JP2618584B2 - サブノッチ付円偏波クロスノッチアンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はノッチアンテナを２個
交叉させて構成した円偏波アンテナに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ノッチアンテナを２個交叉させて円偏波
を発生させるアンテナとして、例えば図８（ａ）、
（ｂ）に示すような形式のものが特開平３−２５０９０
７号公報によって公表されている。

【０００３】しかし、この公報に示されたアンテナは、 （１）構成要素となる各導体素片（ノッチアンテナ）の
寸法が異ることに起因して、水平面内、垂直面内の指向
特性の非対称性が存在する。

【０００４】（２）構成素片の寸法が異るのは製作面か
ら材料の歩留まりの点で不利である等の欠点がある。

【０００５】これらの欠点を解消するために、例えば図
９に示すように各導体素片の寸法・形状が同じ形式のも
のが公表されている。

【０００６】このアンテナは前記（１）、（２）のよう
な欠点はないが、インピーダンス調整のために各フィン
の上縁からスタブＳＴを上方に突出して設けているの
で、強度および製作の点で問題があり充分な実用性が得
られない欠点がある。

【０００７】

【発明の目的】この発明は前記のような欠点を解消する
ためのものであって、各構成素片の基本形状と寸法が同
じであり且つ何等の突起物を有しないクロスノッチ円偏
波アンテナを得ることを目的とする。

【０００８】

【発明の概要】このような目的を達成するため、この発
明は基本形状を方形（正方形の場合を含むことを許容す
る。）とした２つの導体素片の外郭の寸法を同じにした
うえで、その一方の導体素片はセンターノッチから見て
対称位置に同形状・同寸法のサブノッチをそれぞれセン
ターノッチに並行に設けたものを使用し、双方の導体素
片をセンターノッチの個所で直交交叉して組合わせ、各
々の導体素片をそのセンターノッチの個所で並列励振す
る。

【０００９】この場合、センターノッチ内にける給電点
の位置（上縁から下方に向って下った距離）によってイ
ンピーダンスの調整をし、円偏波発生の条件を見出すこ
とができる。

【００１０】

【実施例】

（実施例１）実施例１は、この発明の基本的な特性を把
握するためのものである。

【００１１】図１（ａ）に実施例１のクロスノッチアン
テナの外観の概要を示す。

【００１２】図１（ａ）に示したものは、図２（ａ）、
（ｂ）に示す各々の導体素片（以下「素片」という。）
を直交させてセンターノッチＣＮの個所で組合わせたも
のである。

【００１３】２枚の素片のうち、一方はサブノッチＳＮ
を２個有し、他方はサブノッチＳＮを有しない点で差異
があるが、他の諸元はどちらの素片についても同一であ
る。

【００１４】以下、サブノッチＳＮを有しない素片をＡ
片とし、サブノッチＳＮを有する素片をＢ片とする。

【００１５】なお、この明細書の説明において、上、上
方、上縁、下、下方など、方向についての用辞は、図に
示した状態に即して用いてある。

【００１６】Ａ片、Ｂ片のセンターノッチＣＮの下方の
ノッチでない個所を相互に密着させて導通接続する。

【００１７】図２（ａ）、（ｂ）に示すＡ片、Ｂ片は、
その外部形状は一般に正方形の場合を含む方形であり、
また、Ａ片、Ｂ片についてその各部の寸法は次の（１）
〜（８）の通りである。

【００１８】（１）Ｗ１は各素片の外郭の幅 （２）Ｗ２はセンターノッチＣＮの幅 （３）Ｗ３はサブノッチＳＮの幅 （４）Ｗ４はセンターノッチＣＮとサブノッチＳＮとの
間隔 （５）Ｈ１は各素片の外郭の高さ （６）Ｈ２はセンターノッチＣＮの深さ（上縁から測
る） （７）Ｈ３はサブノッチＳＮの深さ（上縁から測る） （８）Ｈ４は給電点ＦＰの位置（上縁から測る） Ａ片とＢ片に対して、給電点ＦＰにおいて各素片の両側
のフィンに図１（ｂ）に示すように接続して並列に電流
励振する。

【００１９】図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すものを上
方から見て示したものであって、Ａ片、Ｂ片の各々の２
つのフインのセンターノッチＣＮの附近の上端面および
給電線ＦＤをその上方から見える部分並びに各フインに
電気接続する関係を示した。

【００２０】この実施例１の場合、図１（ａ）、（ｂ）
に示すように、柔軟な給電線（例えば同軸ケーブル）Ｆ
Ｄを各々の素片の交叉部分に近い個所で上方に向って延
長しながらその外部導体をＡ片の１つのフインに導通接
続して保持し、給電点ＦＰの高さで水平方向に曲げてそ
の中心導体をＡ片の他の１つのフイン（外部導体に導通
していないもの）とＢ片の１つのフインとに接続する。
Ｂ片の他の１つのフインは給電線ＦＤの外部導体に接続
する。

【００２１】ここで、各素片について、 （９）外郭の幅Ｗ１は使用波長λの約１／４〜１／５ （１０）外郭の高さＨ１は使用波長λの約１／２ （１１）センターノッチＣＮの幅Ｗ２およびサブノッチ
ＳＮの幅Ｗ３はそれぞれ使用波長λの約１／３０〜１／
５０ に設定する。但し、この明細書において、これらの寸法
と使用波長λとの関係について、“約”の文字を用いて
いるが、これは『“丁度所定の値”であって“約”が不
要である場合』を含む意味であるものとする。

【００２２】各素片において、センターノッチＣＮを、
上縁の幅方向の中央点（一方の側縁から（１／２・Ｗ
１）の距離の点）を中心にして、その点から左右に（１
／２・Ｗ２）づつの幅で且つＨ２の深さ（縦方向の寸
法）の短冊形に切欠して設ける。

【００２３】Ｂ片において、サブノッチＳＮは、幅方向
の中央点から左右にそれぞれ｛１／２・（Ｗ２＋Ｗ３）
＋Ｗ４｝の距離の点を中心にして、その点の左右にそれ
ぞれ（１／２・Ｗ３）の広がりで且つＨ３の深さの短冊
形に切欠して設ける。

【００２４】Ａ片は、Ｂ片のサブノッチＳＮの深さＨ３
＝０の場合のものとして理解できる。

【００２５】Ａ片、Ｂ片の入力インピーダンスをそれぞ
れｚ_A 、ｚ_B とすると、給電線ＦＤの特性インピーダン
スをｚ_o として、 ｚ_A ＝２ｚ_o （１−ｊ） ｚ_B ＝２ｚ_o （１＋ｊ） となるようにセンターノッチＣＮの深さＨ２および給電
点ＦＰの位置の深さＨ４を設定しならびに調整する。

【００２６】ここで、Ａ片、Ｂ片ともにその各々のセン
ターノッチＣＮの深さＨ２の値を同じにし、Ｂ片におい
て２個のサブノッチＳＮの深さＨ３の値を同じにし、ま
たＡ片およびＢ片における給電点ＦＰの位置は、各素片
のセンターノッチＣＮにおいて上縁からの深さＨ４がど
ちらの素片についても同じであるとしている。

【００２７】この場合、Ｂ片にサブノッチＳＮを入れる
ことによって入力インピーダンスｚ_A 、ｚ_B はその抵抗
分Ｒの変化は殆んどなく、そのリアクタンス分Ｘが容量
性から誘導性へと急峻に変化する。

【００２８】この特性を利用して、サブノッチＳＮの深
さＨ３を適宜設定して並列接続のリアクタンス分Ｘが消
えるようにする。

【００２９】この結果、両素片を並列給電したときにＡ
片およびＢ片を総合した入力インピーダンスがｚ_A とｚ
_B との並列合成値に等しくなって、給電線ＦＤの特性イ
ンピーダンスｚ_O と整合する。

【００３０】（実施例１の実験例） Ｗ１＝５０．４ ｍｍ Ｗ２＝ ７．２ ｍｍ Ｗ３＝ ７．２ ｍｍ Ｗ４＝ ７．２ ｍｍ Ｈ１＝７９．２ ｍｍ Ｈ２＝４３．２ ｍｍ Ｈ４＝２１．６ ｍｍ としてＡ片を作り、使用周波数ｆ＝１．５ＧＨｚ（λ＝
２０ｃｍ）において、モーメント法による計算の結果、
これによるＡ片の入力インピーダンスｚ_A1が ｚ_A1＝１２０−ｊ１２７．４（Ω） になった。

【００３１】実際に厚さ１ｍｍの真鍮板を用いて実験し
た結果、これによるＡ片の入力インピーダンスｚ_A2が ｚ_A2＝１０６．４−ｊ９６．６（Ω） を得た。

【００３２】図３は、Ｂ片のサブノッチＳＮを１つのセ
グメント当り７．２ｍｍとして、その深さＨ３を変化さ
せたときのモーメント法により解析した入力インピーダ
ンス特性を示す図である。

【００３３】計算によれば、上から数えて４セグメント
から５セグメントの間で円偏波が発生することが判明し
た。

【００３４】実験の結果は、特性インピーダンスｚ_o の
値が５０Ωの給電線（同軸ケーブル）ＦＤを使用したと
き、サブノッチＳＮの深さＨ３が３５．０ｍｍのＢ片を
Ａ片と直交して並列給電することにより円偏波が発生す
ることが確認された。

【００３５】図４は実施例１の実験例の「軸比―リター
ンロス特性」を示す図である。

【００３６】使用周波数が１．５ＧＨｚで 軸比 １ｄＢ リターンロス −７．２ｄＢ を得た。

【００３７】リターンロスは給電点位置をさらに微調整
することで改善できるものである。

【００３８】図５は、実施例１の実験例の円偏波指向性
を示す図である。（ａ）は右旋円偏波受信特性、（ｂ）
は左旋円偏波受信特性、（ｃ）は（ａ）、（ｂ）の特性
を得る際の実験装置の配置関係を示す図である。

【００３９】この場合、送信にヘリカルアンテナを使用
して、この実験例のクロスノッチアンテナで受信した。
使用周波数は、１．５ＧＨｚで、（ｃ）に示すようにＹ
軸方向に電波が進行するとき、Ａ片をＸＹ面に、Ｂ片を
ＹＺ面にそれぞれ位置させて（Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸はこの
順に右手系を構成する。）測定した。

【００４０】実験結果は、前方方向（０度方向）に右旋
円偏波、後方方向（１８０度方向）に左旋円偏波がそれ
ぞれ放射されている。また、右旋、左旋の各場合につい
て、ＸＹ面内、ＹＺ面内ともにそれぞれ±９０度の範囲
において実用上差支えない程度の良好な指向特性を得て
いる。

【００４１】（実施例２）実施例１は給電部分の構造が
複雑で且つ堅牢さに欠けている。

【００４２】図６（ａ）、（ｂ）に示す実施例２のもの
は給電線ＦＤをアンテナ構造体の中心に配置することに
よりこの欠点を解消したものである。

【００４３】図６（ａ）は実施例２のクロスノッチアン
テナの外観の概要を示す。

【００４４】Ａ片、Ｂ片は、各々のフインのセンターノ
ッチＣＮの下方部分を、支持体ＨＤとしての４角柱の軸
に沿ってその各側面に縦方向に作った割り（溝）に埋込
んで挾持且つ取付固定して保持する。Ａ片、Ｂ片が下方
（各センターノッチＣＮの下方：幅方向の中央線位置）
で交叉して各素片のフインが直交する形に作ることは実
施例１の場合と同様である。

【００４５】支持体ＨＤの軸（縦軸）はＡ片、Ｂ片の各
センターノッチＣＮの交叉によって出来る線（各素片の
センターノッチＣＮの交叉によってこれら各センターノ
ッチＣＮの中心線が一致して作る線のことであるが、こ
の線は物体的には実在しない。）に一致させる。

【００４６】支持体ＨＤは構造的にはＡ片、Ｂ片を所定
の位置に且つ所定の姿勢に保持する支持物体であるとと
もに、Ａ片とＢ片の双方をその各々の下方（センターノ
ッチＣＮの下方）で電気的に導通接続する導体であり、
そのような材質（例えば金属）で作るが、この観点につ
いては、支持体ＨＤの必ずしも全体を導体で作らなくて
も、例えば表面ないしは割り（溝）の個所が導体で出来
ているなどのように、電気的には各素片の下方の部分を
相互に導通接続するようになっていれば足りる。

【００４７】支持体ＨＤの中心部分に軸方向に沿って穴
をあけ、同軸ケーブルなどのようにセミリジッドな給電
線ＦＤを挿通してその穴で保持する。

【００４８】この場合、同軸ケーブルは支持体ＨＤより
上に出る部分は外部導体を取去って中心導体とその外側
の誘電体だけにし、給電点ＦＰの高さＨ４にまで持って
行く。

【００４９】Ａ片とＢ片の隣合う各１つのフインのセン
ターノッチＣＮの端部で給電点ＦＰの高さＨ４の個所を
導通接続して、図６（ｂ）に示すように、それを中心導
体に接続する。

【００５０】Ａ片とＢ片の他の隣合う各々１つのフイン
のセンターノッチＣＮの端部は導通接続して、それを同
軸ケーブルの外部導体に接続する。支持体ＨＤの導体部
も同軸ケーブルの外部導体に導通接続する。図６（ｂ）
の記号Ｅは、同軸ケーブルの外部導体（一般に、給電線
ＦＤのアース電位導体）に導通接続する意味である。

【００５１】図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すものを上
方から見て示したものであって、Ａ片、Ｂ片の各々の２
つのフインのセンターノッチＣＮの附近の上端面および
支持体ＨＤと給電線ＦＤをその上方から見える部分並び
に各フインに電気接続する関係を示した。

【００５２】この実施例２はＡ片、Ｂ片を強固に保持す
ることができ、給電線ＦＤもしっかりと保持することが
できる。

【００５３】またＡ片、Ｂ片の直交性と構造的な対称性
も、支持体ＨＤに設ける溝を直交させて設けるなどのこ
とにより確実性が増し、保証できる。

【００５４】そして、Ａ片、Ｂ片に対する給電配置がそ
の直交部分の中心において両素片に対して対称性を保た
せることができるので両素片のインピーダンス整合をと
ることが容易であって、指向特性の対称性が向上し、且
つ軸比、リターンロスが改善される。

【００５５】実施例２について、支持体ＨＤは図６
（ａ）、（ｂ）には横断面の外郭形状が正方形の４角形
であるとして示したが、これは例えば横断面の外郭が円
形であるような形状であってもよく、一般には横断面の
外郭形状如何にかかわらず柱状体であるとしてよい。

【００５６】その他の事項については、実施例１の場合
のことが準用される。

【００５７】（実施例２の実験例） Ｗ１＝５２．４ ｍｍ Ｗ２＝ ３．６ ｍｍ Ｗ３＝ ３．６ ｍｍ Ｗ４＝ ３．６ ｍｍ Ｈ１＝８１．２ ｍｍ Ｈ２＝４３．２ ｍｍ Ｈ３＝３６．０ ｍｍ Ｈ４＝２１．６ ｍｍ として、使用周波数が１．５ＧＨｚ（λ＝２０ｃｍ）の
とき、厚さ２ｍｍの真鍮板を用いて、図７のような「軸
比―リターンロス特性」を得た。実施例１の実験例の場
合に比べて、軸比、リターンロスともにかなり改善され
ていることが認められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示す図であり、（ａ）は
組立てた状態の概要を示す斜視図、（ｂ）は給電の接続
関係を示す部分平面図。

【図２】この発明の実施例１を構成素片に分解して示す
図であり、（ａ）はサブノッチを有しない導体素片の正
面図、（ｂ）はサブノッチを有する導体素片の正面図。

【図３】この発明の実施例１についてサブノッチの深さ
の変化による入力インピーダンスの変化を示す図。

【図４】この発明の実施例１の「軸比―リターンロス特
性」を示す図。

【図５】この発明の実施例１の偏波面の指向特性を示す
図であり、（ａ）は右旋円偏波受信特性、（ｂ）は左旋
円偏波受信特性、（ｃ）は（ａ）、（ｂ）に示す特性を
得る際の実験装置の配置関係を示す図。

【図６】この発明の実施例２を示す図であり、（ａ）は
組立てた状態の概要を示す斜視図、（ｂ）は給電の接続
関係を示す部分平面図。

【図７】この発明の実施例２の「軸比―リターンロス特
性」を示す図。

【図８】従来例を示す図であり、（ａ）は第１の従来
例、（ｂ）は第２の従来例。

【図９】第３の従来例を示す図。

【符号の説明】

ＦＤ…給電線 ＦＰ…給電点 ＣＮ…センターノッチ ＳＮ…サブノッチ ＨＤ…支持体 Ｅ…給電線ＦＤの外部
導体 ＳＴ…スタブ

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基本形状をそれぞれ方形とした第１の導
   体素片（Ａ片）および第２の導体素片（Ｂ片）を有し、
   上記第１の導体素片（Ａ片）と上記第２の導体素片（Ｂ
   片）の各々において幅方向の中央に上縁から縦方向にセ
   ンターノッチ（ＣＮ）を設け、上記第２の導体素片（Ｂ
   片）において上記センターノッチ（ＣＮ）の左右の上記
   センターノッチ（ＣＮ）に関して対称の位置に上記セン
   ターノッチ（ＣＮ）に並行に同寸法且つ同形状のサブノ
   ッチ（ＳＮ）を上記上縁から設け、上記第１の導体素片
   （Ａ片）と上記第２の導体素片（Ｂ片）とをその各々の
   上記センターノッチ（ＣＮ）を交叉して直交配置し、上
   記第１の導体素片（Ａ片）および上記第２の導体素片
   （Ｂ片）の各々の上記センターノッチ（ＣＮ）を並列励
   振したサブノッチ付円偏波クロスノッチアンテナ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のサブノッチ付円偏波ク
   ロスノッチアンテナにおいて、 第１の導体素片（Ａ片）と、第２の導体素片（Ｂ片）と
   をこれら各導体素片（Ａ片、Ｂ片）をそのセンターノッ
   チ（ＣＮ）の下方部分において直交させ、上記第１の導
   体素片（Ａ片）と上記第２の導体素片（Ｂ片）の上記直
   交した個所に柱状体からなる支持体（ＨＤ）を設け、上
   記支持体（ＨＤ）はその軸を上記第１の導体素片（Ａ
   片）および上記第２の導体素片（Ｂ片）の上記直交した
   上記各センターノッチ（ＣＮ）の交叉により出来る線に
   一致させ、上記第１の導体素変（Ａ片）と上記第２の導
   体素片（Ｂ片）とをこれら各導体素片（Ａ片、Ｂ片）の
   上記交叉した各センターノッチ（ＣＮ）の下方において
   上記支持体（ＨＤ）に取付固定し、上記支持体（ＨＤ）
   の中心の上記軸に沿った穴に給電線（ＦＤ）の中心導体
   とその周囲の誘電体を挿通し、上記第１の導体素片（Ａ
   片）および上記第２の導体素片（Ｂ片）の各々の上記セ
   ンターノッチ（ＣＮ）を並列励振したサブノッチ付円偏
   波クロスノッチアンテナ。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載のサブノッチ付
   円偏波クロスノッチアンテナにおいて；第１の導体素片
   （Ａ片）および第２の導体素片（Ｂ片）の外形寸法を、
   縦の寸法（Ｈ１）が使用波長（λ）の約１／２で幅（Ｗ
   １）が上記使用波長（λ）の約１／４〜１／５に設定
   し；上記第１の導体素片（Ａ片）および上記第２の導体
   素片（Ｂ片）の各々のセンターノッチ（ＣＮ）の幅（Ｗ
   ２）を、上記使用波長（λ）の約１／３０〜１／５０に
   設定し；上記センターノッチ（ＣＮ）の上縁からの深さ
   （Ｈ２）を、上記第１の導体素片（Ａ片）および上記第
   ２の導体素片（Ｂ片）における各々の入力インピーダン
   ス（ｚ_A 、ｚ_B ）の抵抗分とリアクタンス分の絶対値と
   が等しく且つ位相がπ／４異る値を示すように設定し；
   上記第１の導体素片（Ａ片）における給電点（ＦＰ）の
   位置を、上記第１の導体素片（Ａ片）に対する入力イン
   ピーダンス（ｚ_A ）がｚ_A ＝２ｚ_o （１−ｊ）（ｚ_O は
   給電線ＦＤの特性インピーダンス、ｊは虚数単位）とな
   るように上記センターノッチ（ＣＮ）における上記上縁
   からの深さ（Ｈ４）の個所に設定し；上記第２の導体素
   片（Ｂ片）において、 各々のサブノッチ（ＳＮ）の幅（Ｗ３）を、上記使用波
   長（λ）の約１／３０〜１／５０に設定し、上記各々の
   サブノッチ（ＳＮ）の上記上縁からの深さ（Ｈ３）を、
   上記第２の導体素片（Ｂ片）への入力インピーダンス
   （ｚ_B ）がｚ_B ＝２ｚ_O （１＋ｊ）であるように設定
   し、 上記センターノッチ（ＣＮ）と上記各々のサブノッチ
   （ＳＮ）との間隔を、それぞれ上記使用波長（λ）の約
   １／３０〜１／５０に設定し；上記第２の導体素片（Ｂ
   片）における給電点（ＦＰ）の位置を、上記センターノ
   ッチ（ＣＮ）において上記上縁から上記第１の導体素片
   （Ａ片）における上記給電点（ＦＰ）の深さ（Ｈ４）と
   同じ深さ（Ｈ４）の個所に設定した；サブノッチ付円偏
   波クロスノッチアンテナ。