JP3053421B2 - 山形アンテナ - Google Patents

山形アンテナ

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JP3053421B2 JP2281923A JP28192390A JP3053421B2 JP 3053421 B2 JP3053421 B2 JP 3053421B2 JP 2281923 A JP2281923 A JP 2281923A JP 28192390 A JP28192390 A JP 28192390A JP 3053421 B2 JP3053421 B2 JP 3053421B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、衛星放送受信アンテナや衛星通信送受信ア
ンテナ等、高周波電波を高効率に送信あるいは受信する
アレーアンテナとして使用される山形アンテナに関す
る。
[従来の技術] 衛星放送電波や衛星通信電波等、高い周波数の電波
は、空間での伝搬損失が大きいため、その送受信アンテ
ナには高利得のものが要求される。そこで、最近、この
種のアンテナには、アレーアンテナが使用されている。
第6図は従来のアレーアンテナとして使用されている
平面アンテナの断面構成を示すもので、すなわち、この
平面アンテナは、それぞれ円形の第1の金属平板11と第
2の金属平板12とが、その外周縁に環状の短絡部13を介
在して平行に配置され、第1の金属平板11の中央には給
電部14が設けられ、また、第2の金属平板12には多数の
開孔15,…を通して円偏波アンテナ素子16,…が配設され
て構成される。
つまり、上記給電部14において給電された送信電力
は、第1の金属平板11と第2の金属平板12とにより囲ま
れた導波路17を通して伝搬され、多数のアンテナ素子1
6,…に分岐供給されるもので、これにより、各円偏波ア
ンテナ素子16,…が励振され、第2の金属平板12を反射
面として送信電波が放射される。
ここで、上記アレーアンテナの場合、各アンテナ素子
16,…それぞれの配置間隔は0.7〜0.95λ(波長)に設定
され、指向性のサブローブが小さくなるよう設計される
が、上記アンテナ素子16,…の素子数が多いほど、上記
素子配置間隔を0.95λに近付けた場合でも、指向性のサ
ブローブを小さいまま維持できる。
しかし、上記素子配置間隔が0.95λを越えると、サブ
ローブは急激に拡大し、素子配置間隔1λでは、サブロ
ーブはメインローブと等しい大きさまで拡大するもの
で、この場合、アンテナの利得も大幅に悪化することに
なる。
[発明が解決しようとする課題] 従来のアレーアンテナでは、送信電波のメインローブ
を目標とする方向に放射するべく、目標方向の平面にお
いて各アンテナ素子16,…からの放射電波が同位相にな
るように、該アンテナ素子16,…それぞれの回転角度を
設定していた。
しかしながら、上記アンテナ素子16,…の回転角度
は、その配置位置に応じてそれぞれ異なるため、このよ
うなアレーアンテナを製作するには非常に手間隙が掛か
るもので、特に、この種のアンテナにおいて30dB以上の
利得を得るには、100〜200個のアンテナ素子16,…が必
要であるため、生産性が悪い欠点がある。
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、目標とする
放射方向に正確にメインローブを設定する際に、アンテ
ナ素子それぞれの回転角調整を行なう必要なく、容易に
製作することが可能な高効率の山形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] すなわち、本発明に係わる山形アンテナは、金属板
と、この金属板に対向配置され該金属板と同等の外径寸
法を有すると共にその外周縁から中央部にかけて山形に
形成された山形金属板と、上記金属板と山形金属板とを
その中央部において1波長以下の間隔で対向させた状態
でそれぞれの外周縁部を短絡して一体化する環状の短絡
部と、上記金属板の中央部に設けられた給電部と、上記
山形金属板にその中心部から一定間隔毎の同心円状に多
数貫通形成された開孔と、この多数の開孔のそれぞれに
挿入立設されたアンテナ素子とを備えて構成したもので
ある。
[作用] つまり、上記アンテナ素子の素子高さをアンテナ中央
部より外周縁寄りに順次低くして設定し、アンテナ放射
方向に平行な平面に対し各アンテナ素子からの送信電波
を同位相で到達させることで、目標とする放射方向に容
易にメインローブを設定することができる。
[実施例] 以下図面により本発明の一実施例について説明する。
第1図(A)及び(B)はそれぞれ山形アンテナの構
成を示す断面図及び平面図である。
第1図において、21は円形平板の第1の金属板、22は
円形山形(円錐状)の第2の金属板であり、第1の金属
板21の中央には給電部23が設けられ、この第1の金属板
21と第2の金属板22とは、それぞれその外周縁において
環状の短絡部24を介在して対向一体化され、その内部空
間に中央部で広く周辺部において狭くなる導波路25が形
成される。上記第2の金属板22には、多数の開孔26,…
が放射同心円状に形成され、そのそれぞれの開孔26,…
に対しては、ヘリカルアンテナ素子27,…が挿入立設さ
れる。
ここで、上記山形アンテナの第1の金属板21の中央部
と第2の金属板22の山形頂部とを結ぶ導波路25の最大間
隔、及び各アンテナ素子27,…の配置間隔は、何れも1
λ以下に設定され、アンテナ素子27,…それぞれの素子
高さは、第2の金属板22の山形形状に沿って中央より順
に低く設定される。
第2図は上記山形アンテナにおけるアンテナ素子27の
取付け構造を示す断面図であり、アンテナ素子27は、ヘ
リカル状の放射部27aと直線状の結合部27bとから構成さ
れ、第2の金属板22の開孔26には誘電体からなるT字状
の支持物28が嵌挿され、この支持物28の中心位置に上記
結合部27bが挿入されアンテナ素子27が立設支持され
る。
すなわち、上記給電部23に送信電力が給電されると、
この給電部23から導波路25を通して伝搬される送信電波
は、各アンテナ素子27,…の結合部27bにおいて分岐結合
され、放射部27aを介して上方空間に放射される。
この場合、各アンテナ素子27,…における結合部27bの
長さが長いほど、その電波結合度は大きくなるもので、
該結合部27bの長さは、全てのアンテナ素子27,…がそれ
ぞれ均一な電力を放射する長さに設定される。ここで、
各アンテナ素子27,…からの送信電波は、何れも同位相
で放射される。
第3図は上記山形アンテナの各部における設計寸法と
送信波長との関係を示すもので、給電部23から各アンテ
ナ素子271,272,273までの距離を、それぞれ0.95λ間隔
で0.95λ,1.9λ,2.85λとし、各アンテナ素子271,272,2
73間の高低差を0.05λ間隔に設定する。
ここで、最内周部のアンテナ素子271からこの山形ア
ンテナの放射方向に平行なA−A面までの距離をdとす
ると、給電部23から各アンテナ素子271,272,273を介し
て上記A−A面に到達する電波は、 アンテナ素子273において、 2.85λ+0.1λ+d=2.95λ+d、 アンテナ素子272において、 1.9λ+0.05λ+d=1.95λ+d、 アンテナ素子271において、 0.95λ+0+d=0.95λ+dとなり、このそれぞれに
「0.05−d」を共通に加えると、 アンテナ素子271において λ、 アンテナ素子272において2λ、 アンテナ素子273において3λとなる。
すなわち、この山形アンテナの放射方向に平行なA−
A面には、各アンテナ素子27,…からの放射電波が全て
同位相で到達することになり、このA−A面の方向に指
向性のメインローブが形成されるようになる。
一方、上記山形アンテナを日本における衛星放送の受
信アンテナとして構成した場合に、アンテナ素子の配列
段数を6段、素子配置間隔を0.95λとして具体的な寸法
を示すと、素子配置間隔24.1mm、素子間高低差1.3mmと
なり、最外周のアンテナ素子から短絡部までの間隔をλ
/4とすると、山形アンテナ全体の外径は302mmφ、導波
路の高さは中央部において9mm、外周部において2.5mmと
なる。さらに、第1の金属板の支持構造及びアンテナ高
さ,アンテナカバー等を考慮すると、その全体の厚さは
中央部において25mm、外周部において20mmとなる。
したがって、上記構成の山形アンテナによれば、山形
円錐状にした第2の金属板に対し、多数のアンテナ素子
を放射同心円状に配列し、中央給電部寄りから外周部寄
りに各アンテナ素子の素子高さが次第に低くなるよう構
成したので、放射方向に平行な平面において、各アンテ
ナ素子からの送信電波を容易に同位相で到達させること
ができ、従来の平面アンテナのようにアンテナ素子それ
ぞれの回転角調整を行なわずとも、指向性のメインロー
ブを所定の放射方向に正確に設定することが可能にな
る。
これにより、高効率アレーアンテナの製作が容易にな
り、その生産性を向上することができる。
第4図は山形アンテナの第2実施例の構成を示すもの
で、この山形アンテナでは、第2の金属板22に平行にし
て第1の金属板21も山形円錐状にして構成し、アンテナ
内周部乃至外周部における導波路25の間隔を一定とす
る。これによれば、高姿態の電波の発生を防ぎ、損失を
少なくすることができる。
第5図は山形アンテナの第3実施例の構成を示すもの
で、この山形アンテナでは、第1の金属板21の中央に、
その傾斜面が第2の金属板22に平行な円錐台31を設置し
て構成する。これによれば、上記第2実施例と同様にし
て、高姿態の電波の発生を防ぎ、損失を少なくすること
ができる。
尚、上記実施例におけるアンテナ素子の放射部には、
ヘリカルアンテナを用いて構成したが、パッチアンテ
ナ,スパイラルアンテナ,L型アンテナ,ダイポールアン
テナ等、円偏波型、直線偏波型を問わず用いることがで
きる。
また、上記実施例における各金属板は、プラスチック
構造体に金属箔を張付けたものでも、導電塗料を塗った
ものでもよい。
さらに、上記実施例における給電部はプローブ型とし
て構成したが、ループ型として構成してもよく、そし
て、上記プローブは、第2の金属板に短絡したり、ある
いはその先端を太くすると、整合性を良好にすることが
できる。
一方、上記山形アンテナを、例えば衛星放送受信アン
テナとして構成した場合には、給電部にコンバータが設
けられ、給電線を介して受信機に接続されることにな
る。
[発明の効果] 以上のように本発明によれば、金属板と、この金属板
に対向配置され該金属板と同等の外径寸法を有すると共
にその外周縁から中央部にかけて山形に形成された山形
金属板と、上記金属板と山形金属板とをその中央部にお
いて1波長以下の間隔で対向させた状態でそれぞれの外
周縁部を短絡して一体化する環状の短絡部と、上記金属
板の中央部に設けられた給電部と、上記山形金属板にそ
の中心部から一定間隔毎の同心円状に多数貫通形成され
た開孔と、この多数の開孔のそれぞれに挿入立設された
アンテナ素子とを備え、上記アンテナ素子の素子高さを
アンテナ中央部より外周縁寄りに順次低くして設定し、
アンテナ放射方向に平行な平面に対し各アンテナ素子か
らの送信電波を同位相で到達させるよう構成したので、
目標とする放射方向に正確にメインローブを設定する際
に、アンテナ素子それぞれの回転角調整を行なう必要な
く、容易に製作することが可能な高効率の山形アンテナ
を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)及び(B)はそれぞれ本発明の一実施例に
係わる山形アンテナの構成を示す断面図及び平面図、第
2図は上記山形アンテナにおけるアンテナ素子の取付け
構造を示す断面図、第3図は上記山形アンテナの各部に
おける設計寸法と送信波長との関係を示す図、第4図は
山形アンテナの第2実施例の構成を示す図、第5図は山
形アンテナの第3実施例の構成を示す図、第6図は従来
のアレーアンテナとして使用されている平面アンテナの
構成を示す断面図である。 21……円形平板の第1の金属板、22……円形山形の第2
の金属板、23……給電部、24……短絡部、25……導波
路、26……開孔、27……アンテナ素子、27a……放射
部、27b……結合部、28……誘電体支持物。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−131104(JP,A) 1989年信学秋全大会B−29(電子情報 通信学会、秋季全国大会講演論文集、分 冊2、通信エレクトロニクス、B−29) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01Q 21/22 H01Q 13/10

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属板と、この金属板に対向配置され該金
    属板と同等の外径寸法を有すると共にその外周縁から中
    央部にかけて山形に形成された山形金属板と、上記金属
    板と山形金属板とをその中央部において1波長以下の間
    隔で対向させた状態でそれぞれの外周縁部を短絡して一
    体化する環状の短絡部と、上記金属板の中央部に設けら
    れた給電部と、上記山形金属板にその中心となる上記給
    電部から0.95波長間隔毎の同心円状に多数貫通形成され
    た開孔と、この多数の開孔のそれぞれに挿入立設された
    アンテナ素子とを具備し、上記アンテナ素子の素子高さ
    をアンテナ中央部より外周縁寄りに順次0.05波長ずつ低
    くして設定し、アンテナ放射方向に平行な平面に対し各
    アンテナ素子からの送信電波を同位相で到達させること
    を特徴とする山形アンテナ。
  2. 【請求項2】上記金属板は上記山形金属板に平行な面を
    有する山形状に形成されてなることを特徴とする請求項
    1記載の山形アンテナ。
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