JP4174763B2 - カージオイド型指向性を持つ２素子アンテナ - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、一つの主ビームと、この主ビームの反対の方向に放射のヌル（零点）を持つ指向性、すなわちカージオイド型指向性を持つ２素子アンテナにおいて、上記２素子アンテナ間の距離に制約されず，かつ広い周波数帯域にわたってアンテナ放射ビームの前後比の高い指向性を保持することのできるカージオイド型指向性を持つ２素子アンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１の１にカージオイド指向性を示す。図１で円周方向が観測角度（度）、半径方向が振幅（ｄＢ値）である。カージオイド指向性１はこの図１のように主ビームと、この主ビームの反対の方向に放射のヌル（零点）を持つ指向性である。このような特性は、アンテナの前方に電波をよく放射し、あるいは前方からの電波をよく受信すると共に、アンテナ後方への放射のない、あるいは後方からの電波を受信しない、いわゆるアンテナ指向性の前後比の高い効果をもたらす。このような特性を持つアンテナは、例えば新幹線列車無線システムにおいて、列車の前方（あるいは後方）の基地局アンテナと通信する列車側のアンテナに利用されている。あるいは、このようなカージオイド指向性は放射の零点が一つのために、この特性を利用して方向探知用のアンテナに用いられることもある。
【０００３】
図２は、このようなカージオイド指向性をもつ従来の２素子アンテナである。図２において、２は第１素子アンテナ、３は第２素子アンテナ、４がこれら２つの素子アンテナから成る２素子アンテナである。２つの素子アンテナ２，３の間の距離をｄ、電波の波長をλ、かつ観測角度を図のようにφとする。また、第１素子アンテナ２の給電位相は１８０ｄ／λ（度）で、第２素子アンテナ３の給電位相は−１８０ｄ／λ（度）である。給電振幅は共に１である。この２素子アンテナ４は、φ＝０方向にビームを指向するいわゆる２素子エンドファイアアレーアンテナである。このとき、この２素子アンテナ４の放射指向性は、各素子アンテナの指向性を無指向性と仮定すれば次のようになる

ただし、ｋは電波の伝搬定数でｋ＝２π／λである。上記（数１）は係数を省いて次のように変形される。

【０００４】
（数２）よりφ＝０ではＤ（０）＝１となりビームの最大方向となる。一方、φ＝π（＝１８０°）ではＤ（π）＝ｃｏｓ（２πｄ／λ）となり、ｄ＝λ／４（＝０．２５λ）のときだけゼロになりカージオイド指向性になる。しかし、一般にｄがλ／４以外ではカージオイド指向性にならない。
【０００５】
例えば、ｄ＝０．２λの場合には、図２の従来の２素子アンテナの指向性は図３の５のようになる。すなわち、ビームの後方ではヌル（零点）が埋まり、いわゆるビームの前後比が悪い不完全なカージオイド指向性である。あるいは、ある周波数でｄ＝λ／４にしたとしても、このアンテナを広い周波数帯域にわたって使用する場合には他の周波数でヌル（零点）が埋まる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のカージオイド型２素子アンテナは、上記のように２つの素子アンテナの間隔がλ／４でなければならず、かつ広い周波数帯域にわたってカージオイド指向性が得られないという欠点があった。
【０００７】
この発明は、このような欠点を解決するためになされたもので、２つの素子アンテナ間の間隔に制約がなく、かつ広い周波数帯域にわたって前後比の高いカージオイド指向性を有する２素子アンテナを提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るカージオイド型指向性を持つ２素子アンテナは、従来の２素子アンテナとは異なる給電振幅と給電位相が与えられる。
【０００９】
【作用】
この発明においては、２つの素子アンテナ間の距離をλ／２以下の任意とし、２つの素子アンテナの給電位相を従来と比べて進み・遅れを逆にし、さらに給電振幅を一方をａとすれば他方を−ａとするものである。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明によるカージオイド型指向性を持つ２素子アンテナについて、図面を参照して説明する。
図４は本発明の実施例の２素子アンテナである。図４で、６は第１素子アンテナ、７は第２素子アンテナ、８は２素子アンテナである。第１素子アンテナ６の給電位相は−１８０ｄ／λ（度）で、第２素子アンテナ７の給電位相は１８０ｄ／λ（度）である。これらは、図２の従来の２素子アンテナの場合と給電位相の正負が逆である。また、第１素子アンテナ６の給電振幅は１で、第２素子アンテナ７の給電振幅は−１である。
【００１１】
各素子アンテナの指向性を無指向性と仮定すれば、図４の２素子アンテナの指向性Ｄ（φ）は次のようになる

ただし、ｋは電波の伝搬定数でｋ＝２π／λである。上記（数３）は変形すると係数を省いて次のようになる。

この【数４】より、φ＝π＝１８０°では、指向性は素子間の距離ｄや波長λに関係なく、常にゼロになることが分かる。これが本発明によるカージオイド型指向性を持つ２素子アンテナの最大のすぐれた特長である。従来の２素子アンテナの場合の指向性である上記（数２）と比較すると、式全体のｃｏｓがｓｉｎに変わり、ｃｏｓφの符号が−から＋に変わっていることが分かる。
【００１２】
また、φ＝０°がビームの最大方向であり、そのレベルは、上記（数４）より、
Ｄ（０）＝ｓｉｎ（２πｄ／λ） （数５）

（真後ろ方向）ではゼロで、φ＝０°（正面方向）では利得が最大になる完全なカージオイド指向性になる。
【００１３】
図５は、本発明の実施例に２素子アンテナの指向性であり、素子アンテナの距離がｄ＝０．２λの場合である。従来例の図３と異なり、図５のカージオイド指向性９ではφ＝１８０°方向に完全なヌル（零点）が形成されている。
【００１４】
なお、上記の図４の実施例では、第１素子アンテナ６の給電振幅を１、第２素子アンテナ７の給電振幅を−１としたが、一般に一方がａであれば、他方が−ａであればよい。また、実施例では、第１素子アンテナ６の給電位相を−１８０ｄ／λ（度）で、第２素子アンテナ７の給電位相を１８０ｄ／λ（度）としたが、２つの素子アンテナの給電位相の差が３６０ｄ／λであればよい。
【００１５】
さらに、使用する周波数帯域が比較的狭い場合には、上記の給電振幅が正負逆であることを位相に置き換えて、一方の位相を０とするとき他方の位相を１８０度とし、この位相差１８０度と上記３６０ｄ／λの位相差の両方を加味して互いの給電位相を決めてももちろん構わない。すなわち、２つの素子アンテナの給電振幅が等しく、給電位相の差が３６０ｄ／λ±１８０（度）であればよい。
【００１６】
また、素子アンテナ６，７のアンテナ形式は特に示さなかったが、例えば、ダイポールアンテナ、モノポールアンテナ、マイクロストリップアンテナ、ループアンテナなど全ての種類のアンテナを用いて本発明を実施することができる。さらに、偏波についても任意であり、垂直偏波、水平偏波、あるいは円偏波を用いてこの発明は実施することができる。
【００１７】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、２つの素子アンテナに適切な給電振幅と給電位相を与えるために、２つの素子アンテナ間の距離がλ／４に固定されることなく、かつ広い周波数帯域にわたって前後比の高いカージオイド指向性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】カージオイド指向性の説明図である。
【図２】従来の２素子アンテナの説明図である。
【図３】従来の不完全なカージオイド指向性の説明図である。
【図４】本発明による２素子アンテナの説明図である。
【図５】本発明によるカージオイド指向性の説明図である。
【符号の説明】
１；カージオイド指向性
２；第１素子アンテナ
３；第２素子アンテナ
４；２素子アンテナ
５；不完全カージオイド指向性
６；第１素子アンテナ
７；第２素子アンテナ
８；２素子アンテナ
９；カージオイド指向性

Claims (2)

1. ２個の素子アンテナから構成され、前期２個の素子アンテナ間の距離をｄ、電波の波長をλとし、一方の素子アンテナの給電振幅をａとするとき、他方の素子アンテナの給電振幅が−ａで、かつ上記２個の素子アンテナの給電位相の差が３６０ｄ／λ（度）であり、さらに上記２素子アンテナ間の距離ｄがλ／４を超えないことを特徴とするカージオイド型指向性を持つ２素子アンテナ。
2. ２個の素子アンテナから構成され、前期２個の素子アンテナ間の距離をｄ、電波の波長をλとするとき、上記２個の素子アンテナの給電位相の差が３６０ｄ／λ±１８０（度）であり、さらに上記２素子アンテナ間の距離ｄがλ／４を超えないことを特徴とするカージオイド型指向性を持つ２素子アンテナ。

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