JP4108246B2

JP4108246B2 - Loop antenna

Info

Publication number: JP4108246B2
Application number: JP2000045395A
Authority: JP
Inventors: 久松中野; 智和石井; 潤治山内; 徹松岡
Original assignee: Nihon Dengyo Kosaku Co Ltd
Current assignee: Nihon Dengyo Kosaku Co Ltd
Priority date: 2000-02-23
Filing date: 2000-02-23
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2020-02-23
Also published as: JP2001237637A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ループアンテナに係わり、特に、例えば、パラボラアンテナの一次放射器のように、小型で単一指向性を得ることを目的としたバックファイヤー形の放射素子や、高利得特性が要求されるエンドファイヤー形アンテナに最適なループアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来の反射板付きループアンテナの概略構成を示す斜視図である。
同図において、１１はループ形導体であり、図６では、このループ形導体１１の形状は正方形とされる。
１２₁、１２₂は給電導体、１３₁、１３₂は平衡線路であり、給電導体（１２₁，１２₂）は、一端が、ループ形導体１１のある一辺の中央に接続され、他端が、平衡線路（１３₁，１３₂）の端部に接続されている。
ループ形導体１１、給電導体（１２₁，１２₂）、および平衡線路（１３₁，１３₂）は、金属などの導電体の板、管、線、条などで形成される。
なお、ループ形導体１１と給電導体（１２₁，１２₂）とは、誘電体面上に蒸着または圧着せしめた金属薄膜をエッチング手法等によって不必要な部分を取り除いて形成しても良い。
【０００３】
１４は正方形形状の反射板であり、ループ形導体１１と給電導体（１２₁，１２₂）とが形成される面と平行になるよう配置される。
反射板１４と、ループ形導体１１との間隔（ｈ）は、０．１λｏ（λｏは、設計中心周波数の自由空間波長）程度にし、かつ、反射板１４の一辺の長さを、０．５λｏ以上とすることで、この従来のループアンテナでは、図６に示すＺ方向に強い放射特性を持つ単一指向性を得ることができる。
同軸線路１５は、その端部において、外導体が反射板１４に接続され、芯導体が反射板１４に設けられた穴を貫通して平衡導体１３₁に接続される。
同軸接栓１６を介して入力された高周波電力は、同軸線路１５、平衡導体１３₁、給電導体１２₁を介して、ループ形導体１１を励振させる。
【０００４】
図７は、図６に示す反射板付きループアンテナの一例の指向特性を示すグラフである。
この図７に示すグラフは、ループ形導体１１の一辺の長さ（２Ｓ）を０．３１λｏ（２Ｓ＝０．３１λｏ）とし、ループ形導体１１と給電導体（１２₁，１２₂）とが形成される面と、反射板１４との間隔（ｈ）を０．０６３５λｏ（ｈ＝０．０６３５λｏ）、反射板１４の一辺の長さ（Ｌ）を０．５２λｏ（Ｌ＝０．５２λｏ）とした時の指向性を示すグラフである。
図７（ａ）は、図６に示すＸ−Ｚ面（磁界面）の指向性、図７（ｂ）は、図６に示すＹ−Ｚ面（電界面）の指向性を示している。
図７から分かるように、いずれの面の指向性もほぼ同等のビーム幅で、フロント対バックの指向性比（Ｆ／Ｂ比）は、ほぼ１０ｄＢ程度になっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の反射板付きループアンテナの場合には、図６に示す座標系のＺ軸方向に電波が放射される。
そのため、図６に示す反射板付きループアンテナを、軸対称形パラボラアンテナの放射素子に使用する場合には、パラボラアンテナの放射方向に位置する反射板１４の背面より、反射板付きループアンテナに給電する必要がある。
したがって、パラボラアンテナの放射方向から給電する場合の損失が無視できないばかりか、反射板１４を正方形とした場合には、その一辺の長さ（Ｌ）が０．５λｏ以上と大きいために、パラボラアンテナのブロッキング面積を増大させ、効率低下を招く要因となっていた。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、ループ形放射素子上に導波板を配置し、導波板が配置される方向に最大放射方向の指向特性を持つループアンテナを提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
即ち、本発明は、ループ形放射素子と、導電板で構成され、前記ループ形放射素子に対して所定の間隔をおいて配置される導波板とを有するループアンテナであって、前記ループ形放射素子には、前記導波板を通して、前記導波板の前記ループ形放射素子と反対側から給電され、前記ループ形放射素子から前記導波板に向かう方向に最大放射方向を持つ指向特性を有することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の好ましい実施の形態では、前記導波板は、４角形状の導電板で構成され、前記ループ形放射素子の設計中心周波数の自由空間波長をλｏとするとき、前記４角形状の導電板は、電界方向の長さが、０．４λｏより短いことを特徴とする。
また、本発明の好ましい実施の形態では、前記導波板は、円形状の導電板で構成され、前記ループ形放射素子の設計中心周波数の自由空間波長をλｏとするとき、前記円形状の導電板は、直径が、０．５λｏより短いことを特徴とする。
さらに、本発明の好ましい実施の形態では、前記ループ形放射素子は、偏波方向が互いに異なる２つの電波を放射・受信する偏波共用の放射素子である。
【０００８】
また、本発明のより好ましい実施の形態では、前記ループ形放射素子は、閉ループ状のループ素子と、それぞれ一方の端子が前記閉ループ状のループ素子に接続される第１および第２の給電導体とを有し、前記ループ形放射素子の設計中心周波数の自由空間波長をλｏとするとき、前記第１の給電導体の他方の端子から時計回り、および反時計回りに、前記第２の給電導体の他方の端子までの長さが約λｏであることを特徴とする。
また、本発明のより好ましい実施の形態では、前記ループ形放射素子は、第１の給電導体と、第２の給電導体と、前記第１および第２の給電導体の一方の端子間に接続されるループ素子と有し、前記ループ形放射素子の設計中心周波数の自由空間波長をλｏとするとき、前記第１の給電導体の他方の端子から前記第２の給電導体の他方の端子までの長さが約λｏであることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のより好ましい実施の形態では、前記ループ形放射素子は、閉ループ状のループ素子と、それぞれ一方の端子が前記閉ループ状のループ素子に接続される第１ないし第４の給電導体とを有し、前記ループ形放射素子の設計中心周波数の自由空間波長をλｏとするとき、前記第１の給電導体の他方の端子から時計回り、および反時計回りに、前記第１の給電導体と対を成す前記第２の給電導体の他方の端子までの長さ、並びに、前記第３の給電導体の他方の端子から時計回り、および反時計回りに、前記第３の給電導体と対を成す前記第４の給電導体の他方の端子までの長さが約λｏであることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のより好ましい実施の形態では、前記ループ形放射素子は、第１の給電導体と、第４の給電導体と、前記第１および第４の給電導体の一方の端子間に接続されるループ素子と、一方の端子が前記ループ素子に接続され、前記第１の給電導体と対を成す第２の給電導体と、一方の端子が前記ループ素子に接続され、前記第４の給電導体と対を成す第３の給電導体と、前記第１および第４の給電導体の一方の端子間に接続されるループ素子と有し、前記ループ形放射素子の設計中心周波数の自由空間波長をλｏとするとき、前記第１の給電導体の他方の端子から前記第２の給電導体の他方の端子までの長さ、および前記第３の給電導体の他方の端子から前記第４の給電導体の他方の端子までの長さが約λｏであることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１のループアンテナの概略構成を示す斜視図である。
同図において、１はループ形導体（本発明のループ形放射素子）であり、図１では、このループ形導体１の形状は正方形とされる。
２₁、２₂は給電導体、３₁、３₂は平衡線路であり、給電導体（２₁,２₂）は、一端が、ループ形導体１のある一辺（図１に示すＸ軸方向の辺の一つ）の中央に接続され、他端が、平衡線路（３₁，３₂）の端部に接続されている。
ここで、給電導体２₁の平衡線路側の端子（給電点）から時計回り、および反時計回りに、給電導体２₂の平衡線路側の端子（給電点）までの長さは、約１λｏ（λｏは、設計中心周波数の自由空間波長）に選ばれている。
【００１２】
ループ形導体１、給電導体（２₁,２₂）、および平衡線路（３₁，３₂）は、金属などの導電体の板、管、線、条などで形成される。
なお、ループ形導体１と給電導体（２₁,２₂）とは、誘電体面上に蒸着または圧着せしめた金属薄膜をエッチング手法等によって不必要な部分を取り除いて形成しても良い。
４は、正方形形状の導電板から成る導波板であり、ループ形導体１と給電導体（２₁,２₂）とが形成される面と、平行に配置される。
同軸線路５は、その端部において、外導体が導波板４に接続され、芯導体が導波板４に設けられた穴を貫通して平衡導体３₁に接続される。
同軸接栓６を介して入力された高周波電力は、同軸線路５、平衡導体３₁に接続され、給電導体２₁を介して、ループ形導体１を励振させる。
【００１３】
図２は、本実施の形態のループアンテナの一例の指向特性を示すグラフである。
この図２に示すグラフは、ループ形導体１の一辺の長さ（２Ｓ）を０．３ｌλｏ（２Ｓ＝０．３ｌλｏ）とし、ループ形導体１と給電導体（２₁,２₂）とが形成される面と、導波板４との間隔（ｈ）を０．０６３５λｏ（ｈ＝０．０６３５λｏ）とし、導波板４の一辺の長さ（Ｌ）を０．３５λｏ（Ｌ＝０．３５λｏ）とした時の指向性を示すグラフである。
図２（ａ）は、図１に示すＸ−Ｚ面（磁界面）の指向性を、図２（ｂ）は、図１に示すＹ−Ｚ面（電界面）の指向性を示している。
こられのグラフから分かるように、いずれの面の指向性も、−Ｚ方向に最大放射方向となりながら、ほぼ同等のビ−ム幅で、Ｆ／Ｂ比は、従来のアンテナ同様に、ほぼ−１０ｄＢ（放射方向が１８０°方向異なるために、符合が反転している）程度になっている。
【００１４】
図３は、本実施の形態のループアンテナにおいて、正方形からなる導波板４の一辺の長さ（Ｌ）を変化させたときの、図１に示すＺ方向、並びに−Ｚ方向の利得と、Ｆ／Ｂの値の変化を示すグラフである。
図３（Ａ）に示すグラフは、本実施の形態のループアンテナにおいて、ループ形導体１の一辺の長さ（２Ｓ）を０．３１λｏ（２Ｓ＝０．３１λｏ）とし、ループ形導体１と給電導体（２₁,２₂）とが形成される面と、導波板４との間隔（ｈ）を０．０６３５λｏ（ｈ＝０．０６３５λｏ）とし、正方形からなる導波板４の一辺の長さ（Ｌ）を変化させたときの、図１に示すＺ方向、並びに−Ｚ方向の利得の変化を示すグラフである。
図３（ｂ）は、前記と同じ条件の下で、正方形からなる導波板４の一辺の長さ（Ｌ）を変化させたときの、Ｆ／Ｂの値の変化を示すグラフである。
【００１５】
図３に示すグラフから分かるように、導波板４の一辺の長さ（Ｌ）が、０．２λｏ〜０．４λｏの範囲において、−Ｚ方向の放射（所謂、バックファイヤー）を生じている。
導波板４の一辺の長さ（Ｌ）が、０．２λｏ〜０．４λｏの範囲内において、最大の利得が得られる導波板４の一辺の長さ（Ｌ）は、０．３５λｏ付近で、利得は７．７ｄＢｉと最大となっているが、Ｆ／Ｂの極小値はこの０．３５λｏより僅かに小さい部分に存在しているため、用途に合わせて、導波板４の一辺の長さ（Ｌ）を選ぶ必要がある。
なお、本実施の形態のループアンテナでは、指向特性は、前述の通り導波板４の一辺の長さ（Ｌ）の他、導波板４とループ形導体１との間隔（ｈ）によっても多少変化する。
また、入力インピーダンスは、ループ形導体１の大きさや、ループ形導体１、給電導体（２₁,２₂）、平衡線路（３₁,３₂）の太さ、導波板４とループ形導体１との間隔（ｈ）、さらには平衡線路（３₁,３₂）の間隔によっても変化するので、使用する周波数帯に合わせて、相互の寸法を調整し、指向性を見ながら導波板４の一辺の長さ（Ｌ）を微調させて各部の寸法を決定する必要がある。
【００１６】
なお、前述の説明では、導波板４の形状が正方形の場合を例に挙げて説明したが、導波板４の寸法は、ループ形導体１の電界方向（図１では、Ｙ軸方向）に依存するため、矩形を選んだ場合には、電界方向の長さを０．２λｏ〜０．４λｏに選ぶことにより、−Ｚ方向の放射（所謂、バックファイヤー）を生ずる。
さらに、導波板４の形状を円形とした場合には、周囲長が正方形のそれと同じようにすることで、等価な特性となるため、その直径を０．２５λｏ〜０．５λｏに選ぶことにより、−Ｚ方向の放射（所謂、バックファイヤー）を生ずる。
このように、正方形以外の形状であっても、ループ形導体１の電界方向と一致する方向の導波板４の大きさを決定することで、−Ｚ方向の放射（所謂、バックファイヤー）を生ずることは言うまでも無い。
【００１７】
また、前述の説明では、ループ形導体１が正方形の場合を例に挙げて説明したが、給電導体（２₁,２₂）の平衡線路側の端子（給電点）から見た各々のループの長さが約１λｏに選ばれていれば、円形でも矩形でも楕円形でも構わず、さらに、図１に示すように、２つのループを組み合わせたものに限らず、一つのループの長さが、給電導体（２₁,２₂）の平衡線路側の端子（給電点）から見て約１λｏに選ばれているものでも、０．５ｄＢ程度利得が減少するが、同様な効果を得ることができる。
本実施の形態のループアンテナを、軸対称形パラボラアンテナの放射素子に使用する場合には、従来の反射板付きループアンテナのように、パラボラアンテナの放射方向に位置する反射板１４の背面より、反射板付きループアンテナに給電する必要がないので、パラボラアンテナの放射方向から給電する場合のような損失がなく、かつ、導波板４を正方形とした場合には、その一辺の長さ（Ｌ）が０．２λｏ〜０．４λｏの長さであるため、パラボラアンテナのブロッキング面積を増大させることもなく、効率低下を招くこともなくなる。
【００１８】
［実施の形態２］
図４は、本発明の実施の形態２のループアンテナの概略構成を示す斜視図である。
本実施の形態のループアンテナは、前記実施の形態のループアンテナを偏波共用のアンテナとした実施の形態である。
そのため、本実施の形態では、図４に示すように、図１に示すＹ軸方向に、第２の給電導体（２０₁、２０₂）、第２の平衡線路（３０₁、３０₂）が設けられる。
この第２の給電導体（２０₁,２０₂）は、一端が、ループ形導体１のある一辺（図１に示すＹ軸方向の辺の一つ）の中央に接続され、他端が、第２の平衡線路（３０₁，３０₂）の端部に接続されている。
ここで、給電導体２０₁の平衡線路側の端子（給電点）から時計回り、および反時計回りに、給電導体２０₂の平衡線路側の端子（給電点）までの長さは、約１λｏ（λｏは、設計中心周波数の自由空間波長）に選ばれている。
第２の給電導体（２０₁,２０₂）、および第２の平衡線路（３０₁，３０₂）は、前記実施の形態と同様、金属などの導電体の板、管、線、条などで形成される。
なお、ループ形導体１、第１の給電導体（２₁,２₂）および第２の給電導体（２０₁,２０₂）は、誘電体面上に蒸着または圧着せしめた金属薄膜をエッチング手法等によって不必要な部分を取り除いて形成しても良い。
【００１９】
さらに、本実施の形態では、第２の同軸線路５０と、第２の同軸接栓６０とが設けられ、第２の同軸線路５０は、その端部において、外導体が導波板４に接続され、芯導体が導波板４に設けられた穴を貫通して平衡導体３０₁に接続される。
同軸接栓６０を介して入力された高周波電力は、同軸線路５０、平衡導体３０₁に接続され、給電導体２０₁を介して、ループ形導体１を励振させる。
これにより、本実施の形態では、直交する偏波間の結合を−２０ｄＢ以下と良好な状態に保ちつつ、互いの端子に対応する指向性や利得値は、図２に示すグラフと等価である。
但し、偏波が直交しているために、Ｘ−Ｙ面の結果と、Ｙ−Ｚ面の測定結果とを入れ替えなければならないことは言うまでもない。
【００２０】
本実施の形態のループアンテナでも、指向特性は、前述の通り導波板４の一辺の長さ（Ｌ）の他、導波板４とループ形導体１との間隔によっても多少変化する。
また、入力インピーダンスは、ループ形導体１の大きさや、ループ形導体１、給電導体（２₁,２₂，２０₁,２０₂）、平衡線路（３₁,３₂，３０₁,３０₂）の太さ、導波板４とループ形導体１との間隔（ｈ）、さらには平衡線路（３₁,３₂，３０₁,３０₂）の間隔によっても変化するので、使用する周波数帯に合わせて、相互の寸法を調整し、指向性を見ながら導波板４の一辺の長さ（Ｌ）を微調させて各部の寸法を決定する必要がある。
また、前述したように、導波板４の寸法は、ループ形導体１の電界方向（図１では、Ｘ、Ｙ軸方向）に依存するため、矩形を選んだ場合には、電界方向の長さを０．２λｏ〜０．４λｏに選ぶことにより、−Ｚ方向の放射（所謂、バックファイヤー）が生ずる。
さらに、前述したように、導波板４の形状を円形とした場合には、直径を０．２５λｏ〜０．５λｏに選ぶことにより、−Ｚ方向の放射（所謂、バックファイヤー）が生ずる。
【００２１】
このように、正方形以外の形状であっても、ループ形導体１の電界方向と一致する方向の導波板４の大きさを決定することによって、Ｚ方向の放射（所謂、バックファイヤー）を生ずることは言うまでもない。
さらに、本実施の形態においても、ループ形導体１は、給電導体（２₁,２₂，２０₁,２０₂）の平衡線路側の端子（給電点）から見た各々のループの長さが約１λｏに選ばれていれば、矩形でも楕円形でも構わない。
さらに、図４に示すように、２つのループを組み合わせたものに限らず、一つのループの長さが、給電導体（２₁,２₂，２０₁,２０₂）の平衡線路側の端子（給電点）から見て約１λｏに選ばれているものでも、多少利得が減少するが、同様な効果を得ることができる。
本実施の形態のループアンテナを、軸対称形パラボラアンテナの放射素子に使用する場合には、従来の反射板付きループアンテナのように、パラボラアンテナの放射方向から給電する場合のような損失がなく、かつ、導波板４を正方形とした場合には、その一辺の長さ（Ｌ）が０．２λｏ〜０．４λｏの長さであるため、パラボラアンテナのブロッキング面積を増大させることもなく、効率低下を招くこともなくなる。
【００２２】
［実施の形態３］
図５は、本発明の実施の形態３のループアンテナの概略構成を示す斜視図である。
本実施の形態のループアンテナは、図６に示す反射板１４の前面に、導波板４を配置した実施の形態である。
本実施の形態でも、ループ形導体１、給電導体（２₁,２₂）、および平衡線路（３₁，３₂）は、金属などの導電体の板、管、線、条などで形成される。
なお、ループ形導体１と給電導体（２₁,２₂）とは、誘電体面上に蒸着または圧着せしめた金属薄膜をエッチング手法等によって不必要な部分を取り除いて形成しても良い。
また、本実施の形態では、同軸線路５は、その端部において、外導体が反射板１４に接続され、芯導体が反射板１４に設けられた穴を貫通して平衡導体３₁に接続される。
【００２３】
本実施の形態のループアンテナでは、導波板４により、図１に示すＺ方向に放射される電界と、反射板１４によって反射される電界とが合成されることで、利得が増大される他、Ｆ／Ｂ比を改善させ、通信における目的方向以外に対する干渉を低減させることができる。
また、容易にエンドファイヤー形式で、偏波共用させた高利得アンテナを実現することができる。
通常、周波数が高くなると、工作精度を高めないと所望の特性を維持することが難しくなるが、本実施の形態によれば、導波板４の精度だけに依存されるために、エンドファイヤーアンテナとして、従来使用されているループ導体を並べたループ八木アンテナに比べて製作が容易で支持しやすい。
なお、図５では、導波板４が一枚の場合を示しているが、複数の導波板４を配置して周期構造させ、要求される利得の値やビーム幅にさせることができることはいうまでもない。
また、ループ形導体１および導波板４の形状は、いかなる形状であっても実現可能であり、その組み合わせに関しても、柔軟であることは前述の通りである。以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００２４】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）本発明によれば、ループ形放射素子上に導波板を配置し、導波板が配置される方向に最大放射方向の指向特性を持つループアンテナを提供することができる。
（２）本発明によれば、小型で単一指向性を得ることを目的としたバックファイヤー形の放射素子や、高利得特性が要求されるエンドファイヤー形アンテナに最適なループアンテナを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１のループアンテナの概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１のループアンテナの一例の指向特性を示すグラフである。
【図３】本実施の形態のループアンテナにおいて、正方形からなる導波板の一辺の長さ（Ｌ）を変化させたときの、図１に示すＺ方向、並びに−Ｚ方向の利得と、Ｆ／Ｂの値の変化を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態２のアンテナの概略構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態３のアンテナの概略構成を示す斜視図である。
【図６】従来の反射板付きループアンテナの概略構成を示す斜視図である。
【図７】図６に示す反射板付きループアンテナの一例の指向特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１，１１…ループ形導体、２₁，２₂，１２₁，１２₂，２０₁，２０₂…給電導体、３₁、３₂，１３₁，１３₂，３０₁，３０₂…平衡線路、４…導波板、５，１５，５０…同軸線路、６，１６，６０…同軸接栓、１４…反射板。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a loop antenna, and in particular, a backfire type radiating element aiming at obtaining a small directivity, such as a primary radiator of a parabolic antenna, and a high gain characteristic are required. The present invention relates to a loop antenna optimal for an endfire type antenna.
[0002]
[Prior art]
FIG. 6 is a perspective view showing a schematic configuration of a conventional loop antenna with a reflector.
In the figure, reference numeral 11 denotes a loop-shaped conductor. In FIG. 6, the shape of the loop-shaped conductor 11 is a square.
Reference numerals 12 ₁ and 12 ₂ denote power supply conductors, and 13 ₁ and 13 ₂ denote balanced lines. One end of each of the power supply conductors (12 ₁ and 12 ₂ ) is connected to the center of one side of the loop-shaped conductor 11, and the other end. Are connected to the ends of the balanced lines (13 ₁ , 13 ₂ ).
The loop-shaped conductor 11, the feed conductors (12 ₁ , 12 ₂ ), and the balanced lines (13 ₁ , 13 ₂ ) are formed of a conductive plate such as metal, a tube, a wire, a strip, or the like.
The loop-shaped conductor 11 and the power supply conductors (12 ₁ , 12 ₂ ) may be formed by removing unnecessary portions by etching or the like from a metal thin film deposited or pressure-bonded on the dielectric surface.
[0003]
Reference numeral 14 denotes a square-shaped reflector, which is arranged so as to be parallel to the surface on which the loop-shaped conductor 11 and the feed conductors (12 ₁ and 12 ₂ ) are formed.
The distance (h) between the reflector 14 and the loop conductor 11 is about 0.1λo (λo is a free space wavelength of the design center frequency), and the length of one side of the reflector 14 is 0.5λo. With the above configuration, this conventional loop antenna can obtain unidirectionality having strong radiation characteristics in the Z direction shown in FIG.
Coaxial line 15, at its end, the outer conductor is connected to the reflection plate 14, the core conductor is connected to the balanced conductor 13 ₁ through a hole provided in the reflector 14.
The high frequency power input through the coaxial plug 16 excites the loop conductor 11 through the coaxial line 15, the balanced conductor 13 ₁ , and the feed conductor 12 ₁ .
[0004]
FIG. 7 is a graph showing directivity characteristics of an example of the loop antenna with a reflector shown in FIG.
In the graph shown in FIG. 7, the length (2S) of one side of the loop-shaped conductor 11 is 0.31λo (2S = 0.31λo), and the loop-shaped conductor 11 and the feed conductors (12 ₁ , 12 ₂ ) are formed. The distance (h) between the surface to be reflected and the reflecting plate 14 is 0.0635λo (h = 0.0635λo), and the length (L) of one side of the reflecting plate 14 is 0.52λo (L = 0.52λo). It is a graph which shows the directivity of time.
7A shows the directivity of the XZ plane (magnetic field plane) shown in FIG. 6, and FIG. 7B shows the directivity of the YZ plane (electric field plane) shown in FIG.
As can be seen from FIG. 7, the directivity of any surface has almost the same beam width, and the directivity ratio (F / B ratio) of the front to back is about 10 dB.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of a conventional loop antenna with a reflector, radio waves are radiated in the Z-axis direction of the coordinate system shown in FIG.
Therefore, when the loop antenna with a reflector shown in FIG. 6 is used as a radiating element of an axisymmetric parabolic antenna, power is supplied to the loop antenna with a reflector from the back of the reflector 14 located in the radiation direction of the parabolic antenna. There is a need to.
Therefore, the loss when power is fed from the radiation direction of the parabolic antenna is not negligible, and when the reflector 14 is square, the length (L) of one side thereof is as large as 0.5λo or more. This increases the blocking area and causes a decrease in efficiency.
The present invention has been made to solve the problems of the prior art, and the object of the present invention is to arrange a waveguide plate on a loop-type radiating element and to maximize the direction in which the waveguide plate is arranged. An object of the present invention is to provide a loop antenna having a radiation direction characteristic.
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Of the inventions disclosed in this application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
That is, the present invention includes a loop-shaped radiating element formed of a conductive plate, a loop antenna and a waveguide plate which is arranged at a predetermined distance with respect to said loop-shaped radiating element, said loop-shaped the radiating element, through the waveguide plate, the said loop-shaped radiating element of the wave guide is powered from the opposite side, the directional characteristics with maximum radiation in the direction toward the waveguide plate from said loop-shaped radiating element It is characterized by having .
[0007]
Also, in a preferred embodiment of the present invention, the waveguide plate is formed of a rectangular conductive plate, and when the free space wavelength of the design center frequency of the loop radiating element is λo, the rectangular shape The conductive plate is characterized in that the length in the electric field direction is shorter than 0.4λo.
In a preferred embodiment of the present invention, the waveguide plate is formed of a circular conductive plate, and the circular conductive plate has a free space wavelength of λo at a design center frequency of the loop-type radiating element. The plate is characterized in that the diameter is shorter than 0.5λo.
Furthermore, in a preferred embodiment of the present invention, the loop-type radiating element is a dual-polarized radiating element that radiates and receives two radio waves having different polarization directions.
[0008]
In a more preferred embodiment of the present invention, the loop-type radiating element includes a closed-loop loop element, and first and second feeding conductors each having one terminal connected to the closed-loop loop element. When the free space wavelength of the design center frequency of the loop-type radiating element is λo, the second feeding conductor is rotated clockwise and counterclockwise from the other terminal of the first feeding conductor. The length to the other terminal is about λo.
In a more preferred embodiment of the present invention, the loop-type radiating element is connected between a first feeding conductor, a second feeding conductor, and one terminal of the first and second feeding conductors. Loop element, and the free space wavelength of the design center frequency of the loop-type radiating element is λo, the length from the other terminal of the first power supply conductor to the other terminal of the second power supply conductor Is about λo.
[0009]
In a more preferred embodiment of the present invention, the loop radiating element includes a closed loop loop element, and first to fourth feed conductors each having one terminal connected to the closed loop loop element. And when the free space wavelength of the design center frequency of the loop-type radiating element is λo, the first power supply conductor and the first power supply conductor are rotated clockwise and counterclockwise from the other terminal of the first power supply conductor. The length to the other terminal of the second power supply conductor forming a pair and the third power supply conductor are paired clockwise and counterclockwise from the other terminal of the third power supply conductor. The length to the other terminal of the fourth feeding conductor is about λo.
[0010]
In a more preferred embodiment of the present invention, the loop-type radiating element is connected between a first feeding conductor, a fourth feeding conductor, and one terminal of the first and fourth feeding conductors. A loop element, one terminal connected to the loop element, a second power supply conductor paired with the first power supply conductor, and one terminal connected to the loop element, the fourth power supply conductor And a loop element connected between one terminal of the first and fourth power supply conductors, and the free space wavelength of the design center frequency of the loop-type radiating element is λo The length from the other terminal of the first power supply conductor to the other terminal of the second power supply conductor, and the other terminal of the fourth power supply conductor from the other terminal of the third power supply conductor. The length to the terminal is about λo.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a loop antenna according to Embodiment 1 of the present invention.
In the figure, reference numeral 1 denotes a loop-shaped conductor (loop-shaped radiating element of the present invention). In FIG. 1, the shape of the loop-shaped conductor 1 is a square.
2 ₁ , 2 ₂ are feed conductors, 3 ₁ , 3 ₂ are balanced lines, and the feed conductors (2 ₁ , 2 ₂ ) have one end on one side of the loop-shaped conductor 1 (in the X-axis direction shown in FIG. 1). Is connected to the center of one of the sides) and the other end is connected to the end of the balanced line (3 ₁ , 3 ₂ ).
Here, clockwise from the feed conductor 2 _first balanced line-side terminal (power supply point), and counterclockwise, the length of up to feeding conductor 2 _{and second} balanced line-side terminal (power supply point), about 1Ramudao ( λo is selected as the free space wavelength of the design center frequency.
[0012]
The loop-shaped conductor 1, the feeding conductors (2 ₁ , 2 ₂ ), and the balanced lines (3 ₁ , 3 ₂ ) are formed of a conductive plate such as metal, a tube, a wire, a strip, or the like.
The loop-shaped conductor 1 and the power supply conductors (2 ₁ , 2 ₂ ) may be formed by removing unnecessary portions of the metal thin film deposited or pressure-bonded on the dielectric surface by an etching method or the like.
Reference numeral 4 denotes a waveguide plate made of a square-shaped conductive plate, which is arranged in parallel with the surface on which the loop-shaped conductor 1 and the feed conductors (2 ₁ , 2 ₂ ) are formed.
Coaxial line 5, at its end, the outer conductor is connected to the wave guide 4, is connected through a hole core conductor is provided on the wave guide 4 in equilibrium conductor 3 _1.
The high-frequency power input through the coaxial plug 6 is connected to the coaxial line 5 and the balanced conductor 3 ₁ , and excites the loop conductor 1 through the feed conductor 2 ₁ .
[0013]
FIG. 2 is a graph showing the directivity characteristics of an example of the loop antenna according to the present embodiment.
In the graph shown in FIG. 2, the length (2S) of one side of the loop-shaped conductor 1 is 0.3lλo (2S = 0.3lλo), and the loop-shaped conductor 1 and the feed conductors (2 ₁ , 2 ₂ ) are formed. The distance (h) between the surface to be guided and the waveguide plate 4 is 0.0635λo (h = 0.0635λo), and the length (L) of one side of the waveguide plate 4 is 0.35λo (L = 0.35λo). It is a graph which shows the directivity at the time.
2A shows the directivity of the XZ plane (magnetic field plane) shown in FIG. 1, and FIG. 2B shows the directivity of the YZ plane (electric field plane) shown in FIG. .
As can be seen from these graphs, the directivity of any surface is the same as the maximum radiation direction in the -Z direction, and the beam width is almost the same, and the F / B ratio is substantially -as in the conventional antenna. It is about 10 dB (the sign is reversed because the radiation direction is different by 180 °).
[0014]
3 shows gains in the Z direction and the −Z direction shown in FIG. 1 when the length (L) of one side of the square waveguide plate 4 is changed in the loop antenna of the present embodiment. It is a graph which shows the change of the value of F / B.
The graph shown in FIG. 3A shows that in the loop antenna according to the present embodiment, the length (2S) of one side of the loop conductor 1 is 0.31λo (2S = 0.31λo), and the loop conductor 1 and the power supply are fed. The distance (h) between the surface on which the conductor (2 ₁ , 2 ₂ ) is formed and the waveguide plate 4 is 0.0635λo (h = 0.0635λo), and the length of one side of the square waveguide plate 4 3 is a graph showing changes in gain in the Z direction and in the −Z direction shown in FIG. 1 when the length (L) is changed.
FIG. 3B is a graph showing the change in the value of F / B when the length (L) of one side of the square waveguide plate 4 is changed under the same conditions as described above.
[0015]
As can be seen from the graph shown in FIG. 3, radiation in the -Z direction (so-called backfire) occurs when the length (L) of one side of the waveguide plate 4 is in the range of 0.2λo to 0.4λo. .
When the length (L) of one side of the waveguide plate 4 is in the range of 0.2λo to 0.4λo, the length (L) of one side of the waveguide plate 4 at which the maximum gain is obtained is around 0.35λo. The gain is a maximum of 7.7 dBi, but the minimum value of F / B exists in a portion slightly smaller than 0.35λo. It is necessary to select the length (L).
In the loop antenna according to the present embodiment, the directivity is determined not only by the length (L) of one side of the waveguide plate 4 but also by the distance (h) between the waveguide plate 4 and the loop conductor 1 as described above. It changes a little.
Also, the input impedance is the size of the loop conductor 1, the loop conductor 1, the feed conductors (2 ₁ , 2 ₂ ), the thickness of the balanced lines (3 ₁ , 3 ₂ ), the waveguide plate 4 and the loop conductors. Since it varies depending on the distance (h) from 1 and also the distance between the balanced lines (3 ₁ , 3 ₂ ), the mutual dimensions are adjusted according to the frequency band to be used, and the wave guide plate while observing the directivity It is necessary to finely adjust the length (L) of one side of 4 to determine the dimensions of each part.
[0016]
In the above description, the case where the shape of the waveguide plate 4 is a square has been described as an example. However, the dimension of the waveguide plate 4 is the electric field direction of the loop conductor 1 (Y-axis direction in FIG. 1). Therefore, when a rectangle is selected, radiation in the −Z direction (so-called backfire) is generated by selecting the length in the electric field direction to be 0.2λo to 0.4λo.
Furthermore, when the shape of the waveguide plate 4 is circular, by making the circumference the same as that of a square, equivalent characteristics can be obtained. Therefore, by selecting the diameter from 0.25λo to 0.5λo, , -Z direction radiation (so-called backfire) is produced.
In this way, even in a shape other than a square, by determining the size of the waveguide plate 4 in the direction that coincides with the electric field direction of the loop-shaped conductor 1, radiation in the −Z direction (so-called backfire) is obtained. Needless to say, it happens.
[0017]
In the above description, the case where the loop-shaped conductor 1 is a square is described as an example. However, each loop viewed from the terminal (feeding point) on the balanced line side of the feeding conductor (2 ₁ , 2 ₂ ) is described. If the length is selected to be about 1λo, it may be circular, rectangular, or elliptical, and as shown in FIG. 1, the length of one loop is not limited to a combination of two loops. Even when the power supply conductor (2 ₁ , 2 ₂ ) is selected at about 1λo when viewed from the balanced line side terminal (feed point), the gain is reduced by about 0.5 dB, but the same effect can be obtained. .
When the loop antenna according to the present embodiment is used for a radiating element of an axisymmetric parabolic antenna, like a conventional loop antenna with a reflecting plate, from the back surface of the reflecting plate 14 positioned in the radiation direction of the parabolic antenna, Since there is no need to feed the loop antenna with a reflector, there is no loss as in the case of feeding from the radiation direction of the parabolic antenna, and when the waveguide plate 4 is square, the length of one side (L ) Is a length of 0.2λo to 0.4λo, the blocking area of the parabolic antenna is not increased and the efficiency is not reduced.
[0018]
[Embodiment 2]
FIG. 4 is a perspective view showing a schematic configuration of the loop antenna according to the second embodiment of the present invention.
The loop antenna of the present embodiment is an embodiment in which the loop antenna of the above-described embodiment is a polarization sharing antenna.
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, the second power supply conductors (20 ₁ , 20 ₂ ) and the second balanced lines (30 ₁ , 30 ₂ ) are arranged in the Y-axis direction shown in FIG. Provided.
One end of the second feeding conductor (20 ₁ , 20 ₂ ) is connected to the center of one side of the loop-shaped conductor 1 (one of the sides in the Y-axis direction shown in FIG. 1), and the other end is Two balanced lines (30 ₁ , 30 ₂ ) are connected to the ends.
Here, clockwise from the feeding conductor 20 _first balanced line-side terminal (power supply point), and counterclockwise, the length to the feeding conductor 20 _{and second} balanced line-side terminal (power supply point), about 1Ramudao ( λo is selected as the free space wavelength of the design center frequency.
The second feeder conductor (20 ₁ , 20 ₂ ) and the second balanced line (30 ₁ , 30 ₂ ) are made of a conductive plate such as metal, a tube, a wire, a strip, etc., as in the above embodiment. It is formed.
The loop-shaped conductor 1, the first power supply conductor (2 ₁ , 2 ₂ ) and the second power supply conductor (20 ₁ , 20 ₂ ) are formed by etching a metal thin film deposited or pressure-bonded on the dielectric surface. It may be formed by removing unnecessary portions.
[0019]
Further, in the present embodiment, a second coaxial line 50 and a second coaxial plug 60 are provided, and the second coaxial line 50 has an outer conductor connected to the waveguide plate 4 at the end thereof. is, is connected through a hole core conductor is provided on the wave guide 4 in equilibrium conductor 30 _1.
The high frequency power input through the coaxial connector 60 is connected to the coaxial line 50 and the balanced conductor 30 ₁ , and excites the loop conductor 1 through the feed conductor 20 ₁ .
Thereby, in this Embodiment, the directivity and gain value corresponding to each other terminal are equivalent to the graph shown in FIG. 2 while maintaining the coupling between orthogonal polarizations in a favorable state of −20 dB or less.
However, since the polarization is orthogonal, it goes without saying that the result on the XY plane and the measurement result on the YZ plane must be interchanged.
[0020]
Also in the loop antenna of the present embodiment, the directivity changes somewhat depending on the distance between the waveguide plate 4 and the loop conductor 1 as well as the length (L) of one side of the waveguide plate 4 as described above.
The input impedance is determined by the size of the loop conductor 1, the loop conductor 1, the feed conductor (2 ₁ , 2 ₂ , 20 ₁ , 20 ₂ ), the balanced line (3 ₁ , 3 ₂ , 30 ₁ , 30 ₂ ). The frequency varies depending on the thickness, the distance (h) between the waveguide plate 4 and the loop conductor 1, and the distance between the balanced lines (3 ₁ , 3 ₂ , 30 ₁ , 30 ₂ ). In addition, it is necessary to adjust the mutual dimensions and finely adjust the length (L) of one side of the waveguide plate 4 while observing the directivity to determine the dimensions of each part.
Further, as described above, the dimension of the waveguide plate 4 depends on the electric field direction of the loop-shaped conductor 1 (X and Y axis directions in FIG. 1). By selecting the thickness from 0.2λo to 0.4λo, radiation in the −Z direction (so-called backfire) is generated.
Further, as described above, when the shape of the waveguide plate 4 is a circle, by selecting the diameter from 0.25λo to 0.5λo, radiation in the −Z direction (so-called backfire) is generated.
[0021]
In this way, even if the shape is other than a square, by determining the size of the waveguide plate 4 in the direction that coincides with the electric field direction of the loop-shaped conductor 1, radiation in the Z direction (so-called backfire) is generated. Needless to say.
Further, also in the present embodiment, the loop conductor 1 has the length of each loop as viewed from the balanced line side terminals (feed points) of the feed conductors (2 ₁ , 2 ₂ , 20 ₁ , 20 ₂ ). If it is selected to be about 1λo, it may be rectangular or elliptical.
Further, as shown in FIG. 4, the length of one loop is not limited to a combination of two loops, and the terminal on the balanced line side of the feed conductor (2 ₁ , 2 ₂ , 20 ₁ , 20 ₂ ) ( Even if the gain is selected to be about 1λo as viewed from the feeding point), the gain is somewhat reduced, but the same effect can be obtained.
When the loop antenna of this embodiment is used as a radiation element of an axisymmetric parabolic antenna, there is no loss as in the case of feeding from the radiation direction of the parabolic antenna, unlike the conventional loop antenna with a reflector. And when the waveguide plate 4 is a square, the length (L) of one side is 0.2λo to 0.4λo, so that the blocking area of the parabolic antenna is not increased. There is no loss of efficiency.
[0022]
[Embodiment 3]
FIG. 5 is a perspective view showing a schematic configuration of the loop antenna according to the third embodiment of the present invention.
The loop antenna according to the present embodiment is an embodiment in which the waveguide plate 4 is disposed on the front surface of the reflection plate 14 shown in FIG.
Also in the present embodiment, the loop-shaped conductor 1, the feed conductors (2 ₁ , 2 ₂ ), and the balanced lines (3 ₁ , 3 ₂ ) are formed of a conductive plate such as metal, a tube, a wire, a strip, or the like. The
The loop-shaped conductor 1 and the power supply conductors (2 ₁ , 2 ₂ ) may be formed by removing unnecessary portions of the metal thin film deposited or pressure-bonded on the dielectric surface by an etching method or the like.
Further, in this embodiment, the coaxial line 5, at its end, the outer conductor is connected to the reflection plate 14, the core conductor is connected to the balanced conductor 3 ₁ through the holes in the reflector plate 14 The
[0023]
In the loop antenna of this embodiment, the waveguide plate 4 combines the electric field radiated in the Z direction shown in FIG. 1 and the electric field reflected by the reflecting plate 14 to increase the gain. , The F / B ratio can be improved, and interference with respect to other than the target direction in communication can be reduced.
In addition, it is possible to easily realize a high gain antenna in which the polarization is shared in the endfire format.
Normally, when the frequency is increased, it is difficult to maintain desired characteristics unless the working accuracy is increased. However, according to the present embodiment, since it depends only on the accuracy of the waveguide plate 4, the endfire antenna is used. As compared with a loop Yagi antenna in which loop conductors that are conventionally used are arranged, it is easy to manufacture and support.
FIG. 5 shows a case where the number of the waveguide plates 4 is one. However, it is possible to arrange a plurality of waveguide plates 4 to have a periodic structure so that the required gain value and beam width can be obtained. Needless to say.
The loop conductor 1 and the wave guide plate 4 can be formed in any shape, and the combination thereof is flexible as described above. Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the above-described embodiment, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Of course.
[0024]
【The invention's effect】
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
(1) According to the present invention, it is possible to provide a loop antenna in which a waveguide plate is arranged on a loop-type radiating element and the directivity characteristic of the maximum radiation direction is provided in the direction in which the waveguide plate is arranged.
(2) According to the present invention, there is provided a loop antenna that is optimal for a backfire-type radiating element that is small in size and has a single directivity and an endfire-type antenna that requires high gain characteristics. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a loop antenna according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing directivity characteristics of an example of a loop antenna according to the first embodiment of the present invention.
3 shows gains in the Z direction and −Z direction shown in FIG. 1 when the length (L) of one side of a square waveguide plate is changed in the loop antenna of the present embodiment, and F It is a graph which shows the change of the value of / B.
FIG. 4 is a perspective view showing a schematic configuration of an antenna according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing a schematic configuration of an antenna according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a perspective view showing a schematic configuration of a conventional loop antenna with a reflector.
7 is a graph showing directivity characteristics of an example of the loop antenna with a reflector shown in FIG. 6;
[Explanation of symbols]
1, 11... Loop-shaped conductor, 2 ₁ , 2 ₂ , 12 ₁ , 12 ₂ , 20 ₁ , 20 ₂ ... Feeding conductor, 3 ₁ , 3 ₂ , 13 ₁ , 13 ₂ , 30 ₁ , 30 ₂ . 4 ... Waveguide plate, 5, 15, 50 ... Coaxial line, 6, 16, 60 ... Coaxial plug, 14 ... Reflector.

Claims

A loop radiating element;
A conductive plate, and a waveguide plate disposed at a predetermined interval with respect to the loop radiating element,
The loop-shaped radiating element is fed through the waveguide plate from the side opposite to the loop-shaped radiating element of the waveguide plate,
A loop antenna having a directivity characteristic having a maximum radiation direction in a direction from the loop radiation element toward the waveguide plate.

The waveguide plate is composed of a rectangular conductive plate,
2. The loop antenna according to claim 1 , wherein when the free space wavelength of the design center frequency of the loop radiating element is λo, the length of the waveguide plate in the electric field direction is shorter than 0.4λo. .

The waveguide plate is composed of a circular conductive plate,
2. The loop antenna according to claim 1 , wherein the waveguide plate has a diameter shorter than 0.5λo when a free space wavelength of a design center frequency of the loop-shaped radiating element is λo.

The loop according to any one of claims 1 to 3 , wherein the loop radiating element is a radiating element for both polarizations that radiates and receives two radio waves having different polarization directions. antenna.