JP3495721B2 - 半円ラジアルアンテナ - Google Patents

半円ラジアルアンテナ

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、数GHz〜数十G
Hz帯で使用される広角ビームを有する半円ラジアルア
ンテナに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、数GHz〜数十GHz帯の電波を
ビーム状に放射するアンテナとしてホーンアンテナが一
般に知られているが、このホーンアンテナは水平面の放
射角度が狭いので、最近、広角ビーム特性を有する半円
ラジアルアンテナが考えられている。
【0003】上記半円ラジアルアンテナは、半円状の上
部導波板と下部導波板とを所定の間隔の間隔を保って対
向配置すると共に、その基部(直線端部)を短絡壁によ
り短絡して上部導波板と下部導波板との間に半円ラジア
ル導波路を構成し、上記半円ラジアル導波路に外部から
給電するようにしたもので、半値幅120°程度の広角
ビーム特性とすることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のように半円ラジ
アルアンテナは、広角ビーム特性が得られるものである
が、更に利得の向上が望まれている。また、放射ビーム
の方向は、正面方向に固定され、放射角度を変えること
ができないという問題があった。
【0005】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたもので、利得を向上でき、また、放射ビームの上下
方向にチルトさせることができる半円ラジアルアンテナ
を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】第1の発明に係る半円ラ
ジアルアンテナは、半円状の上部導波板及び下部導波板
を所定の間隔を保って対向配置して構成する半円ラジア
ル導波路と、前記上部導波板及び下部導波板の直線端部
を短絡する短絡壁と、前記下部導波板の前記短絡壁側中
心部に設けられる給電部と、前記上部導波板及び下部導
波板の前端部を上下方向に延長した延長部と、前記上部
導波板の延長部の外周面に形成した約1波長周期の複数
の第1の溝と、前記下部導波板の延長部の外周面に形成
した約1波長周期の複数の第2の溝と、前記半円ラジア
ル導波路及び前記各延長部の前面に設けられる厚さがお
おむね1/2波長以上の誘電体とを具備したことを特徴
とする。
【0007】 第2の発明は、前記第1の発明に係る半
円ラジアルアンテナにおいて、前記第1、第2の溝の周
期を変えて放射ビームを上下方向にチルトさせること
特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。 (第1実施形態)図1及び図2は、本発明の第1実施形
態に係る半円ラジアルアンテナ1の基本構成図を示した
もので、図1は外観斜視図、図2は同横断面図、図3は
縦断面図である。図1に示すように半円ラジアルアンテ
ナ1は、半円状の上部導波板2と下部導波板3とを所定
の間隔例えば0.25λ(λ/4λ)程度の間隔sを保
って対向配置すると共に、その基部(直線端部)を厚さ
tの短絡壁4により短絡し、上部導波板2と下部導波板
3との間に半円ラジアル導波路5を構成している。すな
わち、この半円ラジアル導波路5は、基部が短絡壁4に
より短絡され、円周部が開口した状態に形成される。上
記上部導波板2及び下部導波板3の厚さBは0.23λ
程度、短絡壁4の厚さtは0.08λ程度に設定され
る。
【0009】また、上部導波板2の上面及び下部導波板
3の下面には、外周縁に沿って馬蹄形状の溝形成板6、
7を所定の間隔を保って装着し、溝8、9を形成してい
る。この場合、溝形成板6、7は、基部を上部導波板
2、下部導波板3に装着し、溝8、9の底部を短絡す
る。すなわち、図3に示すように上部導波板2の上面及
び下部導波板3の下面に前面(円周部)を開口した深さ
Lc、高さがhcの溝8、9を形成する。上記溝8、9
の深さLcは0.25λ、高さhcは0.08λ程度に
設定される。
【0010】そして、下部導波板3には、図2に示すよ
うに短絡壁4から一定の間隔d例えばλ/4離れた中心
位置に給電部(プローブ)11が設けられる。上記上部
導波板2及び下部導波板3は、半径rの半円状に形成さ
れ、その半径rの値は例えば2λ程度に設定される。
【0011】上記給電部11としては、例えば図4に示
すような同軸コネクタ12が使用され、その中心部より
半円ラジアル導波路5内に給電ピンが突出して設けられ
る。この給電ピンの突出長さLproは、0.175λ程
度に設定される。
【0012】上記第1実施形態で示したように上部導波
板2及び下部導波板3の外側に溝8、9を設けることに
より、溝8、9のチョーク効果によりアンテナ後方領域
への不要放射を阻止してアンテナ利得を向上することが
できる。
【0013】図5(a)、(b)は溝8、9を設けてい
ない従来形の半円ラジアルアンテナの放射特性を示し、
同図(c)、(d)は上記第1実施形態に係る溝8、9
を設けた半円ラジアルアンテナ1の放射特性を示したも
のである。この場合、半円ラジアルアンテナ1の受信周
波数を12.5GHz(波長λ=24.0mm)とし、
各部の寸法を次のように設定した。
【0014】r =2.08λ d =0.25λ t =0.08λ B =0.23λ hc=0.08λ Lc =0.20λ Lpro=0.175λ また、図1及び図2に示すように、給電点(原点)を通
ってアンテナの短絡壁4と平行する方向をx軸、このx
軸と直交する正面方向をy軸、上記x、y軸の原点から
垂直に向かう方向をz軸として図5の放射特性を示し
た。そして、図5(a)、(c)はx軸からy軸方向に
向かう角度をφとする水平面の放射特性Eφを示し、図
5(b)、(d)はz軸からy軸方向に向かう角度をθ
とする垂直面の放射特性Eθを示している。
【0015】上記図5の放射特性から明らかなように、
上部導波板2の上面及び下部導波板3の下面に溝8、9
を設けることによってアンテナ後方領域(−y軸領域)
への不要放射が減少していることが分かる。従って、ア
ンテナ前方領域への利得を増大することができる。
【0016】(第2実施形態)次に本発明の第2実施形
態について説明する。図6は、本発明の第2実施形態に
係る半円ラジアルアンテナ1の構成を示す外観斜視図、
図7は同縦断面図である。この第2実施形態に係る半円
ラジアルアンテナ1は、図6及び図7に示すように上部
導波板2及び下部導波板3の外周面(前端面)に沿って
溝を設けることによって溝8、9を形成したものであ
る。この場合、溝8、9の深さLc及び高さhcは、上
記第1実施形態と同様の値に設定される。また、溝8は
上部導波板2の上面に近接して設けられ、溝9は下部導
波板3の下面に近接して設けられる。
【0017】図8は、上記第2実施形態に係る半円ラジ
アルアンテナ1の放射特性を示したものである。すなわ
ち、図8(a)はx軸からy軸方向に向かう角度をφと
する水平面の放射特性Eφを示し、図8(b)はz軸か
らy軸方向に向かう角度をθとする垂直面の放射特性E
θを示している。なお、図8の放射特性は、半円ラジア
ルアンテナ1の各部の寸法を第1実施形態と同じ値に設
定した場合について示したものである。
【0018】上記第2実施形態に係る半円ラジアルアン
テナ1においても、第1実施形態の場合と同様に、アン
テナ後方領域(−y軸領域)への不要放射を減少してア
ンテナ前方領域への利得を増大することができる。
【0019】(第3実施形態)次に本発明の第3実施形
態について説明する。図9は、本発明の第3実施形態に
係る半円ラジアルアンテナ1の構成を示す縦断面図であ
る。この第3実施形態は、上部導波板2及び下部導波板
3の前端部を上下方向に延ばして延長部21、22を構
成し、この延長部21、22の外周面に複数の溝8、9
を構成したものである。延長部21、22の幅Laは、
溝8、9の深さLcより少し大きく形成する。上記延長
部21、22の高さは、形成する溝8、9の数に応じて
設定する。溝8、9の数は、それぞれ2ないし10個程
度が効果的である。また、溝8、9の周期Wは、約1λ
程度である。
【0020】上記第3実施形態のように上部導波板2及
び下部導波板3の前端部に延長部21、22を構成し、
この延長部21、22の外周面に複数の溝8、9を構成
することにより、溝8、9のチョーク効果によってアン
テナ後方領域(−y軸領域)への不要放射を、より確実
に減少してアンテナ前方領域への利得を更に増大するこ
とができる。
【0021】(第4実施形態)次に本発明の第4実施形
態について説明する。図10は、本発明の第4実施形態
に係る半円ラジアルアンテナ1の構成を示す縦断面図で
ある。この第4実施形態は、図9に示した第3実施形態
において、半円ラジアルアンテナ1の前面側、すなわち
半円ラジアル導波路5及び延長部21、22の前面側に
厚さLdがおおむねλ/2以上の誘電体25を設けたも
のである。この場合のλは、「λ=λo/(√εr )」
である。なお、上記λo は自由空間波長であり、εr は
誘電体25の誘電率を示している。
【0022】上記のように半円ラジアルアンテナ1の前
面側にλ/2以上の誘電体25を設けることにより、誘
電体25が誘電体線路となり、半円ラジアル導波路5か
ら誘電体25内を通って上下方向に向かう電磁波が増大
する。上記誘電体25内を通って上下方向に向かう電磁
波は、延長部21、22に設けた溝8、9によって電流
がカットされ、この結果、正面方向に放射されるように
なる。従って、正面方向への放射ビームを増大して利得
を向上することができる。
【0023】なお、図10では、溝8、9内に誘電体を
充填していない場合について示したが、溝8、9内に誘
電体を充填しても良いことは勿論である。この場合、溝
8、9の大きさは、誘電体による波長短縮率を考慮し
て、すなわち、上記したように波長λを「λ=λo/
(√εr )」として計算する。
【0024】(第5実施形態)次に本発明の第5実施形
態について説明する。図11は、本発明の第5実施形態
に係る半円ラジアルアンテナ1の構成を示す縦断面図で
ある。上記第4実施形態が溝8、9を延長部21、22
に設けたのに対し、この第5実施形態では、誘電体25
の前面に溝8、9を設けている。
【0025】上記のように誘電体25の前面側に溝8、
9を形成することによって誘電体25内のインピーダン
スの変化と共に伝送モードが乱れ、電磁波を放射する。
従って、半円ラジアル導波路5から上記誘電体25内を
通って上下方向に向かう電磁波は、上記溝8、9の伝送
モードの乱れよって正面方向に放射されるようになる。
この結果、正面方向への放射ビームを増大して利得を向
上することができる。
【0026】(第6実施形態)次に本発明の第6実施形
態について説明する。図12は本発明の第6実施形態に
係る半円ラジアルアンテナ1の構成を示す縦断面図、図
13は同正面図である。この第6実施形態は、誘電体2
5の前面に溝8、9の代わりに金属ストリップ線路2
6、27を例えば蒸着等によって設けたものである。上
記金属ストリップ線路26、27の周期を約1λ程度に
設定することにより、半円ラジアル導波路5から上記誘
電体25内を通って上下方向に向かう電磁波は、金属ス
トリップ線路26、27によって正面方向に放射され
る。この結果、正面方向への放射ビームを増大して利得
を向上することができる。
【0027】なお、上記第3実施形態(図9)ないし第
5実施形態(図11)に示すように溝8、9を複数設け
た場合、各溝8、9の周期W(間隔)を変えることによ
り、放射ビームを上方向あるいは下方向にチルトさせる
ことができる。
【0028】また、図12、図13の第6実施形態に示
すように金属ストリップ線路26、27を複数設けた場
合においても、金属ストリップ線路26、27の周期
(間隔)を変えることにより、放射ビームを上方向ある
いは下方向にチルトさせることができる。
【0029】
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、半
円状の上部導波板と下部導波板とを所定の間隔を保って
対向配置すると共に、その基部を短絡壁により短絡して
上部導波板と下部導波板との間に半円ラジアル導波路を
構成し、この半円ラジアル導波路に外部から給電するよ
うにした半円ラジアルアンテナにおいて、上部導波板及
び下部導波板の前端外周面に少なくとも1つ以上の溝を
形成することにより、アンテナ後方領域への不要放射を
減少して利得を向上することができる。
【0030】また、本発明は、半円ラジアルアンテナに
おいて、上部導波板及び下部導波板の前端側の上下方向
に延長部を設け、この延長部の外周面に複数の溝を形成
するようにしたので、更に利得を向上することができ
る。また、上記延長部に形成した複数の溝の間隔を変え
ることにより、放射ビームを上下方向にチルトすること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る半円ラジアルアン
テナの構成を示す外観斜視図。
【図2】同実施形態における横断面図。
【図3】同実施形態における縦断面図。
【図4】同実施形態における給電部分を示す図。
【図5】同実施形態及び従来の半円ラジアルアンテナの
放射特性を示す図。
【図6】本発明の第2実施形態に係る半円ラジアルアン
テナの構成を示す外観斜視図。
【図7】同実施形態における縦断面図。
【図8】同実施形態における放射特性を示す図。
【図9】本発明の第3実施形態に係る半円ラジアルアン
テナの構成を示す縦断面図。
【図10】本発明の第4実施形態に係る半円ラジアルア
ンテナの構成を示す縦断面図。
【図11】本発明の第5実施形態に係る半円ラジアルア
ンテナの構成を示す縦断面図。
【図12】本発明の第6実施形態に係る半円ラジアルア
ンテナの構成を示す縦断面図。
【図13】同実施形態における半円ラジアルアンテナの
正面図。
【符号の説明】
1…半円ラジアルアンテナ 2…上部導波板 3…下部導波板 4…短絡壁 5…半円ラジアル導波路 6、7…溝形成板 8、9…溝 11…給電部 12…同軸コネクタ 21、22…延長部 25…誘電体 26、27…金属ストリップ線路
フロントページの続き (72)発明者 山本 雄介 東京都小金井市東町2−28−15 エント ピア武蔵野105号 (56)参考文献 特開2000−332532(JP,A) 特開 昭62−151003(JP,A) 特開 昭62−199102(JP,A) 特開 昭61−219203(JP,A) 特開 平3−29503(JP,A) 特開 平9−222506(JP,A) 特開 平11−122022(JP,A) 特開2001−127532(JP,A) 特許2553585(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01Q 13/02 H01Q 13/20

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半円状の上部導波板及び下部導波板を所
    定の間隔を保って対向配置して構成する半円ラジアル導
    波路と、前記上部導波板及び下部導波板の直線端部を短
    絡する短絡壁と、前記下部導波板の前記短絡壁側中心部
    に設けられる給電部と、前記上部導波板及び下部導波板
    の前端部を上下方向に延長した延長部と、前記上部導波
    板の延長部の外周面に形成した約1波長周期の複数の第
    1の溝と、前記下部導波板の延長部の外周面に形成した
    約1波長周期の複数の第2の溝と、前記半円ラジアル導
    波路及び前記各延長部の前面に設けられる厚さがおおむ
    ね1/2波長以上の誘電体とを具備したことを特徴とす
    る半円ラジアルアンテナ。
  2. 【請求項2】 前記第1、第2の溝の周期を変えて放射
    ビームを上下方向にチルトさせることを特徴とする請求
    項1に記載の半円ラジアルアンテナ。
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