JP2022152025A

JP2022152025A - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2022152025A
Application number: JP2021054635A
Authority: JP
Inventors: 勝男宮本; Katsuo Miyamoto; 良輔熊谷; Ryosuke Kumagai; 秀一奥野; Shuichi Okuno
Original assignee: ANTENNA GIKEN KK; NEC Corp
Current assignee: ANTENNA GIKEN KK; NEC Corp
Priority date: 2021-03-29
Filing date: 2021-03-29
Publication date: 2022-10-12
Anticipated expiration: 2041-03-29
Also published as: JP7285421B2

Abstract

【課題】従来のアンテナ装置では、支柱の太さに起因する到来電波方向推定性能が劣化する問題があった。【解決手段】本発明にかかるアンテナ装置は、支柱１１と、支柱１１に取り付けられる複数の指向性アンテナ２１～２７と、を有し、複数の指向性アンテナ２１～２７は、支柱１１の中心から等角度で放射状に分散して配置され、支柱１１の中心ＣＰから指向性アンテナの中心までの距離である配列半径Ｌを使用最高周波数の２．５λ以下に設定する。【選択図】図１

Description

本発明はアンテナ装置に関し、特に、電波到来方位の推定処理に用いるアンテナ装置に関する。

無線を用いた装置の１つとして、電波の到来方向を推定する電波到来方向推定装置がある。この電波到来方向推定装置では、到来する電波を受信するアンテナ装置を用いる。電波到来方向推定装置で利用されるアンテナの例が特許文献１、２に開示されている。

特許文献１に開示されたアンテナ装置は、ディスコーンの下側アンテナ素子の出力端子、つまり、下側出力端子を同軸給電線路の心線側に接続し、上側アンテナ素子の出力端子、つまり、上側出力端子を同軸給電線路の外側シールドに接続するようにして、従来のディスコ－ンアンテナの給電線路とは全く逆の接続とし、その上側アンテナ素子の上面側中央に避雷針を設け、これを接地導線に接続する。

また、特許文献２に記載の無線方向探知機は、複数のアンテナ素子と、複数のアンテナ素子それぞれに対応して接続された複数の受信機と、複数の受信機の出力を取り込み、Ａ／Ｄ変換し、かつディジタル処理を行う信号処理部とを備え、各アンテナ素子で受信した到来電波をディジタル信号処理することにより到来電波の方向を探知する無線方向探知機において、上記信号処理部における信号処理によって、ボアサイト方向に主ビームを持ち、かつサイドローブで受信した信号でも所望の方向探知精度によって決まるＳ／Ｎが得られる程度にサイドローブレベルが高い和パターンと、ボアサイト方向にヌル点を持ち、かつサイドローブで受信した信号でも所望の方向探知精度によって決まるＳ／Ｎが得られる程度にサイドローブレベルが高い差パターンとを形成し、さらに上記和パターンと差パターンの組をボアサイト方向の異なる複数組形成することにより到来電波の方向を探知するようにしたことを特徴とする。

実開平０６－０７７３１４号公報特開平０８－１６６４３３号公報

電波到来方向推定装置で用いられるアンテナ装置は、屋外に設置することもあり、耐風圧を考慮する必要がある。そのためアンテナ装置の支柱を出来るだけ太くせざるをえない。しかし、支柱の太さは、受信電波のパターンを劣化させて、受信電波の間の位相差を乱すため、電波到来方向推定性能が劣化するという問題がある。特許文献１、２では、この支柱の太さに起因する到来電波方向推定性能の劣化を防止することについては開示も示唆もされていない。

本発明にかかるアンテナ装置の一態様は、支柱と、前記支柱に取り付けられる複数の指向性アンテナと、を有し、前記複数の指向性アンテナは、前記支柱の中心から等角度で放射状に分散して配置され、前記支柱の中心から前記指向性アンテナの中心までの距離である配列半径を使用最低周波数の０．５λ以上、かつ、使用最高周波数の２．５λ以下に設定する。

本発明にかかるアンテナ装置の一態様は、支柱と、前記支柱に取り付けられる複数の指向性アンテナと、を有し、前記複数の指向性アンテナは、前記支柱の中心から等角度で放射状に分散して配置され、前記指向性アンテナ中心の配列半径を使用最低周波数の０．５λ以上、かつ、使用最高周波数の２．５λ以下に設定する。

実施の形態１にかかるアンテナ装置のアンテナの配置を説明する図である。実施の形態２にかかるアンテナ装置のアンテナの配置を説明する図である。

以下で説明する実施の形態にかかるアンテナ装置は、電波到来方向推定装置において電波を受信するアンテナを複数備える。以下で説明する実施の形態にかかるアンテナ装置では、指向性アンテナを複数備える例を説明するが、指向性アンテナに加えて無指向性アンテナを備えていても良い。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に実施の形態１にかかるアンテナ装置１のアンテナの配置を説明する図を示す。図１は、アンテナ装置を支柱１０の先端方向から見た上面図である。図１に示すように、実施の形態１にかかるアンテナ装置１は、支柱１０と、複数の指向性アンテナ（例えば、アンテナ素子２１～２７）を有する。

そして、支柱１０は、円筒形を有する。アンテナ素子２１～２７は、支柱１０の外周に放射状に等角度（例えば角度θ）で分散して配置される。アンテナ素子２１～２７は、それぞれ放射方向から到来する電波を受信する。このとき、実施の形態１にかかるアンテナ装置１では、アンテナ素子２１～２７のアンテナ中心の位置に沿って形作られる円の中心を支柱１０の中心になるように、アンテナ素子２１～２７を支柱１０の中心ＣＰから同心円状に配置した。ここで、アンテナ中心とは、アンテナ素子の前端から後端までの中心をいう。図１では、アンテナ素子２１～２７のアンテナ中心により形作られる同心円を一点鎖線で示した。そして、実施の形態１にかかるアンテナ装置１では、アンテナ素子の半径方向の長さの概略中心とアンテナ素子の配列の中心との距離をアンテナ素子の配列半径とする。実施の形態１にかかるアンテナ装置１では、支柱１０の中心ＣＰからアンテナ素子２１～２７のアンテナ中心までの距離である配列半径Ｌとし、配列半径Ｌを使用最高周波数の２．５λ以下に設定する、この配列半径Ｌは、より好ましくは、使用最低周波数の０．０４λ以上、かつ、使用最高周波数の２．０λ以下である。なお、λは、受信する電波の波長である。

なお、配列半径Ｌを小さくするとアンテナの利得が低下し、到来電波の受信レベルが低下し、受信電波のシグナルノイズ比（Ｓ／Ｎ）が悪化すること、及び、受信位相差が小さくなることにより、方探性能の低下が顕著になる。また、配列半径Ｌが大きくなりすぎると、受信位相差が大きくなりすぎると、方位計算の誤差が大きくなる問題が顕著になる。

ここで、受信電波の指向性を有するアンテナ素子２１～２７としては、ログペリオディックアンテナ、ビバルディアンテナ等を用いることができる。また、図１に示す例では、配置するアンテナ素子の個数を７個としたが、電波到来方向推定装置に求められる推定精度に応じて、５～９個の間で変更することができるが、２以上のアンテナ素子であれば実現可能である。

上記説明より、実施の形態１にかかるアンテナ装置１では、受信電波の指向性を有するアンテナ素子を複数用いることで、支柱１０で反射される反射波の影響を低減して水平面パターンの変形を防ぐことができる。なお、水平パターンとは、水平面の電界指向性（電界＝電界強度）、或いは、水平面の電力指向性の電界特性である。電界指向性を二乗したものが電力指向性である。

ここで、アンテナ装置１は、大地に対して水平方向から到来する電波の到来方向を推定する際に用いられるものである。このようなアンテナ装置１では、水平面の電波到来範囲において安定して電波を受信できることが求められる。そのためには、アンテナの指向性が概ね均一（いわゆる広いビーム）、指向性に急激な落ち込み（ヌル）がないことが求められる。このような要求に合致するアンテナとして無指向性アンテナがあるが、実施の形態１にかかるアンテナ装置１のように支柱１０に無指向性アンテナを取り付けた場合、電波が支柱１０で反射し、特定の周波数において指向性の歪みやヌルが発生する。一方、電波到来方向推定装置は、各アンテナで受信する到来電波の位相差から、電波到来方位を推定する装置である。そのため、電波到来方向推定装置で利用されるアンテナ装置のアンテナとして無指向性アンテナを用いた場合、受信レベルの低下、受信レベルの低下に伴う位相検出精度の低下が生じ、結果的に方向探知精度が低下する問題が生じる。

一方、実施の形態１にかかるアンテナ装置１では、指向性を有するアンテナ素子をアンテナ素子のアンテナ中心が同一円上になるように配置し、かつ各アンテナが主として受け持つ角度範囲（配置する素子数により変化する）においておおむね均一な指向性を有することで、支柱１０等の反射の影響を低減して、安定した受信レベル及び位相検出を得ることができる。

また、実施の形態１にかかるアンテナ装置１では、支柱１０の中心ＣＰからアンテナ素子２１～２７のアンテナ中心までの距離である配列半径Ｌを使用最高周波数の２．５λ以下（より好ましくは、使用最低周波数の０．０４λ以上、かつ、使用最高周波数の２．０λ以下）にすることにより、のアンテナ素子間の受信信号の位相差の大きさ（例えば、位相差が小さすぎること及び大きすぎること）に起因する誤差を抑えることができる。これにより、実施の形態１にかかるアンテナ装置１を用いた電波到来方向推定装置では、誤差が抑制された受信信号を後段の到来方向推定装置に送ることによって方位探知精度を向上さることができる。

また、実施の形態１にかかるアンテナ装置１では支柱１０の半径を配列半径Ｌにより許容される太さまで太くすることができる。このように支柱を太くすると事で、アンテナ装置１を屋外に設置する際の耐風圧を高めることができる。

なお、アンテナ素子を取り付ける横棒（アンテナの放射素子の大地に対する向き）が水平の場合を水平偏波、垂直の場合を垂直偏波と呼び、それ以外にも円偏波、スラント偏波などが存在するが、いずれの偏波であっても水平偏波と同様の考え方をすることができる。

実施の形態２
実施の形態２では、アンテナ装置１の別の形態となるアンテナ装置２について説明する。そこで、図２に実施の形態２にかかるアンテナ装置のアンテナの配置を説明する図を示す。図２に示すように、実施の形態２にかかるアンテナ装置２は、実施の形態１にかかるアンテナ装置１の支柱１０を支柱１１に置き換えたものである。支柱１１は、筒の断面形状が多角形状となる支柱である。図２に示す例では、支柱に配置されるアンテナ素子が７個であるため、支柱１１を７角形とした。このように支柱の形状は、円筒に限らず多角形の筒を用いても、複数の指向性アンテナをアンテナ中心が同心円上に配置されるように配置することで実施の形態１と同様の方位探知精度の向上という効果を得ることができる。これは、アンテナ素子の配列半径は支柱の形状によらず、「アンテナ素子の半径方向の長さの概略中心とアンテナ素子の配列の中心との距離」と定義されるものであるためである。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１、２アンテナ装置
１０、１１支柱
２１～２７アンテナ素子

Claims

支柱と、
前記支柱に取り付けられる複数の指向性アンテナと、を有し、
前記複数の指向性アンテナは、
前記支柱の中心から等角度で放射状に分散して配置され、
前記支柱の中心から前記指向性アンテナの中心までの距離である配列半径を使用最高周波数の２．５λ以下に設定するアンテナ装置。
前記指向性アンテナは、ログペリオディックアンテナ、或いは、ビバルディアンテナである請求項１に記載のアンテナ装置。
前記複数の指向性アンテナの個数は、５個から９個のいずれか１つの個数に設定される請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
前記支柱は、前記複数の指向性アンテナの個数に合わせた角を有する多角形状を有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
前記配列半径は、使用最低周波数の０．０４λ以上、かつ、使用最高周波数の２．０λ以下である請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。