JP4292121B2 - 広帯域ループアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、複数のループアンテナ素子を反射板上に設置した広帯域ループアンテナに関するものである。

従来より、ＶＨＦ帯やＵＨＦ帯の送信用アンテナとして、双ループアンテナが用いられている。
この双ループアンテナは、一波長ループアンテナを２つ用意し、互いに並列に接続したものである。この双ループアンテナを２Ｌ型双ループアンテナ又は２Ｌ素子という。
電力利得を上げるため、前記双ループアンテナを複数用意し、それぞれの双ループアンテナに平衡不平衡変換回路(balun)を接続して使用することがある。これらをループ数により４Ｌ型，６Ｌ型双ループアンテナ又は４Ｌ素子、６Ｌ素子などという。

図１２は、従来の４Ｌ型双ループアンテナの構造を示す正面図、平面図及び側面図である。
この４Ｌ型双ループアンテナは、反射板１１に２つの２Ｌ素子１２を設置している。各２Ｌ素子１２には、平衡不平衡変換回路１５が接続され、平衡不平衡変換回路１５の同軸導体１７は、反射板１１の裏側に回されて、同軸線路又はストリップ線路など２５によって反射板の裏側で１本の給電端子１６に接続される。
特開2003-264422号公報

前述した従来の４Ｌ型双ループアンテナの構造であれば、平衡不平衡変換回路が、それぞれの双ループアンテナごとに必要である。
例えば４Ｌ型ならば平衡不平衡変換回路が２つ必要、６Ｌ型ならば平衡不平衡変換回路が３つ必要である。このため、構造の複雑な平衡不平衡変換回路を複数用意する必要があり、アンテナの全体構造が複雑になり、かつコストアップの要因になっている。

また、複数の平衡不平衡変換回路同士を接続する同軸線路又はストリップ線路を、反射板の裏側で単一の給電端子に接続する必要がある。このため、反射板の裏側の同軸線路又はストリップ線路を腐食防止のためカバーで覆う必要あるが、同軸線路又はストリップ線路の線路長が長くなり、広い範囲を気密化シールしなければならない。
さらに、反射板の裏側の同軸線路又はストリップ線路を給電端子に接続する場合、反射板の裏側の突出量ｗが無視できない。

そこで、本発明は、簡単な構造を有し、腐食防止のためのシールも簡単にでき、反射板の裏側に突出量が少なくて済む広帯域ループアンテナを提供することを目的とする。

本発明の広帯域ループアンテナは、反射板上に設置した複数のループアンテナ素子が、２つのグループに分離されており、各グループに属するループアンテナ素子は、２本のアンテナ素子を並列に接続した双ループアンテナ素子と１ループアンテナ素子との組合わせであり、前記双ループアンテナと１ループアンテナ素子とを接続する第２の平行導体と、各グループに属する前記第２の平行導体同士を前記反射板の表側において接続する第１の平行導体と、前記第１の平行導体の１箇所に接続される平衡不平衡変換回路と、前記反射板の裏側に設けられた、前記平衡不平衡変換回路を不平衡線路に接続するための給電端子と、を備えるものである。

この構造の広帯域ループアンテナであれば、各グループに属するループアンテナ素子同士を接続する１本の平行導体を、反射板の表側に設け、前記平行導体の１箇所（通常は中央部）に１つの平衡不平衡変換回路を接続することによって、平衡不平衡変換回路が１つで済む。このため、アンテナの構造が複雑化せず、かつ、シール加工も簡単にできる。さらに、前記平衡不平衡変換回路の１本の同軸線路を伸ばして、前記反射板の裏側の給電端子に接続するだけでよいので、反射板の裏側の突出量も小さくて済み、広帯域ループアンテナの設置場所を選ばなくなる。

前記平衡不平衡変換回路は、例えば、前記平行導体を構成する１本の線路に接続される同軸線路と、前記平行導体を構成する他の１本の線路に接続される導体柱とを含み、それらが波長の所定倍の長さ（例えばλ／４；λは波長）の導体を介して短絡されているものである。
前記平衡不平衡変換回路は、外導体及び内導体からなる同軸線路と、波長の所定倍（ａ倍）の長さの導体柱とを含み、前記平行導体と前記同軸線路内導体との接続点において前記導体柱の端部が接続され、前記平行導体と前記同軸線路内導体との接続点から波長の所定倍（ｂ倍；ｂ≦ａとする）の長さはなれた前記導体柱上の点を前記同軸線路外導体に短絡したものである。前記"ｂ"は、例えばλ／４（λは波長）にとる。

前記ループアンテナ素子は、絶縁体の支柱によって、前記反射板上に支持されていることが好ましい。この理由は、本発明の構造では、従来のようにループアンテナ素子ごとに平衡不平衡変換回路を持たないので、平衡不平衡変換回路の導体柱のみをアンテナ支持のために利用することができない。そこでループアンテナ素子を支える部材が必要になるからである。

本発明の広帯域ループアンテナは、前記反射板に盛り上がった凸状の部分を設けて、前記凸状の部分に平衡不平衡変換回路を設置した構造としてもよい。この構造では、反射板の盛り上がった高さだけ、平衡不平衡変換回路の裏側の給電端子の突出量が少なくなるので、広帯域ループアンテナの設置条件の厳しい場所でも容易に設置できるようになる。

以上のように本発明によれば、ループアンテナ素子の数が多くなっても平衡不平衡変換回路が１つで済み、構造がコンパクトで簡単になる。また、気密構造にする部分も小さくて済み、同軸導体及びその周囲面の腐食を長期間にわたって防止しやすくなる。さらに、反射板裏側のはみ出し量が少なくなり、取り回しが用意になる、といった各種の優れた効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の４Ｌ広帯域双ループアンテナの構造を示す側面図、平面図及び正面図である。この４Ｌ広帯域双ループアンテナは、反射板１１に２つの２Ｌ素子を設置し、各２Ｌ素子同士を平行導体１３で接続している。
前記反射板１１には、アルミニウム、スチール、ステンレス等の薄板を用いる。

前記２Ｌ素子のループ部１２は、アルミニウム、真鍮又は銅からなる金属部材を円環状に形成したものである。各ループ部１２は、樹脂製の支柱１４により反射板１１に固定される。ループ部１２の長さは、通常１波長（１λ）に選ばれる。
前記円環の一部は切り離されていて、この切り離された部分において、２つのループ同士が並列に接続される。この並列接続部分１２ａの長さは、通常λ／３程度である。

この並列接続部分１２ａの中央部は、アルミニウム、真鍮又は銅からなる平行導体１３によって互いに接続される。接続方法は、例えば図２に示すように、平行導体１３の先端に９０度折り曲がった固定板１３ａを設けて、この固定板１３ａを、２Ｌ素子の並列接続部分１２ａにネジなどで固定する。
平行導体１３の中央部には、平衡不平衡変換回路１５が設けられている。

図３は、平衡不平衡変換回路１５の拡大斜視図である。平衡不平衡変換回路１５は、反射板１１に接続された２本の金属円柱１５ａ，１５ｂと、金属円柱１５ａ，１５ｂ同士を任意の位置で接続するための上下動可能なショートリング１５ｃとを有する。各金属円柱１５ａ，１５ｂは、先端部が矩形状に切り出されていて、矩形の一面が、溶接加工やねじ止めなどで平行導体１３の側面に固着されるようになっている。各金属円柱１５ａ，１５ｂの素材は、アルミニウム、真鍮又は銅からなる。

２本の金属円柱１５ａ，１５ｂのうちの１本１５ａは、中空状になっていて、その中を同軸導体１７が貫通している。前記中空部分の少なくとも先端部はテトラフルオロエチレン樹脂などの誘電体で満たされている。同軸導体１７と中空部分の側面との間は、Ｏリングなどが介在した気密構造になっている。
前記同軸導体１７の先端は突出していて、ジャンパー棒１５ｄの一端にねじ止めで固定されている。２本の金属円柱１５ａ，１５ｂのうち他の１本１５ｂは、中実であり、先端に雄ねじ１５ｆが突出している。前記ジャンパー棒１５ｄの他端がこの雄ねじ１５ｆにねじ止めされる。

また、２本の金属円柱１５ａ，１５ｂ同士は、ショートリング１５ｃによって任意の位置（例えばジャンパー棒１５ｄからλ／４の位置）で短絡可能になっている。
図４は、反射板１１の裏側の平衡不平衡変換回路１５の接続部を示す断面図である。
前記金属円柱１５ａの下部は、反射板１１の裏側に貫通して、接続用円筒導体１６が約９０度の角度でこの金属円柱１５ａの下端面に接続される。前記同軸導体１７の下端は、反射板１１の裏側で、約９０度の角度で他の同軸導体２０に接続している。この同軸導体２０の周囲は、前記接続用円筒導体１６によって包囲されている。接続用円筒導体１６の先端部１６ａは、端子加工がなされて、ここに外部同軸ケーブルが接続可能になっている。１８は接続用円筒導体１６の後端を閉鎖する金属キャップである。

前記同軸導体２０と接続用円筒導体１６との間には、内導体を支持するために樹脂製のリング１９が嵌装されているが、通常は、腐食防止のための乾燥空気を同軸管内部に充填するために、このリングには通気のための穴が開けられている。
以上のような、２つの双ループアンテナを平行導体１３で接続し、この平行導体１３の中央部分で、１本の同軸導体１７に接続して４Ｌ広帯域双ループアンテナの構造とすることによって、従来の２つの双ループアンテナにそれぞれ平衡不平衡変換回路を接続する構造と比べて、１つの平衡不平衡変換回路１５だけの設置で済ますことができる。

また、金属円柱１５ａが、反射板１１の中央部に１本設けられているだけなので、気密に保つ部位の容積が小さくて済む。このことを図を用いて説明する。
図５は、２つの双ループアンテナにそれぞれ接続された２本の同軸導体１７を、反射板１１の裏側に回して、反射板１１の裏側で接続して１本化する従来の構造を示す側面図である。同軸導体１７は、反射板１１の裏側を長い距離にわたって引き回されるため、反射板１１の裏側の広い範囲をカバー２３で覆う必要がある。したがって、同軸導体１７の先端部２４ａ，２４ｂとともに、カバー２３の部分を気密化シールしなければならない。

一方、本発明にかかる図６は、２つの双ループアンテナを平行導体１３で接続し、この平行導体１３の中央部分で、１本の同軸導体１７に接続しているため、気密化シールする部分は、前記同軸導体１７の先端部２４と、外部同軸ケーブルとの接続部１６でよい。外部同軸ケーブルとの接続部１６のシールは、従来の構造と共通しているので、本発明の特徴を言えば、前記同軸導体１７の１つの先端部２４のみを気密化すればよい。したがって、気密化シールしなければならない部分は、従来と比べて格段に少なくて済む。すなわち、本発明では、同軸導体１７を円筒導体の中空部に気密性を保ちながら閉じ込めることが、従来に比べて容易にできる。

また、従来の構造では、図５に示したように、２つの双ループアンテナにそれぞれ接続される同軸導体１７を反射板１１の裏側に回してから１本にするが、反射板１１の裏側に接続部を設けるので、反射板１１の裏側への突出量ｗがそれだけ大きくなる。本発明の構造では、図６に示すように、同軸導体１７は反射板１１の表から裏に貫通するので、前記接続部を設ける必要はない。したがって、反射板１１の裏側への突出量ｗが少なくなる。

突出量ｗをさらに減らすことのできる構造を、図７を用いて説明する。
図７は、反射板１１の中央部１１ａを長手方向に沿って凸状に屈曲させて、反射板１１の周囲部よりも盛り上げた４Ｌ双ループアンテナの構造を示す平面図、正面図及び側面図である。この盛り上げられた反射板の中央部１１ａに、平衡不平衡変換回路１５、ループ部１２を設置している。この中央部１１ａの裏側の接続部１６の突出量ｗは、図７（ａ）に示すように、中央部１１ａが盛り上げられた量だけ少なくなっている。すなわち、盛り上げられた中央部１１ａを設けることにより、反射板１１の背面の接続部１６の突出量ｗを、さらに減らすことができるようになる。このため、４Ｌ双ループアンテナの設置場所において、給電ケーブルの配線スペースの狭い場所でも、４Ｌ双ループアンテナの設置ができるようになる。

以上の図１から図７に示した構造は、２つの双ループアンテナを備える４Ｌ双ループアンテナの構造であるが、本発明は、６Ｌ双ループアンテナに対しても適用可能である。
図８は、６Ｌ双ループアンテナの平面図及び側面図である。この６Ｌ双ループアンテナは、反射板１１の片側に２Ｌ双ループアンテナ１２と１Ｌループアンテナ２１とを配置し、反射板１１の他の片側にも２Ｌ双ループアンテナ１２と１Ｌループアンテナ２１とを配置している。反射板１１の片側の２Ｌ双ループアンテナ１２の中心部と、１Ｌループアンテナ２１とを第二の平行導体２２で結び、反射板１１の他の片側の２Ｌ双ループアンテナの中心部と、１Ｌループアンテナ２１とを第二の平行導体２２で結んでいる。そして、これらの第二の平行導体２２の中央部同士を、第一の平行導体１３で渡している。そして、第一の平行導体１３の中央に平衡不平衡変換回路１５及び外部ケーブルとの接続部１６を設けている。この平衡不平衡変換回路１５及び接続部１６の構造は、図３、図４を用いて説明したのと同様であるから、その説明は省略する。

このように、片側の２Ｌ双ループアンテナ１２及び１Ｌループアンテナ２１と、他の片側の２Ｌ双ループアンテナ１２及び１Ｌループアンテナ２１とを、第一の平行導体１３で接続することにより、平衡不平衡変換回路１５が１つで済みアンテナ全体の構成が簡単になること、同軸導体１７を気密性を保ちながら閉じ込めることが容易にできること、反射板１１の裏側への突出量ｗが少なくなることなど、図１から図７に示した４Ｌ双ループアンテナと同様の利点が得られる。

以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではない。例えば本発明は、４Ｌ双ループアンテナ、６Ｌ双ループアンテナ以外に、８Ｌ以上の素子をもつ双ループアンテナにも適用可能である。その他、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。

図１に示したのと同じ構造の、中心周波数６０５ＭＨｚの４Ｌ双ループアンテナを製作した。平行導体１３の寸法は、図９に示すように、全長７４８ｍｍである。その断面形状は、同図に示すように、高さ１５ｍｍの２本の金属平棒からなり、互いの間隔は８ｍｍである。この平行導体１３の特性インピーダンスは、１１１Ωであった。
図１０に、ｘｚ面内のアンテナ利得の角度分布（指向性）を示す。測定した周波数は、５３０ＭＨｚ、５９０ＭＨｚ、６５０ＭＨｚである。図１０（ａ）は、比較例として図５に示した従来型の４Ｌ双ループアンテナの指向性を示し、図１０（ｂ）は、本発明の図１に示した４Ｌ双ループアンテナの指向性を示す。

図１１に、従来型の４Ｌ双ループアンテナのＶＳＷＲと、本発明の４Ｌ双ループアンテナのＶＳＷＲとを示す。破線は比較例、実線は本発明品の特性を示す。
両グラフを比較して、指向性、ＶＳＷＲとも、ほとんど差がないことがわかる。これは、本発明の４Ｌ双ループアンテナの特性は、従来の４Ｌ双ループアンテナの特性に比べて遜色ないことを示している。

本発明の双ループアンテナは、前述したように構造上、コスト上のメリットがあるので、広く適用できる。

本発明の４Ｌ広帯域双ループアンテナの構造を示す正面図、平面図及び側面図である。 各２Ｌ素子１２と、平行導体１３との接続例を示す斜視図である。 平衡不平衡変換回路１５の拡大斜視図である。 反射板１１の裏側の平衡不平衡変換回路１５の接続部を示す断面図である。 ２つの双ループアンテナにそれぞれ接続された同軸導体１７を、反射板１１の裏側に回して、接続して１本化している従来の構造を示す側面図である。 ２つの双ループアンテナを平行導体１３で接続し、この平行導体１３の中央部分で、１本の同軸線路１７に接続する本発明の構造を示す側面図である。 反射板１１の中央部１１ａを長手方向に沿って凸状に屈曲させた４Ｌ双ループアンテナの構造を示す平面図、正面図及び側面図である。 本発明の６Ｌ双ループアンテナを示す平面図及び側面図である。 実施例として製作した４Ｌ双ループアンテナの寸法を示す側面図である。 （ａ）は、比較例として図５に示した従来型の４Ｌ双ループアンテナの指向性を示し、（ｂ）は、本発明の図１に示した４Ｌ双ループアンテナの指向性を示すグラフである。 従来型の４Ｌ双ループアンテナのＶＳＷＲと、本発明の４Ｌ双ループアンテナのＶＳＷＲとを示すグラフである。 従来型の４Ｌ型双ループアンテナの構造を示す正面図、平面図及び側面図である。

符号の説明

１１ 反射板
１１ａ 凸部
１２ ループ部
１３ 平行導体
１５ａ，１５ｂ 金属円柱
１５ｃ ショートリング
１５ｄ ジャンパー棒
１６ 接続用円筒導体
１７ 同軸導体
１８ 樹脂キャップ
１９ 樹脂リング
２０ 同軸導体
２１ １Ｌループアンテナ
２２ 第二の平行導体

Claims (4)

1. 複数のループアンテナ素子を反射板上に設置した広帯域ループアンテナであって、
   前記複数のループアンテナ素子が、２つのグループに分離されており、
   各グループに属するループアンテナ素子は、２本のアンテナ素子を並列に接続した双ループアンテナ素子と１ループアンテナ素子との組合わせであり、
   前記双ループアンテナと１ループアンテナ素子とを接続する第２の平行導体と、
   各グループに属する前記第２の平行導体同士を前記反射板の表側において接続する第１の平行導体と、
   前記第１の平行導体の１箇所に接続される平衡不平衡変換回路と、
   前記反射板の裏側に設けられた、前記平衡不平衡変換回路を不平衡線路に接続するための給電端子と、を備えることを特徴とする広帯域ループアンテナ。
2. 前記平衡不平衡変換回路は、外導体及び内導体からなる同軸線路と、波長の所定倍（ａ倍）の長さの導体柱とを含み、
   前記平行導体と前記同軸線路内導体との接続点において前記導体柱の端部が接続され、この接続点から波長の所定倍（ｂ倍；ｂ≦ａとする）の長さはなれた前記導体柱上の点を前記同軸線路外導体に短絡したものである請求項１記載の広帯域ループアンテナ。
3. 前記ループアンテナ素子は、絶縁体の支柱によって、前記反射板上に支持されている請求項１又は請求項２記載の広帯域ループアンテナ。
4. 前記反射板は、盛り上がった凸状の部分を備え、前記凸状の部分に前記平衡不平衡変換回路が設置されている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の広帯域ループアンテナ。

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