄを介して各ホーンアンテナ１ａ〜１ｄの給電部２ａ〜２ｄに高周波信号がそれぞれ供給される。

次に動作について説明する。実施の形態１によるアンテナ装置では、支持手段等領域５に設けられた接続配線等を介して供給された高周波信号が各ホーンアンテナ１ａ〜１ｄの各給電部２ａ〜２ｄにそれぞれ給電され、各開口面３ａ〜３ｄにおいて放射状のアンテナパターンが形成される。そして、図１に示すようなアンテナ装置を方位探知装置に適用した場合には、複数のホーンアンテナ１ａ〜１ｄが中心軸４の周囲に隣接して配置されているので、それら隣接するホーンアンテナ１ａ〜１ｄの受信信号の強さ（例えば、振幅や位相等）を比較することにより受信した到来電波について到来方位を算出することができる。なお、図１に示すように、実施の形態１によるアンテナ装置では、中心軸４の周囲に配置された複数のホーンアンテナ１ａ〜１ｄの本体部分を屈曲させているので、アンテナ配置領域６を広く設けなくても各ホーンアンテナ１ａ〜１ｄの全長Ｌを大きく構成することができる。

ここで、各ホーンアンテナ１ａ〜１ｄの形状、指向性利得等について説明する。まず、従来のアンテナ装置では、図７に示すように、各ホーンアンテナ２１ａ〜２１ｄの給電部２２ａ〜２２ｄと開口面２３ａ〜２３ｄとがそれぞれ中心軸２４に垂直な平面内において対向するよう配置されていたが、実施の形態１によるアンテナ装置では、各ホーンアンテナ１ａ〜１ｄの本体部分を図１に示すように屈曲させており、給電部２ａ〜２ｄの位置が図７に示す従来のアンテナ装置と大きく異なっている。すなわち、実施の形態１によるアンテナ装置では、各ホーンアンテナ１ａ〜１ｄの形状をくの字状に屈曲させており、これによって各ホーンアンテナ１ａ〜１ｄの給電部２ａ〜２ｄの位置が中心軸４と略平行な方向に配置されているので各ホーンアンテナ１ａ〜１ｄの全長Ｌを従来のアンテナ装置のそれに比べてより大きく構成することが可能である。

次に、ホーンアンテナ１ａ〜１ｄによって構成されたアンテナ装置の指向性利得について図２及び図３を用いて説明する。図２はホーンアンテナの寸法と指向性利得との関係を説明するための構成説明図であり、図２（ａ）はホーンアンテナの斜視図、図２（ｂ）は図２（ａ）に示すホーンアンテナの上面図、図２（ｃ）は図２（ａ）に示すホーンアンテナの側面図である。図２において７はホーンアンテナ、８は給電部、９は開口面、Ｌはホーンアンテナ７の給電部８から開口面９までの寸法（以下、全長という）であり、給電部８の長辺及び短辺の寸法を０．６λ及び０．５λ（λは波長：以下、λという）、開口面９の長辺及び短辺の寸法を２λ及び１λとしている。

また、図３は図２に示すホーンアンテナの全長Ｌを変化させた場合のホーンアンテナの正面方向の指向性利得を示す利得特性図である。図３において、横軸はホーンアンテナ７の全長Ｌ、縦軸は全長Ｌに対する指向性利得であり、図３に示すように、ホーンアンテナの全長Ｌが大きくなるほど指向性利得は高くなり、特に全長Ｌが３λ以下の場合にはその傾向が顕著に現れている。なお、図３に示すように、各ホーンアンテナ１ａ〜１ｄの全長を３λ以上の寸法としても中心軸４の方向の寸法が大きくなるだけで指向性利得の改善効果は小さいので、各ホーンアンテナ１ａ〜１ｄは３λまでの寸法で構成したほうがより効果的である。従って、実施の形態１によるアンテナ装置によれば、各ホーンアンテナ１ａ〜１ｄの全長をより大きく構成することができるので、たとえ航空機等の移動体に搭載される場合のようにアンテナ配置領域５を十分に確保できないような場合であっても良好な指向性利得を得ることができる。

また、図４は図２に示すようなホーンアンテナにおける振幅パターンの計算結果を示す振幅特性図である。図４において、横軸はホーンアンテナの設置角度、縦軸は設置角度に対する振幅であり、１０，１１はホーンアンテナの全長Ｌを０．５λとしたホーンアンテナを角度０°方向、４５°方向にそれぞれ設置した場合の振幅パターン、１２，１３はホーンアンテナの全長Ｌを３λとしたホーンアンテナを角度０°方向、４５°方向にそれぞれ設置した場合の振幅パターンである。図４に示すように、ホーンアンテナの全長Ｌを３λと長く構成した場合の振幅（例えば、角度０°に設置した場合の振幅パターン１２）の方がホーンアンテナの全長Ｌを０．５λとした場合の振幅（例えば、角度０°に設置した場合の振幅パターン１０）よりも高くなっている。

次に、図１に示すアンテナ装置を方位探知装置に適用した場合について説明する。まず、図１に示すようなアンテナ装置では、複数のホーンアンテナ１ａ〜１ｄを中心軸４の周囲に隣接して配置しており、それら隣接するホーンアンテナ１ａ〜１ｄにより受信した受信信号の強さ（例えば、振幅や位相等）を比較することによって到来電波の到来方位を算出することができる。また、図５を用いてホーンアンテナ１ａ〜１ｄの全長Ｌと方位探知精度との関係について説明する。図５は図２に示すホーンアンテナの全長Ｌを３λとした場合と０．５λとした場合における各振幅の振幅差を示す振幅差パターンである。図５に示すように、ホーンアンテナの寸法Ｌを３λと長く構成した場合の振幅差パターンの方がホーンアンテナの寸法Ｌを０．５λとした場合の振幅差パターンよりも傾きが大きくなっている。これは振幅差に対して求まる方位の精度が高いことを示しており、これによって方位探知精度の良好な方位探知装置を得ることが可能である。

なお、実施の形態１によるアンテナ装置では、各ホーンアンテナ１ａ〜１ｄの給電部２ａ〜２ｄが中心軸４と略平行に配置され、各ホーンアンテナ１ａ〜１ｄの開口面３ａ〜３ｄが中心軸４と略垂直な平面内に配置されるよう各ホーンアンテナ１ａ〜１ｄのホーン本体部分を略９０°に屈曲させているが、当該屈曲による性能劣化はほとんど見られず、このように屈曲させたホーンアンテナの場合であっても図４、図５等に示すような、振幅特性及び振幅差パターンを得ることができ、装置構成を大型化することなく所望の放射特性を確保することができる。

以上のように、実施の形態１によるアンテナ装置では、ホーンアンテナ１ａ〜１ｄの形状を屈曲させることによりホーンアンテナ１ａ〜１ｄの全長Ｌを大きく構成することができるので、設置スペース、特に中心軸４に略垂直な方向における寸法が制限されるような環境下においても装置構成を大型化することなく良好な放射特性を確保することができる。また、そのようなホーンアンテナの全長Ｌを大きく構成したアンテナ装置を適用して方位探知装置を構成するので、小型かつ方位探知精度の良好な方位探知装置を得ることができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２について図６を用いて説明する。実施の形態１によるアンテナ装置及び方位探知装置では、各ホーンアンテナ１ａ〜１ｄをくの字状に屈曲させてその給電部２ａ〜２ｄが中心軸４と略平行な方向に延びるように配置しているが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、例えば、図６に示すように構成することができる。図６は実施の形態２によるアンテナ装置の概略構成を示す上面図及びそのＡ−Ａ断面図である。図６において、２１ａ〜２１ｄはその形状を屈曲させたホーンアンテナであり、２２ａ〜２２ｄは各ホーンアンテナの２１ａ〜２１ｄの給電部、２３ａ〜２３ｄは各ホーンアンテナの２１ａ〜２１ｄの開口面である。実施の形態２によるアンテナ装置では、各ホーンアンテナの２１ａ〜２１ｄの給電部２２ａ〜２２ｄがそれぞれ中心軸４に略垂直な平面内に配置されるように各ホーンアンテナの２１ａ〜２１ｄを屈曲させたものである。なお、図中、同一符号は同一又は相当部分を示し、これらについての詳細な説明は省略する。

実施の形態２によるアンテナ装置も、各ホーンアンテナ２１ａ〜２１ｄの各給電部２２ａ〜２２ｄと支持手段等領域５に設けられた接続配線とがそれぞれ電気的に接続されており、接続配線を介して供給された高周波信号は各ホーンアンテナ２１ａ〜２１ｄの各給電部２２ａ〜２２ｄにそれぞれ給電され、各開口面２３ａ〜２３ｄにおいて放射状のアンテナパターンが形成される。従って、実施の形態２によるアンテナ装置においても、ホーンアンテナの形状を屈曲させてホーンアンテナの全長Ｌを大きく構成することができ、装置構成を大型化することなく所望の放射特性を確保することができる。

以上のように、実施の形態２によるアンテナ装置では、ホーンアンテナの形状を屈曲させてホーンアンテナの全長Ｌを大きく構成したホーンアンテナ２１ａ〜２１ｄを用いてアンテナ装置を構成することにより、アンテナ設置スペースが制限されるような環境下においても各ホーンアンテナの全長を大きくすることができ、装置構成を大型化することなく所望の放射特性を確保することができる。また、そのようなホーンアンテナにより構成されたアンテナ装置を適用して方位探知装置を構成することにより、小型かつ方位探知精度の良好な方位探知装置を得ることができる。

なお、実施の形態１及び２によるアンテナ装置では、各ホーンアンテナ１ａ〜１ｄの断面が矩形状であるものを示したが、例えば円状の断面を有するホーンアンテナを用いてもよく、そのような場合にも実施の形態１及び２によるアンテナ装置と同様の効果を奏することができる。

実施の形態１によるアンテナ装置の概略構成を示す上面図及びそのＡ−Ａ断面図である。 ホーンアンテナの寸法と指向性利得との関係を説明するための構成説明図である。 図２に示すようなホーンアンテナの正面方向の指向性利得を示す利得特性図である。 図２に示すようなホーンアンテナにおける振幅パターンの計算結果を示す振幅特性図である。 図２に示すようなホーンアンテナの全長Ｌを３λとした場合と０．５λとした場合における各振幅の振幅差を示す振幅差パターンである。 実施の形態２によるアンテナ装置の概略構成を示す上面図及びそのＡ−Ａ断面図である。 従来のアンテナ装置の概略構成を示す上面図 図７に示す従来のアンテナ装置のＡ−Ａ断面図である。 筒状の支持構造物２７の側壁に複数のホーンアンテナ２１ａ〜２１ｄを取付けた従来のアンテナ装置の構成を示す装置構成図である。

符号の説明

１ａ〜１ｄ，７，２１ａ〜２１ｄ ホーンアンテナ、
２ａ〜２ｄ，８，２２ａ〜２２ｄ 給電部、
３ａ〜３ｄ，９，２３ａ〜２３ｄ 開口面、
４ 中心軸、５ 支持手段等領域、６ アンテナ配置領域。

Claims (3)

1. 中心軸の周囲に複数のホーンアンテナを放射状に配置してなるアンテナ装置において、前記複数のホーンアンテナの給電部が前記中心軸からそれぞれ離隔するように前記ホーンアンテナの形状を屈曲させてなるアンテナ装置。
2. 前記ホーンアンテナは、その給電部が前記中心軸と略平行に配置され、その開口部が前記中心軸に略垂直な平面内に配置されるようにその形状を屈曲させてなる請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 請求項１又は２に記載のアンテナ装置を備えた方位探知装置。

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