JP2772099B2 - 軸スロット筒状アンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば円筒状の導体における縦断面の外径
あるいは対角線寸法が波長に比べて非常に小さい軸スロ
ット筒状アンテナに関する。

［従来の技術］ 第８図は円筒状の軸スロット筒状アンテナの構成を示
すものであって、円筒形状で導電体にてなる筒状導体１
の軸方向の中央部には、第９図に示すように筒状導体１
の外周面と内周面とを上記軸方向に沿って貫通し細長い
方形状の開口部をなすスロット２が形成される。このよ
うな筒状導体１の外周面側には、筒状導体１へ信号を供
給する給電線路３が設けられる。尚、４は筒状導体１の
内部の空間を示している。このように構成される筒状ス
ロットアンテナは文献（“Antenna Engineer Handboo
k",McGraw Hill社、1961年）に示されるように、筒状
導体１の外径寸法Ａが波長に比べ充分小さい場合、筒状
導体の散乱回折現象により水平偏波全方向性アンテナと
なることが知られている。

このアンテナのスロット２に磁流を生じるのはスロッ
ト２を横切る方向に添った電界を持ついわゆるTEモード
であるが、径寸法が非常に小さい場合、このスロット２
を有する筒状導体１においてTEモードが遮断領域となる
ためスロット２の長さを長くしても共振モードが存在し
ない。例えばジョーダンらの検討（E.C.Jordan and
W.E.Miller,“Slotted Cylinder Antennas,"Electroni
cs,20,pp90−93,Feb.1947）によればスロット２の幅を
筒状導体１の外径寸法の0.062倍とした場合は筒状導体
１の外径寸法が0.11波長以下において共振モードが存在
しなくなる。TEモードの遮断周波数は筒状導体１の外径
寸法とスロット２の幅により決まるが、計算によれば1.
5GHzにて使用するアンテナにおいては、筒状導体１の外
径寸法を10mm（0.05波長）、内径寸法を9mm（0.045波
長）とした場合、スロット２の幅は0.01mm程度となり、
このような非常に幅の狭いスロット２は容易に製作する
ことができない。

［発明が解決しようとする課題］ 従って、共振モードが存在しない形状で使用すること
になるが、このような共振モードが存在しない細い軸ス
ロット筒状アンテナにおいては、入力インピーダンスは
リアクタンス成分の大きなものとなり、たとえばオフセ
ット給電のような簡易な整合手段を用いて整合給電を行
うことができず、給電系にスタブなどの整合回路を付加
しなければならないという問題点がある。また、整合給
電を行ってもスロット上に生じる磁流強度は給電点を離
れるとともに著しく減衰し、その結果アンテナの放射効
率が低くなることが予想される。

本発明は、このような問題点を解決するためになされ
たもので、外形寸法の小さな筒状導体を用いて容易にま
た安価に共振モードを得ることができる軸スロット筒状
アンテナを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、外径若しくは対角線寸法が波長に比べ充分
小さな筒状導体の軸方向に沿って上記導体を貫通するス
ロットを備えた軸スロット筒状アンテナにおいて、 上記軸スロット筒状アンテナを構成する筒状導体の遮
断周波数を低下させるため、上記スロットの周囲の一部
若しくは全部にわたり上記導体の内部若しくは外部の空
間へ延在し上記導体と電気的に接続された板状若しくは
箔状の導体板を備えたことを特徴とする。

［作用］ スロット部に設けられる導体板は、スロット部に空間
を形成しこの空間がいわゆるリッジ導波管におけるリッ
ジ構造部と同等の働きをして、TEモードの遮断周波数を
大きく引き下げる作用をする。よって、導体の外径寸法
が小さい場合においても容易にTEモードを伝搬状態にす
ることができる。よって、スロットの長さを導体管内波
長の1/2とすれば共振線路となり、この時スロット上に
はほぼ正弦波状に電界の定在波が形成されるため、放射
源となる磁流が強くなり、放射効率の高いアンテナを構
成するよう作用する。また、共振線路となるため、その
入力インピーダンスは純抵抗となり、給電線路は一般に
用いられるオフセット給電によって容易に整合を取るこ
とができる。

［実施例］ 本発明の軸スロット筒状アンテナの第一の実施例を示
す第１図及び第２図において、第８図と同じ構成部分は
同じ符号を付し、その説明を省略する。

筒状導体１に設けられているスロット２において軸方
向に延在し対向するそれぞれの壁面2Xには、スロット２
における電気エネルギーの蓄積効果を生じさせるため、
導体板５及び６がロウ材７にてロウ付され固定される。
よって筒状導体１と導体板５及び６は電気的に導通状態
となる。導体板５及び６は、適宜な幅を有する方形状の
板であり、第２図に示すように、筒状導体１の内部空間
４方向へ互いに平行に対面し延在する。尚、導体板５及
び６はの幅は、該導体板5,6が筒状導体１に接触しない
限り随意であり、たとえば第２図に示すように筒状導体
１の内部中央部にまで達しないものでもよい。

又、給電線路３は、筒状導体１の外周面とほぼ同一面
となる導体板5,6の側面5a,6aの軸方向の適宜な位置に接
続される。給電線路３はスロット２の内部で導体板5,6
に接続してもよい。

このように構成することで、筒状導体１にスロット２
が構成されている構造は、TEモードでは近似的にスロッ
ト２部を磁気壁とし、筒状導体１外部に生じる電磁エネ
ルギーを等価フリンジング容量としてスロット２部分に
付加したものと考えられ、一部に磁気壁境界を有した導
波管とみなすことができる。すなわち、導体板５および
６により構成された空間2aがいわゆるリッジ導波管にお
けるリッジ構造部と同等の働きをして、TEモードの遮断
周波数を大きく引き下げる効果を生じ、筒状導体１の外
径寸法が小さい場合においても容易にTEモードを伝搬状
態にすることができる。よって、スロット２の長さを管
内波長の1/2とすれば共振線路となり、この時スロット
２上にはほぼ正弦波状に電界の定在波が形成されるた
め、放射源となる磁流が強くなり、放射効率の高いアン
テナを構成することができる。また、共振線路となるた
め、その入力インピーダンスは純抵抗となり、給電線路
３は一般に用いられるオフセット給電によって容易に整
合を取ることができる。

遮断周波数を引き下げる効果は、おおよそ導体板５お
よび６を平行平板コンデンサとみなした時の容量増加
量、すなわち導体板５および６の対向面積およびその間
隔に比例する。よって導体板５および６の間隔を容易に
設定・加工できる値に設定しても対向面積を増すように
導体板５および６の上記幅方向寸法を大きくすることに
よって必要な容量値を実現できるので、高度な加工技術
を必要としない。したがって安価にかつ容易に筒状スロ
ットアンテナを製作することができる。なお、第１図及
び第２図に示した導体板５および６は筒状導体１と一体
に成形されたものであったり、また、筒状導体１が複数
の部品から成る構造であっても上述した効果が発揮され
ることはもちろんである。

又、導体板５及び６の形状は、上述した形状に限るも
のではない。導体板５′及び６′は、第３図に示すよう
にほぼ方形状の金属にてなる板であり、軸方向の一側面
30の中央部分には当該導体板５′及び６′の両端部31が
有する幅よりも広い幅を有する突出部32が形成されてい
る。尚、突出部32が筒状導体１の内側中央方向に向いて
固定されるものである。又、それぞれの両端部31の軸方
向長さはL1にて示すように同じ長さにて形成してもよい
し異なっていてもよい。又、本実施例では、２つの両端
部31の長さである２倍のL1と突出部32の長さL2を加えた
長さは、スロット２の軸方向の長さに一致している。こ
のような導体板５′および６′は、第１図及び第２図に
示した導体板５及び６の代わりに使用される。

このような導体板５′及び６′を使用することは、第
４図に示すように特性インピーダンスおよび線路長が異
なる伝送線路が直列に接続されたものと考えられるた
め、全体的に共振モードは存在し、上述した導体板５及
び６を使用した場合と同様の効果を発揮することができ
る。

また導体板5,5′,6,6′等の形状は図示の方形状のも
のに限らず円弧形状になっていてもよい。いずれにして
も導体板のいずれかの部分で幅を変えることにより、伝
播定数を制御することができる。

第５図は、本発明のスロットアンテナの第２の実施例
を示す、上述した第２図に相当する断面図である。よっ
て第２図に示す構成部分と同じ構成部分については同じ
符号を付しその説明を省略する。

本実施例は、上述した第１の実施例と同様に筒状導体
１の軸方向に形成されるスロット２に、上述した導体板
５および６より厚さが薄く金属にてなる導体箔33及び34
がロウ材７にて固定された構造をなすものである。よっ
て導体箔33及び34は、筒状導体１と電気的に導通状態に
ある。このような導体箔33及び34に挟まれた空間には、
誘電体８が設けられ、該誘電体８は導体箔33及び34に接
着剤９にて接着される。このような誘電体８は、例えば
第５図に示すように導体箔33及び34の幅よりも長い幅を
有し、筒状導体１の外周面1aとほぼ同一周面上にある導
体箔33及び34の側面とほぼ同一面となるように設置され
る。よって誘電体８は、筒状導体１の内周側において、
導体箔33及び34よりも筒状導体１の中央部方向へ突出す
る。尚、誘電体８の幅は、導体箔33,34の幅より短くて
もよい。このような導体箔33及び34、誘電体８より構成
される具体例としては、例えば両面銅張プリント基板の
ように両面に導体を有する材料である。そしてこのよう
な上記プリント基板を切りだし、スロット２部にて両面
の銅箔部分をロウ付けすることにより容易に製作するこ
とができる。このとき、使用する誘電体の量は非常に少
なく価格的に大きな比重は占めない。本構造では導体箔
33および34の間に誘電体８が充填されており、その結果
導体箔33および34によって生じる容量値を大きくするこ
とができる。したがって、本実施例においても、上述し
た第１の実施例と同様に、放射効率の高いアンテナを構
成することができる。また、共振線路となるため、その
入力インピーダンスは純抵抗となり、給電線路３は一般
に用いられるオフセット給電によって容易に整合を取る
ことができる。

第６図は、本発明の軸スロット筒状アンテナの第３の
実施例を示す断面図であり、上述した各実施例と同様に
筒状導体１の軸方向に沿ってスロット２が形成されてい
る。本実施例では、スロット２の筒状導体１の外周面に
おける開口を覆うように金属にてなる導体板35が設けら
れる。

導体板35は、筒状導体１とほぼ同心円で、筒状導体１
の導体厚とほぼ同一の厚さを有する円弧状の断面形状に
てなるカバー35aと、筒状導体１の外周面1aと適宜な間
隔にてカバー35aを上記外周面1aと同心円状に設置する
ための脚部35bとにて構成されている。尚、カバー35a及
び脚部35bは一体的に形成されている。又、脚部35bは、
脚部35bの側面36がスロット２の軸方向に延在する側面3
7と同一面として、筒状導体１の外周面1aにロウ材７に
て固定される。よって導体板35は、筒状導体１と電気的
に導通状態となる。尚、このように形成される導体板35
のカバー35aは、筒状導体１の周方向にはスロット２の
幅寸法2aを超えて延在するものであり、又、導体板35は
筒状導体１の軸方向に沿ってスロット２が形成されてい
る区間に限り延在する。

このように構成することで、導体板35のカバー35aと
筒状導体１の外周面1aとの間に狭い導体間隙38を有する
空間を設け、これによりリッジ効果を生じさせている。
又、この導体間隙38に誘電体を配置しても良い。

このように構成することで、上述した各実施例と同様
に、放射効率の高いアンテナを構成することができる。
また、共振線路となるため、その入力インピーダンスは
純抵抗となり、給電線路３は一般に用いられるオフセッ
ト給電によって容易に整合を取ることができる。

尚、以上示した実施例においては、導体板5,6,35もし
くは導体箔33,34は、スロット２の対向面をそのまま延
長するように設置したが、これに限るものではなく、上
記対向面に対して傾いて設置されても良い。またこれら
の導体板あるいは導体箔の間隙寸法は一定でなくてもよ
い。さらに導体板もしくは導体箔は方形である必要はな
い。ただし、導体板もしくは導体箔を任意形状とした場
合スロットにおける磁流分布が正弦波状と若干の差異を
生じるため、エレベーション方向の放射指向性特性が変
化するかもしれない。

尚、本発明においては使用波長に対して細い直径を有
する筒状導体にスロットを設けたものであって、文献
（“Antenna Engineer Handbook",McGraw Hill社、1
961年）に示されるparallel−plate TEM axial slot
アンテナのようにスロットのエッジ回折効果を利用した
水平面内指向性の制御は難しいと思われる。これは、pa
rallel−plate TEM axial slotアンテナが、外形の
大きな円もしくは楕円状の断面を持つ筒状導体において
スロットの幅及びそれに接続された平行平板の間隔の変
更によって制御しているものであり、一方、本発明は非
常に細い筒状導体において所望のモードを通すことを目
的とするため、スロット幅が相対的に小さいことからも
容易に推測できる。このように、parallel−plate TEM
slotアンテナは使用波長に対して筒体直径が大きく、
導波管のように管内伝播モードが存在するのに対して本
発明のアンテナは使用波長に対して筒体直径が小さく、
管内伝播モードが存在しない点で両者は相異なるもので
ある。

筒状導体１の断面の形状は必ずしも円である必要はな
く、正多角形や軸比の小さい楕円もしくはこれに類似し
た形状にも上記手段が適用出来ることは明らかである。
第７図に導体39の断面形状が例えば四角形のものの実施
例を示す。本実施例は以下のように構成される。導体39
の内部における一側面39aと直角に交わる側面39bを側面
39aに沿って貫通して適宜な幅を有するスロット２が形
成される。このスロット２には側面39aと平行に対面し
て導体板５が導体39の外面39cより内部へ延在するが、
導体板５は導体39の内壁面に接触するまで延在するもの
ではない。このような導体板５は導体39の側面にロウ材
７にて固定され、導体39と電気的に導通状態となる。こ
のように形成される導体板５と上記側面39aとの間には
誘電体が接着剤にて接着され。

このように構成することで、上述した第１実施例ない
し第３の実施例と同様に、放射効率の高いアンテナを構
成することができる。また、共振線路となるため、その
入力インピーダンスは純抵抗となり、給電線路３は一般
に用いられるオフセット給電によって容易に整合を取る
ことができる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、スロットから、
導体内部に向かって電気的に接続された導体板を延長
し、スロットと導体内部もしくは外部の空間との間に間
隔の狭い導体間隙を持つ空間を構成することで、この空
間による電気エネルギー蓄積効果をスロットに付加した
ことより、外径寸法が非常に小さく構成されるにもかか
わらず、容易に共振線路が構成できるため、給電の容易
な放射効率の低下が少ない軸スロット筒状アンテナを容
易にまた低コストにて製作することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の軸スロット筒状アンテナの第１の実施
例を示す斜視図、第２図は第１図内のＡ−Ａ部における
断面図、第３図は本発明の軸スロット筒状アンテナに使
用する導体板の形状の一例を示す斜視図、第４図は、第
３図の形状の導体板を用いた時の等価回路図、第５図な
いし第７図は本発明の軸スロット筒状アンテナの他の実
施例を示す縦断面図、第８図は従来の軸スロット筒状ア
ンテナの構造を示す斜視図、第９図は第８図内のＸ−Ｘ
部における断面図である。 １……筒状導体、２……スロット、 ３……給電線路、４……空間、 5,6及び５′,6′……導体板、７……ロウ材、 ８……誘電体、９……接着剤。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外径若しくは対角線寸法が波長に比べ充分
   小さな筒状導体の軸方向に沿って上記導体を貫通するス
   ロットを備えた軸スロット筒状アンテナにおいて、 上記軸スロット筒状アンテナを構成する筒状導体の遮断
   周波数を低下させるため、上記スロットの周囲の一部若
   しくは全部にわたり上記導体の内部若しくは外部の空間
   へ延在し上記導体と電気的に接続された板状若しくは箔
   状の導体板を備えたことを特徴とする軸スロット筒状ア
   ンテナ。
2. 【請求項２】上記スロットに備わる上記導体板に挟まれ
   密着した誘電体を備えた請求項１記載の軸スロット筒状
   アンテナ。