JP3156264U - クワッドリッジ型アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金属リッジによるビーム割れを解消するために用いる角錐ホーンの重量増とコスト増に対処する改良されたクワッドリッジ型アンテナを提供する。【解決手段】一対２組の金属板リッジ１５，１６，１７，１８の各一対が対向する側の反対側の外縁部に沿って、複数個の金属線材ロッド２１，２２，２３，２４からなる金属遮蔽部材２０を、金属板リッジと直行方向で所定の間隔をもって、それぞれの隣り合った金属リッジに固着される。この金属遮蔽部材は従来の角錐ホーンの作用効果を奏し、ビーム割れを抑止し軽減し、軽量化と低コスト化を図る。【選択図】図１

Description

この考案は、電磁波を放射するクワッドリッジ型アンテナ装置、特に、ホーンアンテナにおける金属遮蔽部材の軽量化を図るクワッドリッジ型アンテナ装置に関する。

クワッドリッジ型ホーンアンテナは、４つのリッジを備え、基本的に２種類のモードの偏波における直交性を有効に活かして機能する。４つのリッジは、互いに直交する２つの直線偏波を合成し、楕円偏波を形成したり、それぞれの直線偏波を個別に送信または受信したりして、偏波識別あるいは対称アンテナ効率の良い送受信を行う。楕円偏波は、１つの面に存在する大部分の主成分と、この主成分と位相が異なる僅かな交叉偏波成分とを含んでおり、完全に取り除くことのできない交叉偏波成分を最小限にとどめるように設計される。その結果、フィード部分において２つの偏波モードが結合することは避けられず、アンテナとしての特性を損なう。従来のホーンアンテナとして、特許文献１は、より広い動作周波数帯域において良好な放射パターンを示し優れた性能を発揮させるために、リッジに拡張部材を備えることを提案している。これは、帯域確保が困難なデュアル型やシングル型、また、動作可能な周波数領域が１ＧＨｚから１０ＧＨｚ程度であるクワッドリッジ型ホーンアンテナを改善する提案である。一方、特許文献２には、給電用導波管と、この給電部に接続される大きい開口面を有する角錐ホーンと、この角錐ホーンの対向する２つの内壁面中央に設けて給電部から開口面に向かうリッジとを備える方位探知アンテナ装置としてのホーンアンテナを開示している。たとえば、特許文献２の図９に示されたクワッドリッジ型ホーンアンテナは、リッジの一端が給電部の位置に配置され、他端が角錐ホーン内壁面の磁界面方向の幅寸法を給電用導波管の遮断周波数の１／２波長以上で、かつ、１波長以下となる位置に配置している。

特開２００５−３１２０４９号公報 特開２００４−２０７８５６号公報

従来のクワッドリッジ型アンテナの簡易構造は、図８に示すように、給電用コネクタ１の枠体２に１対の金属板からなるリッジ３を２組取り付けて構成される。４個のリッジ３は向かい合う面がテーパ状に形成され、給電点から放射方向に向かって次第に間隔が広がるような構造で、空間へのインピーダンス整合が取れるようになっている。すなわち、２組の一対の金属板を同一形状にして放射状方向に広がった配置構成とし、枠体２に装着した２個のコネクタ１を介して供給されるエネルギーがリッジ３を励振し、直行した２つの偏波の電波を独立的に空間に放射する。

このように従来のクワッドリッジ型アンテナは、構造が簡単で軽量と言う利点がある反面、本来、一対のリッジの隙間に主にエネルギーが伝搬して電波空間に放射されるべき電波が、リッジの隙間以外の部分に電流が流れて、それぞれの金属板を取り巻くような磁界を発生させるという欠点がある。そのため、リッジの内側方向の隙間側と反対側の面に乗った電流等の影響で放射方向以外の方向に不要な放射が出やすく、開口面から放射される電波との位相の関係で主ビームのピークが落ち込むような現象が発生する。図５および６は、シミュレーションによる結果を示し、こうした放射パターンの特性曲線を点線で示している。また、図７ｂには従来のクワッド型アンテナの電磁界分布図が示されている。

ビームのピーク落ち込みの欠点を排除するために、周囲を金属板の角錐ホーンで遮蔽して不要放射を発生させない方法が採用される（特許文献１および２参照）。図９に示すように、このような従来のクワッドリッジ型ホーンアンテナは、金属板からなる角錐ホーン４を枠体２に装着する。いわゆる、４重リッジのクワッドリッジ型ホーンアンテナである。なお、図９のホーンアンテナにおいては、図８に示すクワッドリッジ型アンテナと同様な部分は同一の符号で示し、詳細な説明を省略する。従来のクワッドリッジ型ホーンアンテナは、各リッジ３の隙間を電波が伝搬し、次第に導波管のTE10モードに変換され、角錐ホーン４の開口面のみから電波が放射され、ビームピークでの落ち込みによるビーム割れは軽減される。しかし、この様なホーンアンテナは、角錐ホーンにより機械的強度が増加する反面、周囲を金属板で覆うために、重量がかさみ、構造が複雑になり、コスト高となる等の欠点がある。

したがって、本考案は上記欠点を排除するために提案されたものであり、軽量かつローコストでありながらアンテナパターン特性を良好に維持できる新規かつ改良された広帯域で水平・垂直のクワッドリッジ型アンテナ装置の提供を目的とする。換言すると、従来のクワッドリッジ型アンテナのビーム割れを解消すると同時に、クワッドリッジ型ホーンアンテナの角錐ホーンによる重量増とコスト増の問題を解消する新規かつ改良されたクワッドリッジ型アンテナを提供する。

本考案によれば、給電部材から放射方向にテーパ状に次第に広がるように、間隔を隔てて取り付けられた第１の１対の金属板リッジと、この金属板リッジの間隔の中心線を共有し、この金属板リッジと同じテーパ状に広がる間隔を有し、この金属板リッジと直行するように取り付けられた第２の１対の金属板リッジとからなる４重リッジアンテナにおいて、テーパ状に次第に広がる間隔のある側と反対側になるリッジ外縁部に、その形状に沿って金属遮蔽部材が設けられる。すなわち、４枚の金属板リッジの全てに対し、電波の放射する前方方向で、１対の金属板リッジによって形成される平面に直交する向きに、金属材シールド部材である平板状の板材または棒状のロッド線材を所定の間隔で装着したことを特徴とする４重リッジのアンテナ装置が提供される。ここで、金属材シールド部材がロッドである場合には、給電点にから放射方向に向かって次第に長くして取り付けられ、その取付範囲を周波数帯域上限周波数の自由空間波長以下の間隔で配置する。望ましくは、金属シールド部材は所定の間隔を有して複数個のロッドからなり、その最大寸法は、１対の金属板リッジによって形成される開口寸法の１／２以上の寸法とされる。それにより、所望する特性が得られることを見出した。

本考案の別の観点によれば、一対の給電用コネクタを含む給電部材を装着した第1導波管部およびこの導波管部と結合する第２導波管部とからなる導波管と、この導波管に一端部を固着し、共有する中心線から互いに間隔を隔てて放射方向に対してテーパ状に広がって延びる２組の一対からなる４個の金属板リッジと、これらの金属板リッジの外縁部に沿って固定保持した金属遮蔽部材とを備えるクワッドリッジ型アンテナ装置が提供される。ここで、前記金属遮蔽部材は、放射状方向に延びた金属板リッジの先端側から固着側に沿った外縁部に位置して、それぞれ独立し導波管に固着した単一の金属板材構造としたり、金属板リッジの先端側から順次所定の間隔で外縁部に取付固着した複数個の金属線材のロッドからなり、各金属線材の長さを金属板リッジへの取付位置に応じて変えて配置する構造としたりすることができる。後者の金属線材のロッドでは給電部材から放射方向に沿って順次長く、それぞれの隣り合う金属板リッジとは独立して取り付けできる。好ましくは、前記金属遮蔽部材は周波数帯域上限周波数の自由空間波長以下の間隔で配列すること、または、前記金属板遮蔽部材の最大寸法は、金属板リッジの一対が形成する開口寸法の１／２以上の寸法としたクワッドリッジ型アンテナ装置である。さらに、前記金属板リッジを固着する導波管のうち第２導波管部は、第１導波管部より大きな外形寸法を有し、給電端のインピーダンス整合に寄与する長さに設定されることを特徴としたクワッドリッジ型アンテナ装置を開示する。

本考案のクワッドリッジ型アンテナ装置は、金属板リッジの外側縁部にシールド用金属遮蔽部材が固定保持されているので、アンテナパターンのピーク値の落ち込みが抑制される。その結果、アンテナ装置の放射パターン特性として、指向性が向上される等の実用的効果を奏する。また、金属遮蔽部材は従来のように角錐ホーンでなく、金属板材や金属線材を所定のピッチ間隔で取り付けるので重量的に軽減でき、本体自体の軽量化と低コスト化が図れる。従って、金属リッジによるビーム割れを解消するために用いる角錐ホーンの重量増とコスト増に対処する改良されたクワッドリッジ型アンテナを提供する。

本考案に係る実施例１のクワッドリッジ型アンテナ装置の斜視図。 同じく図１のクワッドリッジ型アンテナ装置の正面図。 同じく図１のクワッドリッジ型アンテナ装置で、図３（ａ）は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図、および図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ部分の拡大図。 本考案に係る実施例２のクワッドリッジ型アンテナ装置の斜視図。 電界面放射パターンを示す特性図で、実線が実施例１のクワッドリッジ型アンテナ装置の特性図、点線が従来例のアンテナの特性図である。 磁界面放射パターンを示す特性図で、実線が実施例１のクワッドリッジ型アンテナ装置の特性図、点線が従来例のアンテナの特性図である。 電磁界分布図を示し、図７ａは実施例１のクワッドリッジ型アンテナ装置の分布図および図７ｂは従来例のアンテナの電磁界分布図である。 従来のクワッドリッジ型アンテナの斜視図である。 従来のクワッドリッジ型ホーンアンテナの斜視図である。

本考案によれば、一対の給電用コネクタを装着した給電部材と、この給電部材を収容する第1導波管部およびこの導波管に接合してこれより大きい第２導波管部を含む導波管と、この導波管に一端部が取付け固着された、互いに中心線を共有して、間隔を隔てて放射方向に対してテーパ状に広がって延びる２組の一対からなる４個の金属板リッジと、各金属板リッジの外側縁部に沿って固定保持した金属遮蔽部材とを具備するクワッドリッジ型アンテナ装置が提供される。ここで、金属遮蔽部材は単一の金属板材または複数個の金属線材ロッドが使用される。金属板材の金属遮蔽部材では、金属板リッジへの取付に際し、それぞれ独立して導波管に端部を固着する。また、金属遮蔽部材が複数個の金属線材ロッドである場合、ロッドの長さは金属板リッジへの取付位置に応じ、給電部材から放射方向に沿って順次長くして直接金属板リッジに固着される。好ましくは、金属遮蔽部材は、周波数帯域上限周波数の自由空間波長以下の間隔で配列し、金属板遮蔽部材の最大寸法は、金属板リッジの一対が形成する開口寸法の１／２以上の寸法としたクワッドリッジ型アンテナ装置である。さらに、構造上、信号を送信あるは受信するためのコネクタと２組の一対のリッジを取り付け保持する導波管は、広帯域にわたって入力端子のコネクタ部分でのインピーダンス整合を取りやすくする調整箇所として第１導波管部よりも寸法が大きくかつインピーダンス整合を取るために必要な所定の長さを有する第２導波管部を設けている。この第２導波管部でも２組のリッジを保持しており、機械的な補強効果も得られる。それゆえに、クワッドリッジ型アンテナのリッジのビーム割れを解消し、クワッドリッジ型ホーンアンテナにおける角錐ホーンの重量増とコスト増の問題を解消する改良されたクワッドリッジ型アンテナが提供される。

従来の２組の1対で４個の金属板リッジを有するクワッドリッジ型アンテナにおいては、金属板に漏れ電流が流れやすく、広帯域の一部の周波数においては位相の関係で、ビームが割れるなどの問題があった。一方、２組のリッジの周囲を金属板で覆うリッジ付の角錐ホーンの形にすればビームの割れる現象は軽減されるが、重量増加と構造の複雑化やコスト高の欠点があった。本考案はこうした課題を克服するべくなされたものであり、その目的を達成するために、２組の１対金属板が対向する面と反対側の面の近くに金属板リッジと直行する向きに金属遮蔽部材を所定の間隔で取り付け配置している。これらの金属遮蔽部材があたかも角錐ホーンの金属板と同等の効果を奏し、課題であったビームが割れる現象を軽減し、かつ欠点であった重量増とコスト増を抑える簡易構造が実現できた。

以下、本考案の実施の形態に付いて第１の実施例であるクワッドリッジ型アンテナ装置について、図１乃至図３を参照して詳述する。クワッドリッジ型アンテナ装置１０は、図１に示すように、一対の給電用コネクタ１１，１２を含む給電部材を装着した第1導波管部１３と、この導波管部１３と結合する第２導波管部１４とからなる導波管、４個の金属板リッジ１５，１６，１７，１８、および複数個の金属ロッド２１，２２，２３，２４からなる金属遮蔽部材２０を具備する。金属板リッジ１５，１６，１７，１８は第１導波管部に一端部を固着し、共有の中心線から互いに間隔を隔てて放射方向に対してテーパ状に広がって延びたアルミニウム板からなる。４個の金属板リッジ１５，１６と１７，１８は互いに対となり、一対２組からなる。各金属板リッジ１５，１６，１７、１８の外縁部に沿って固定保持した金属遮蔽部材２０は、複数個のステンレス線材の金属ロッド２１．２２．２３．２４からなり、それぞれ放射状方向に延びた金属板リッジの先端側から導波管側に沿った外縁部に固定配置される。特に、各金属板リッジの外縁部に順次所定の間隔で固着された金属ロッドは、その長さが先端側から取付位置に応じて順次変えられている。また、隣り合うロッドとは互いに独立して配置されているが、互いに接触状態であってもよい。

図２の左側面図に示すように、金属リッジ１５に固定した金属ロッド２１，２２，２３，２４は、リッジ外縁部を貫通する状態で固着される。また、図３（ａ）および図３（ｂ）には図２の中央断面図、およびその導波管の要部を拡大して示している。これらの図は、導波管がコネクタを含む給電部材を装着した第１導波管部１３と、これと一体に接合する大きな第２導波管部１４とからなる導波管に、金属板リッジ１７，１８が固着されることを示す。なお、金属遮蔽部材の金属ロッドは周波数帯域上限周波数の自由空間波長以下の間隔で配列すること、その最大寸法は前記金属板リッジの一対が形成する開口寸法の１／２以上の寸法とすることが好ましい。また、金属板リッジを固着する導波管のうち第２導波管部１４は給電端のインピーダンス整合に寄与する長さに設定される。換言すると、本考案のクワッドリッジ型アンテナ装置は、一対２組の金属板リッジ１５，１６，１７，１８の各一対が対向する側の反対側の面に沿って、複数個の金属線材ロッド２１，２２，２３，２４からなる金属遮蔽部材２０を、金属板リッジと直行方向で所定の間隔をもって、それぞれの隣り合った金属リッジに固着され、それにより、この金属遮蔽部材が従来の角錐ホーンの作用効果を奏し、ビームが割れを抑止し軽減し、軽量化と低コスト化を図る。

次に、本考案に係る別の実施例のクワッドリッジ型アンテナ装置について、図４について詳述する。この実施例２は金属遮蔽部材として、金属線材のロッドに替えて金属板材を用いる。クワッドリッジ型アンテナ装置は、図４に示すように、一対の給電用コネクタ１１，１２を含む給電部材を第1導波管部１３と、この導波管部１３と結合する第２導波管部１４からなる導波管に装着される。これに、４個の金属板リッジ１５，１６，１７，１８と金属遮蔽部材の金属板材２６，２７，２８，２９とで構成される。なお、実施例１と同一部分は同一符号を用いて示し、詳細な説明を省略する。４個の一対２組の金属板リッジ１５，１６と１７，１８にはそれぞれのリッジ外側縁部に金属板材２６，２７，２８，２９が取付け固定されている。この実施例の周波数特性は、実施例１と同様に、アンテナパターンのピークの落ち込みが軽減され、指向性および利得の向上が解析により確認された。

クワッドリッジ型アンテナ装置について、図１に示す本考案の実施例１と図８に示す従来のアンテナとの周波数特性や性能について比較したのが図５ないし図７である。まず、電波の放射パターンについて、周波数特性曲線を図５および図６に示した。このうち図５は１０ＧＨｚの電界Ｅ面放射パターンの周波数分布であり、図６は１０ＧＨｚの磁界Ｈ面放射パターンの周波数分布である。いずれも、周波数特性曲線は本考案の実施例１によるアンテナ装置を実線で示したのに対して、従来例である図８のアンテナについては点線で示している。これらの特性曲線図から明らかなことは、従来のアンテナでは放射角度が０度付近で利得が低くパターン割れしているのに対して、本考案のアンテナ装置では正面の０度付近で利得が最大となり、そのビーム幅も狭くなる。特に、正面０度付近での利得が従来の８ｄＢに対し本考案が１４ｄＢであるのはビーム幅も絞れるなど、本考案は有利な効果を奏する。

次に、図７の電磁界の分布図について、本考案の実施例である図７（ａ）と従来例である図７（ｂ）とを比較して検討する。これらの図において、本体部分を除く白い部分が電波の強さ・伝達を表している。両図の比較から明らかなことは、本体側面部分での白い部分が、本考案の実施例が少ないのに対し従来例は多くなっている。これは本考案の実施例は横方向の電波漏れが少なく、その分だけ上方の正面側への電波が強く、正面方向のパターン割れがないことを示し、本考案の有利な効果と言える。

本考案のクワッドリッジ型アンテナ装置は、使用可能な周波数範囲が２〜１８ＧＨzと極めて広帯域で、ビームの割れも無く、指向性及び利得が優れており、直行偏波を別々に利用できる。したがって、相手先のアンテナの偏波、例えば、垂直、水平、斜めの直線偏波や円偏波に合わせた効率の良い送信または受信用のアンテナとして、また、偏波不明な到来電波の偏波識別や標準アンテナ装置として利用可能である。

１０…クワッドリッジ型アンテナ装置、
１１，１２…コネクタ、
１３…第１導波管部、
１４…第２導波管部、
１５，１６，１７，１８…金属板リッジ、
２０…金属遮蔽部材（シールド）、
２１，２２，２３，２４…金属線材（金属ロッド）、
２６，２７，２８，２９…金属板材。

Claims (6)

1. 一対の給電用コネクタを含む給電部材を装着した第1導波管部およびこの導波管部に結合する第２導波管部を有する導波管と、前記導波管に一端部を固着し、共有する中心線から互いに間隔を隔てて放射方向に関し、テーパ状に広がって延びる一対２組からなる４個の金属板リッジと、これらの金属板リッジの外縁部に沿って固定保持した金属遮蔽部材とを備えるクワッドリッジ型アンテナ装置。
2. 前記金属遮蔽部材は単一の金属板材からなり、放射状方向に延びた前記金属板リッジの先端側から固着側に沿った外縁部に位置し、それぞれ独立し前記導波管に固着したことを特徴とする請求項１に記載のクワッドリッジ型アンテナ装置。
3. 前記金属遮蔽部材は複数個の金属線材からなり、前記金属板リッジの外縁部に先端側から順次所定の間隔で固着され、前記金属線材の長さを、前記金属板リッジへの取付位置に対応して、前記給電部材から放射方向に沿って順次長くなるように配置したことを特徴とする請求項１に記載のクワッドリッジ型アンテナ装置。
4. 前記金属遮蔽部材は、周波数帯域の上限周波数の自由空間波長以下の間隔で配列することを特徴とする請求項２または３に記載のクワッドリッジ型アンテナ装置。
5. 前記金属板遮蔽部材の最大寸法は、前記金属板リッジの一対が形成する開口寸法の１／２以上の寸法としたことを特徴とする請求項２または３に記載のクワッドリッジ型アンテナ装置。
6. 前記金属板リッジが固着される前記第２導波管部は、前記給電部材を装着した前記第１導波管より大きな外形寸法を有し、給電端のインピーダンス整合に寄与する長さに設定したことを特徴とする請求項１ないし５に記載のクワッドリッジ型アンテナ装置。