JP3641802B2 - 対数周期アンテナ装置及びアレーアンテナ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、通信あるいはレーダシステム等として使用される広帯域の対数周期アンテナ装置及びアレーアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来の対数周期アンテナ装置を示す構成図である。図６において、１、２、３、４、５はダイポール素子、６は平行２線給電線路、７は高周波電源であり、高周波電源７に平行２線給電線路６が接続され、その先にダイポール素子１乃至５が接続される。８は１８０°位相反転給電線路で、各ダイポール素子１乃至５間を接続している。
【０００３】
次に動作を説明する。高周波電源７から給電された信号は平行２線給電線路６を介してダイポール素子１乃至５を励振する。あるダイポール素子と、これと隣合うダイポール素子とは１８０°位相反転給電線路８を介して順次接続されいる。ダイポール素子１乃至５は長さが順次長くなるように構成され、その寸法は、隣合うダイポール素子との長さの比が一定の定数になるように構成されている。ここで、それぞれのダイポール素子１乃至５は、その長さに応じて所望の周波数の約１／２波長に対応する周波数付近で共振し励振される。そのため、配置したダイポール素子の長さに対応した周波数範囲において広帯域に亘り使用が可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の対数周期アンテナ装置では、以上のように、それぞれのダイポール素子の共振周波数部分では効率良く電波が放射されるが、ダイポール素子とそれに隣合うダイポール素子の長さの比を大きくしていくと、各ダイポール素子の共振周波数の間隔が広がるため、あるダイポール素子の共振周波数と隣接するダイポール素子の共振周波数との間の周波数では効率が劣化し、その結果、電気的性能（利得、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）等）の周波数特性の平坦性が失われ、特定の周波数間隔で利得の落ち込み、ＶＳＷＲの劣化が発生する。
【０００５】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、各ダイポール素子の共振周波数を広げるために、ダイポール素子の共振の鋭さを緩和し、利得、ＶＳＷＲの周波数特性を平坦化して広帯域の対数周期アンテナ装置及びアレーアンテナ装置を得ることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る対数周期アンテナ装置は、隣り合うダイポール素子との長さの比が一定の定数となるように互いに異なる長さにした複数のダイポ−ル素子を、前記隣り合うダイポール素子とは１８０°位相反転給電線路を介して順次接続した対数周期アンテナ装置において、
前記ダイポール素子のそれぞれは、複数本のエレメントを有し、この一つのダイポ−ル素子内の前記複数本のエレメントは互いに長さが異なるように構成したものである。
【０００７】
また、上記各ダイポール素子を構成する複数本のエレメントを、給電線の同一点から放射状に設けたものである。
【０００９】
また、誘電体基板の裏表にストリップ導体を形成し、この裏と表のストリップ導体でダイポール素子を構成したものである。
【００１０】
また、本発明に係るアレーアンテナ装置は、上記対数周期アンテナ装置を素子アンテナとしてアレー構成のアレーアンテナ装置としたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図について説明する。図１において、１乃至５はそれぞれ１８０°位相反転して配置されたダイポール素子で、各ダイポール素子は長さが順次長くなるように構成され、その寸法は、隣合うダイポール素子との長さの比が一定の定数になるように構成されている。各ダイポール素子１乃至５は、その符号にａ、ｂ、ｃのサフィックスを付けて示す複数本（本例では３本）のエレメントから構成される。各エレメントはその長さがａ、ｂ、ｃの順に少しずつ長くなるように設定されており、例えば、ダイポール素子１のエレメント１ｂはエレメント１ａより長く、エレメント１ｃはエレメント１ｂより長い。他のダイポール素子についても同様の構成になっている。６はダイポール素子への平行２線給電線路、７は高周波電源、８は１８０°位相反転給電線路である。
【００１２】
次に動作を説明する。高周波電源７から信号が給電されると、この信号は平行２線給電線路６を介してダイポール素子１乃至５を励振する。これらのダイポール素子１乃至５はその長さに応じて所望の周波数の約１／２波長に対応する付近で共振し励振される。ここで、例えばダイポール素子１については、長さの異なるエレメント１ａ、１ｂ、１ｃで構成されており、各エレメント１ａ、１ｂ、１ｃの共振周波数が僅かずつ異なるため、ダイポール素子１の共振周波数の比帯域が広がる。ダイポール素子２乃至５についても同様な動作により広帯域化が図られる。従って、全体として、特定の周波数での利得の落ち込み、ＶＳＷＲの劣化が緩和され、使用周波数範囲全体に亘り、平坦な電気特性を有する対数周期アンテナ装置を得ることができる。
【００１３】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１では各ダイポール素子として、長さの異なる各３本のエレメントを平行に並べて配置しているが、図２のように、給電線路の同一点に各３本のエレメントを接続し、各エレメントが放射状をなすように配置しても同様な効果が得られる。
【００１４】
実施の形態３．
なお、上記実施の形態１、実施の形態２では、ダイポール素子を構成するエレメントは全て線状導体で構成しているが、図３に示すように、少なくとも一つのダイポール素子を板状にしても同様の効果が得られる。９は波長の一番長い側に設けられた板状のダイポール素子で、図では二等辺三角形の形状をした金属板からなり、その頂角が１８０°位相反転給電線路８に接続されている。
【００１５】
ダイポール素子の長さ、つまり図３中ｄで示す寸法は、共振周波数の半波長以上が必要であるが、板状のダイポール素子９では電流分布が板状の周辺（二等辺三角形の斜辺部分）に集まるため、ｄの長さを共振周波数の半波長以下にすることができる。従って、長い波長に対応するダイポール素子を板状にすることにより、全体としてのアンテナ形状を小型にできるという利点がある。
【００１６】
実施の形態４．
なお、上記実施の形態１乃至実施の形態３では、ダイポール素子及び給電線路を線状導体で構成しているが、図４のように、誘電体基板上に金属箔からなるストリップ導体をエッチングにより形成して構成しても同様な効果が得られる。図４において、１０は誘電体基板、１乃至５はダイポール素子である。これらダイポール素子は、その片側（図中黒で塗りつぶして示す）が誘電体基板１０の表側に、また他の片側（図中破線で示す）が誘電体基板１０の裏側にそれぞれエッチングにより形成されている。６は誘電体基板１０の表裏にそれぞれエッチングにより構成された平行２線給電線路である。
【００１７】
上記ダイポール素子１乃至５のそれぞれは、長さの異なる３本のエレメント、例えば１ａ、１ｂ、１ｃから構成されており、それらの片側は誘電体基板１０の表の平行２線給電線路６に、他の片側は裏の平行２線給電線路６に接続されている。他のダイポール素子２乃至５についても同様である。実施の形態１乃至実施の形態３に示した１８０°位相反転給電線路を設けていないが、各エレメントを誘電体基板９の表裏に交互に設けることで１８０°の位相反転を行っている。
【００１８】
上記のように、誘電体基板を用いることで、構造が堅固となり、製作も容易にな広帯域特性の対数周期アンテナを実現できる。
【００１９】
実施の形態５．
なお、上記実施の形態１から実施の形態４は、対数周期アンテナ装置を単体で使用する場合の例であるが、実施の形態１から実施の形態４のいずれかの対数周期アンテナ装置を素子アンテナとしてアレーアンテナ装置を構成することができる。図５は、実施の形態４で示した誘電体基板を用いた対数周期アンテナ装置を素子アンテナとしてアレーアンテナ装置を構成した例を示す。図５において、１１は反射板、１２は素子アンテナである。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、特定の周波数における利得の落ち込み、ＶＳＷＲの劣化が緩和され、使用周波数範囲全域に亘り、平坦な周波数特性の対数周期アンテナ及びアレーアンテナ装置が得られる。
【００２１】
また、ダイポール素子の一部を板状にすることにより、全体としての形を小型にすることができる。
【００２２】
また、誘電体基板を用いることにより、多数のエレメントを必要とするダイポール素子の製作が容易となるため、広帯域かつ製作容易で構造堅固な対数周期アンテナ装置及びアレーアンテナ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係る対数周期アンテナ装置を示す側面図である。
【図２】 この発明の実施の形態２に係る対数周期アンテナ装置を示す側面図である。
【図３】 この発明の実施の形態３に係る対数周期アンテナ装置を示す側面図である。
【図４】 この発明の実施の形態４に係る対数周期アンテナ装置を示す側面図である。
【図５】 この発明の実施の形態５に係るアレーアンテナ装置を示す斜視図である。
【図６】 従来の対数周期アンテナ装置を示す側面図である。
【符号の説明】
１、２、３、４、５ ダイポール素子、
１ａ、１ｂ、１ｃ エレメント、２ａ、２ｂ、２ｃ エレメント、
３ａ、３ｂ、３ｃ エレメント、４ａ、４ｂ、４ｃ エレメント、
５ａ、５ｂ、５ｃ エレメント、６ 平行２線給電線路、
６ 平行２線給電線路、７ 高周波電源、
８ １８０°位相反転給電線路、９ 板状ダイポール素子、
９ 板状ダイポール素子、１０ 誘電体基板、
１０ 誘電体基板、１１ 反射板、１２ 素子アンテナ。

Claims (4)

1. 隣り合うダイポール素子との長さの比が一定の定数となるように互いに異なる長さにした複数のダイポ−ル素子を、前記隣り合うダイポール素子とは１８０°位相反転給電線路を介して順次接続した対数周期アンテナ装置において、
   前記ダイポール素子のそれぞれは、複数本のエレメントを有し、この一つのダイポ−ル素子内の前記複数本のエレメントは互いに長さが異なるように構成したことを特徴とする対数周期アンテナ装置。
2. 上記各ダイポール素子を構成する複数本のエレメントは、給電線の同一点から放射状に設けられていることを特徴とする請求項１記載の対数周期アンテナ装置。
3. 誘電体基板の裏表にストリップ導体を形成し、この裏と表のストリップ導体でダイポール素子を構成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の対数周期アンテナ装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載の対数周期アンテナ装置を素子アンテナとしてアレ−構成としたことを特徴とするアレーアンテナ装置。

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