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