JP4728930B2

JP4728930B2 - 地板付きコーナーレフレクタアンテナ

Info

Publication number: JP4728930B2
Application number: JP2006297097A
Authority: JP
Inventors: 陸男藤田
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2006-02-14
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2026-10-31
Also published as: US20070188400A1; US7495628B2; JP2007251916A

Description

本発明は、広帯域特性を有する地板付きコーナーレフレクタアンテナに関する。

従来の地板付きコーナーレフレクタアンテナは、図１１に示すように、使用周波数に対して一辺が約０．６波長（λ）の大きさの矩形状金属導体からなる地板２１と、太さが約０．０１５波長、長さが約０．２５波長の棒状の金属導体からなる放射器２２と、２枚の矩形状金属板２３ａ、２３ｂを所定の角度に組合せたコーナー状反射器２３とで構成している。そして、放射器２２を地板２１の中心付近に絶縁碍子２４により絶縁した状態でほぼ垂直に設置すると共に、コーナー状反射器２３を放射器２２とコーナー状反射器２３の頂角との間隔が０．３５波長程度となるように離して地板２１上に垂直に設置し、給電線２５からの信号を放射器２２に給電することにより、単向性アンテナとしている。

そして、従来では、コーナー状反射器２３は、幅が約０．３５波長、高さが約０．４５波長の金属板２３ａ、２３ｂを約１２０度の角度で組合せている。このときの垂直偏波垂直面の指向性を図１２（ａ）に、垂直偏波水平面の指向性を図１２（ｂ）に示す。

上記のように構成された従来の地板付きコーナーレフレクタアンテナは、図１２（ａ）に示されているように、垂直面指向性の最大感度方向が水平に対して約２７．５度上方の角度方向（打上げ方向）となっている。

また、本発明に関連する技術として、略長方形に形成されたダイポール素子の後方に所定の間隔を保ってコーナーレフレクタを設けてなるＵＨＦ帯用広帯域アンテナが知られている（例えば、特許文献１参照。）。このＵＨＦ帯用広帯域アンテナは、板状あるいはその中央部に空隙を設けたダイポール素子を使用し、給電側から放射される電波の振幅と非給電側から放射される電波のバランスをとることで、指向性（垂直面）の最大値方向が仰角にチルトするのを防止している。
特開２００５−２４４９２６号公報

上記従来の地板付きコーナーレフレクタアンテナは、地板２１を水平に設置して垂直偏波で使用しようとした場合、垂直偏波垂直面指向性の最大感度方向が図１２（ａ）に示したように水平に対して約２７．５度打ち上げた方向になり、この結果水平方向の感度が約１．５ｄＢ低下するという問題があった。
また、地板２１を小さくしようとすると、最大感度方向の打上げとなる角度が更に大きくなり、水平方向の感度も更に低下するため地板２１を小さくすることができない。
更にまた、広帯域な周波数範囲で使用しようとすると、周波数に対するインピーダンスの変化が大きく、特性を広帯域化することが困難である。このときの特性インピーダンス５０Ωに対する電圧定在波比（ＶＳＷＲ）特性を図１３に示す。図１３は、横軸に周波数（ｆ／ｆ_０）をとり、縦軸に電圧定在波比をとって示した。なお、上記ｆ_０は中心周波数を示している。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、垂直面指向性の最大感度方向が打上げ方向となるのを軽減でき、水平方向の感度の低下を軽減すると共に指向特性及びインピーダンス特性が広帯域な地板付きコーナーレフレクタアンテナを提供することを目的とする。

第１の発明に係る地板付きコーナーレフレクタアンテナは、地板と、前記地板上の一端部に略垂直に設けられ、２枚の矩形状金属板を所定の角度に組合せてなるコーナー状反射器と、前記コーナー状反射器の上端に設けられる略三角形状の遮蔽板と、前記地板の前端中央部と前記コーナー状反射器の頂角との間に垂直に設けられる所定寸法の長辺と短辺を持つ矩形状金属板からなる放射器と、前記放射器の前端側に下端から所定距離離して設けられる放射用切欠きと、前記放射器の上辺に設けられる調整用切欠きと、前記放射用切欠きの前端側の両側に設けられる給電点とを具備し、前記給電点にインピーダンス変換器を介して給電することを特徴とする。

第２の発明に係る地板付きコーナーレフレクタアンテナは、地板と、前記地板上の一端部に略垂直に設けられ、２枚の矩形状金属板を所定の角度に組合せてなるコーナー状反射器と、前記コーナー状反射器の上端に設けられる略三角形状の遮蔽板と、前記地板の前端中央部と前記コーナー状反射器の頂角との間に垂直に設けられる所定寸法の長辺と短辺を持つ矩形状金属板からなる放射器と、前記放射器の前端側に下端から所定距離離して設けられる放射用切欠きと、前記放射器の上辺に設けられる調整用切欠きと、前記放射用切欠きの前端側の両側に設けられる給電点と、前記放射器の前端上部に設けられる調整板とを具備し、前記給電点にインピーダンス変換器を介して給電することを特徴とする。

本発明によれば、垂直偏波垂直面指向性において最大指向方向が打上げ角になる角度を軽減し、水平方向における感度低下を軽減することができ、且つ地板を小さくしてアンテナの小形化を図ることができる。
また、放射器として放射用切欠き、調整用切欠き等を有する金属板を用いて地板と組合せ、放射用切欠きと地板との間隔を調整してインピーダンスを１００〜３００Ωの高い値に設定することにより周波数に対するインピーダンスの変化を相対的に小さくし、且つインピーダンス変換器を用いて例えば５０Ω等の低いインピーダンスに変換することにより広帯域特性とすることができる。

また、放射器の前端上部に調整板を設けることにより、低い周波数領域における水平方向の感度低下を軽減することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る地板付きコーナーレフレクタアンテナの構成例を示す斜視図、図２は図１における放射器の詳細を示す構成図である。

図１において、１は地板で、例えばほぼ五角形状に形成した金属板を使用している。上記地板１には、上面の一端部に例えば長辺（高さ）が約０．４５波長、短辺（横幅）が約０．３５波長の２枚の金属板２ａ、２ｂを約１２０度に組合せてなるコーナー状反射器２が垂直に設けられる。上記地板１は、幅をコーナー状反射器２の開口幅と同程度、あるいはコーナー状反射器２の開口幅以下に設定した長方形の金属板を使用し、一方の端部に設けられるコーナー状反射器２から後方にはみ出す部分を切断してほぼ五角形状に形成している。そして、上記コーナー状反射器２の上端、すなわち地板１に相対する端部には、三角形状の遮蔽板（金属板）３が地板１と平行に設けられる。なお、図１では、コーナー状反射器２に設けられる遮蔽板３の一部を切り欠いて示している。

また、地板１上には、前端中央部とコーナー状反射器２の頂角との間に長辺Ｈが約０．４波長、短辺Ｗが約０．３５波長の矩形状金属板からなる放射器４が垂直に設けられる。この場合、地板１の前端は放射器４と略同じ張出しとなるように設定され、放射器４はコーナー状反射器２の頂角に角度を２等分して設けられる。

上記放射器４は、図２に詳細を示すように、上端及び下端を短辺としたとき、下端から所定間隔ｄ１（約０．０６波長）離して短辺と平行に幅ｄ２を約０．０５波長、長さＬ１を約０．２５〜０．３３波長に設定した放射用切欠き４ａを設けると共に、上端とした短辺に調整用切欠き４ｂ、４ｃを設けている。この場合、放射器４の前端と調整用切欠き４ｂとの幅ｗ１は約０．０９波長、調整用切欠き４ｂの幅ｗ２は約０．１４波長、調整用切欠き４ｂ、４ｃの幅ｗ３は約０．０９波長、調整用切欠き４ｃの幅ｗ４は約０．０３波長に設定される。また、調整用切欠き４ｂ、４ｃの深さｄ３は、約０．１波長に設定される。

そして、上記放射器４には、放射用切欠き４ａの前端側の両側に給電点５ａ、５ｂが設けられる。この放射器４の給電点５ａ、５ｂは、インピーダンス変換器６を介して給電線７に接続される。給電線７は、コーナー状反射器２に設けた透孔より絶縁部材８により絶縁した状態で外側に導出される。

上記のように設定した地板付きコーナーレフレクタアンテナの中心周波数における垂直偏波垂直面の指向性を図３（ａ）に、垂直偏波水平面の指向性を図３（ｂ）に示す。

上記地板付きコーナーレフレクタアンテナによれば、使用周波数の中心周波数において、垂直偏波垂直面における指向性の最大感度方向の打上げ角が従来アンテナでは約２７．５度であったものを約１０度に軽減でき、また、水平方向の落ち込みが従来アンテナでは約１．５ｄＢであったものを約０．２ｄＢに軽減することができた。これは、放射器４の上端（短辺）に大きな電流が流れて天頂方向に指向性感度が強くなろうとするのを調整用切欠き４ｂ、４ｃを設けることにより、天頂方向に放射する電流の位相を相殺させ、更にコーナー状反射器２の上端に遮蔽板３を設けて水平方向の感度を強めるように作用させたためである。

また、放射用切欠き４ａと地板１との間隔ｄ１を調整することにより、放射用切欠き４ａの前端両側部に設けた給電点５ａ、５ｂから見たインピーダンスの実数部を高く、あるいは低く調整することができる。すなわち、放射用切欠き４ａと地板１との間隔ｄ１を大きくするとインピーダンスの実数部を高くすることができ、逆に間隔ｄ１を小さくするとインピーダンスの実数部を低い値に設定することができる。

本実施形態では、放射用切欠き４ａの切欠き幅ｄ２を約０．０５波長に設定すると共に、放射用切欠き４ａと地板１との間隔ｄ１を約０．０６波長に設定することにより、インピーダンスの実数部を広帯域に亘って１００〜３００Ω程度となるように設定している。このときの周波数変化に対するリアクタンス部の変化を−８０〜＋１２０Ωと小さくすることができるので、特性インピーダンスを２００Ωにしたとき、定在波比特性が２以下で広帯域アンテナを実現することができる。

インピーダンスを２００Ωから５０Ωに変換するインピーダンス変換器６の一例としてＵバルンがある。
給電点５ａ、５ｂに接続するインピーダンス変換器６としてＵバルンを使用し、インピーダンスを２００Ωから５０Ωに変換した場合におけるインピーダンス変換後の電圧定在波比特性を図４に示す。図４は横軸に周波数（ｆ／ｆ_０）をとり、縦軸に電圧定在波比をとって示した。
上記第１実施形態によれば、垂直偏波垂直面指向性において最大指向方向が打上げ角になる角度を軽減して水平方向における感度低下を軽減でき、且つ地板を小さくしてアンテナの小形化を図ることができる。また、図４に示す特性図から明らかなように電圧定在波比特性が２．５以下の広帯域特性を有する地板付きコーナーレフレクタアンテナを実現することができる。

なお、特性インピーダンスを２００Ωでなく他の値に設定した場合のインピーダンス変換方法としては、長さが約０．２５波長で所定の特性インピーダンスとなる線路を１段あるいは複数段従属接続することによってもインピーダンス変換することができる。

（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について説明する。
図５は、本発明の第２実施形態に係る地板付きコーナーレフレクタアンテナの構成例を示す斜視図である。
第２実施形態に係る地板付きコーナーレフレクタアンテナは、上記第１実施形態において、コーナー状反射器２の前端外側周囲に所定幅のつば１１を設けると共に、放射器４に設けた放射用切欠き４ａを斜めに傾けて形成したものである。その他の構成は、第１実施形態と同様の構成であるので、同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

上記つば１１は、所定の幅で平面状に形成した金属板をコーナー状反射器２の前端外側周囲に外方に向かって、すなわち地板１と直交する方向に設けている。上記つば１１の幅は、例えば約０．０７波長に設定される。なお、コーナー状反射器２は、金属板２ａ、２ｂの長辺を約０．４５波長、短辺を約０．３２波長に設定し、約１２０度で組合せて構成している。

また、放射用切欠き４ａは、幅ｄ２を約０．０５波長、長さＬ１を０．３５波長に設定すると共に、給電点５ａ、５ｂ付近では地板１との間隔ｄ１を約０．０６波長に設定し、コーナー状反射器２に近付くに従い地板１から離れるように傾きを設けたものであり、ここでは傾きを例えば約１０度に設定している。

上記のように構成した地板付きコーナーレフレクタアンテナの中心周波数における垂直偏波垂直面の指向性を図６（ａ）に、垂直偏波水平面の指向性を図６（ｂ）に示す。

上記第２実施形態によれば、使用周波数の中心周波数において、垂直偏波垂直面指向性の最大感度方向の打上げ角を、従来アンテナでは約２７．５度であったものが約０度に軽減できると共に、水平方向の感度低下を従来アンテナでは約１．５ｄＢであったものが約０ｄＢに軽減することができる。なお、水平面指向性のビーム幅は、コーナー状反射器２の大きさ及び組合せ角度により調整することが可能である。

放射器４の給電点５ａ、５ｂに接続されるインピーダンス変換器６としてＵバルンを接続し、インピーダンスを２００Ωから５０Ωに変換したときのインピーダンス変換後の電圧定在波比特性を図７に示す。図７は横軸に周波数（ｆ／ｆ_０）をとり、縦軸に電圧定在波比をとって示した。

上記第２実施形態においても、第１実施形態と同様に電圧定在波比特性が２．５以下の広帯域特性を得ることができ、また、使用周波数帯域の端における水平方向の感度低下を０．２ｄＢ程度に軽減することができる。

また、アンテナ周囲につば１１を設けた形状にすると、例えば電車用車両の下部側面等への設置が容易となる。車両等に設置する場合において、絶縁カバー等が必要になった場合、つば１１を有する形状のため、これらの取付けも容易に行うことができる。

なお、上記第１実施形態及び第２実施形態では、地板１をほぼ五角形に形成した場合について説明したが、五角形に限定されるものではなく、その他の形状に形成しても良い。例えば第１実施形態及び第２実施形態で示した地板１の前端側の両角部を取った形状に形成しても、略同等な特性が得られるものである。

（第３実施形態）
次に本発明の第３実施形態について説明する。
上記図５に示した第２実施形態によれば、垂直偏波垂直面指向性において最大指向方向が打上げ角になる角度を軽減して水平方向における感度低下を軽減でき、且つ地板を小さくして小形化を図ることが可能であるが、低い周波数領域における垂直偏波垂直面指向性が下方に傾斜する傾向がある。

例えば周波数が約０．７５×ｆ_０の場合における垂直偏波垂直面指向性は、図８に示すように指向性最大感度方向が約１２０°方向（下方約３０°）の特性になっており、９０°（水平）方向の感度は最大感度方向に対して約０．８３倍（約−１．６ｄＢ）となっている。なお、図８において、０°方向は天頂方向を示している。

本発明の第３実施形態に係る地板付きコーナーレフレクタアンテナは、上記のような低い周波数領域における９０°（水平）方向の感度低下を軽減するために図９に示す構成としている。

すなわち、この第３実施形態に係る地板付きコーナーレフレクタアンテナは、図９に示すように、上記第２実施形態（図５参照）において、放射器４の前端上部に大きさが約０．１×０．１波長の金属導体からなる調整板１２を設けたものである。その他の構成は、第２実施形態と同様の構成であるので、同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図１０は、上記のように放射器４の前端上部に調整板１２を設けた場合の約０．７５×ｆ_０の周波数における垂直偏波垂直面指向性である。このときの特性は、指向性最大感度方向が約１１０°方向（下方約２０°）になり、９０°（水平）方向の感度は最大感度方向に対して約０．９３倍（約−０．６ｄＢ）となり、調整板１２の装着前、９０°方向の感度低下が１ｄＢ以上であったのに対し、装着後は１ｄＢ未満となり、感度低下を軽減させる効果が得られた。

上記のように放射器４の前端上部に調整板１２を設けることにより、低い周波数領域における９０°（水平）方向の感度低下を効果的に軽減することができる。

上記第３実施形態で示したように大きさが約０．１×０．１波長の調整板１２を放射器４の前端上部に設けた場合、指向性が変化するのは低い周波数における垂直偏波垂直面指向性が主で、中心周波数から高い周波数での指向性の変化は微小である。

なお、調整板１２は、上記の寸法に限るものではなく、その大きさや位置により９０°（水平）方向の感度低下軽減の効果が変わるので、必要に応じてその寸法を選定することは可能である。

また、上記第３実施形態では、第２実施形態に係るアンテナに調整板１２を設けた場合について示したが、第１実施形態に係るアンテナに調整板１２を設けた場合においても同様の効果が得られることは言うまでもないことである。

また、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できるものである。

本発明の第１実施形態に係る地板付きコーナーレフレクタアンテナの構成例を示す斜視図である。同実施形態における放射器の詳細な構成例を示す図である。（ａ）は同実施形態における垂直偏波垂直面指向性を示す図、（ｂ）は同垂直偏波水平面指向性を示す図である。同実施形態におけるインピーダンス変換後の電圧定在波比特性を示す図である。本発明の第２実施形態に係る地板付きコーナーレフレクタアンテナの構成例を示す斜視図である。（ａ）は同実施形態における垂直偏波垂直面指向性を示す図、（ｂ）は同垂直偏波水平面指向性を示す図である。同実施形態におけるインピーダンス変換後の電圧定在波比特性を示す図である。同実施形態における低い周波数領域の垂直偏波垂直面指向性を示す図である。本発明の第３実施形態に係る地板付きコーナーレフレクタアンテナの構成例を示す斜視図である。同実施形態における低い周波数領域の垂直偏波垂直面指向性を示す図である。従来の地板付きコーナーレフレクタアンテナの構成を示す斜視図である。（ａ）は従来の地板付きコーナーレフレクタアンテナの垂直偏波垂直面指向性を示す図、（ｂ）は同垂直偏波水平面指向性を示す図である。従来の地板付きコーナーレフレクタアンテナの電圧定在波比特性を示す図である。

符号の説明

１…地板、２ａ、２ｂ…金属板、２…コーナー状反射器、３…遮蔽板、４…放射器、４ａ…放射用切欠き、４ｂ、４ｃ…調整用切欠き、５ａ、５ｂ…給電点、６…インピーダンス変換器、７…給電線、８…絶縁部材、１１…つば、１２…調整板。

Claims

地板と、前記地板上の一端部に略垂直に設けられ、２枚の矩形状金属板を所定の角度に組合せてなるコーナー状反射器と、前記コーナー状反射器の上端に設けられる略三角形状の遮蔽板と、前記地板の前端中央部と前記コーナー状反射器の頂角との間に垂直に設けられる所定寸法の長辺と短辺を持つ矩形状金属板からなる放射器と、前記放射器の前端側に下端から所定距離離して設けられる放射用切欠きと、前記放射器の上辺に設けられる調整用切欠きと、前記放射用切欠きの前端側の両側に設けられる給電点とを具備し、
前記給電点にインピーダンス変換器を介して給電することを特徴とする地板付きコーナーレフレクタアンテナ。
地板と、前記地板上の一端部に略垂直に設けられ、２枚の矩形状金属板を所定の角度に組合せてなるコーナー状反射器と、前記コーナー状反射器の上端に設けられる略三角形状の遮蔽板と、前記地板の前端中央部と前記コーナー状反射器の頂角との間に垂直に設けられる所定寸法の長辺と短辺を持つ矩形状金属板からなる放射器と、前記放射器の前端側に下端から所定距離離して設けられる放射用切欠きと、前記放射器の上辺に設けられる調整用切欠きと、前記放射用切欠きの前端側の両側に設けられる給電点と、前記放射器の前端上部に設けられる調整板とを具備し、
前記給電点にインピーダンス変換器を介して給電することを特徴とする地板付きコーナーレフレクタアンテナ。