JP5120578B1

JP5120578B1 - ＢｅａｎＡｎｔｅｎｎａ（そら豆形アンテナ）

Info

Publication number: JP5120578B1
Application number: JP2012024835A
Authority: JP
Inventors: 秀秋山本
Original assignee: 秀秋山本
Priority date: 2012-02-08
Filing date: 2012-02-08
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2032-02-08
Also published as: JP2013162444A

Abstract

【課題】ＵＨＦ，ＶＨＦａｎｔｅｎｎａとして、電波障害物が多い環境でも使用でき、かつ広帯域なアンテナを開発すること。
また構造単純で移動体通信用アンテナとして利用できるアンテナを開発すること。
【解決手段】円形ループアンテナを応用し、内部に円形無給電素子を配置し、その配置位置を決定した。
【選択図】図２

Description

空中線

ＶＨＦ，ＵＨＦ帯域に置いては、八木アンテナが広く普及し利用されている。
八木アンテナは指向性が鋭く、電界強度利得も高いので、受信環境がよければ非常に有利なアンテナである。しかし次のような欠点を持つ。１．受信環境の悪いところ、遮蔽物が多いところなどでは、必ずしも有利ではない。２．帯域幅が狭い。３．移動体通信用アンテナとしても好適とは言えない。

土井、佐藤："ループ状連続線電流による指向性の合成"、電子通信学会論文誌、昭和４４−４４０、Ｂ−１７３喜安："環状輻射体による指向性の合成について"、電気通信学会誌、２９巻３号、昭和２１−０３土井、佐藤："ループ状連続線電流による指向性の合成とその実現法"、電子通信学会専門委員会誌、ＡＰ６８−３７（１９６８−０９）

八木アンテナよりも広角度で単方向性を持った線状アンテナを実現すること。

ＵＨＦ帯域において、広い帯域幅を持ったアンテナを開発すること。

移動体通信に適した、単方向性を持つアンテナを実現すること。

円形線状ループアンテナを応用する。目的とする指向性を実現するために、円形線状ループアンテナ上に電流分布を生成する。
このとき指向性形状と電流分布を其々フーリエ展開すると、各々の展開項において次数の一致する項が１対１に対応している。

ループを分割して分割点にインピーダンスを負荷するという方法がある。

半径Ｒの円形線状ループに周波数Ｆの電流を給電する。このとき円内に半径ｒの円形無給電素子を置く。
この無給電素子を外部給電素子の給電点に極限まで近付けると、無給電素子上に周波数（Ｒ／ｒ）Ｆの高調波電流が誘導される（Ｒ円の電流も、ｒ円の電流も定在波であるので）。
Ｒ／ｒ＝ｎとして、無限遠方から見た場合、このアンテナは周波数Ｆの電流と周波数ｎＦの電流が重畳されているものと等価となる。
この形状によりＢｅａｎＡｎｔｅｎｎａと名付けた。また原理より別称をＦｏｕｒｉｅｒＡｎｔｅｎｎａとする。

定置アンテナとしては、広角単方向性アンテナである。電波障害物の多い環境でも有効。利得は高くない。

ＵＨＦ帯域において、広い帯域幅を持つ（約２ＧＨｚ）。

単純形状なので、パラメータは少なく設計、製造および設置調整は容易。

複数個のＢｅａｎＡｎｔｅｎａを装備することにより、移動体通信アンテナを構成できる。

基本原理を示す。目的とする放射パターンを単方向の矩形とする。このパターンをフーリエ展開するとΣ（係数ｎ）ｃｏｓ（ｎωｔ）となるが、ｎ＝１の波形を起電流素子で実現する。ｎ＝２，３，４，・・・の高周波誘導電流を無給電素子で実現する。ＢｅａｎＡｎｔｅｎｎａの基本型であり、ｂｅａｎｂａｓｉｃｐａｔｔｅｒｎと定義する。ｄｘ＝極小、ｄｚは任意だが０を典型とする。ｂｅａｎ＿ｂａｓｉｃ＿ｐａｔｔｅｒｎにおいて、給電円素子（半径Ｒ）、無給電円（半径ｒ）、Ｒ／ｒ＝ｎ＝２の場合の形状。図３において、Ｒ＝０．１ｍ、周波数ｆ＝３Ｇｈｚ、すなわちＲは１波長。の場合における、遠方電界強度パターンの垂直と水平。使用シミュレーション・ソフトは、４ｎｅｃ２（ｖ５．８．７、モーメント法、ＬａｗｒｅｎｃｅＬｉｖｅｒｍｏｒｅＬａｂｏｒａｔｏｒｙ、以下同様）。前方利得８．２ｄｂｉ、前後比（ｆｒｏｎｔｔｏｂａｃｋｒａｔｉｏ，ＦＢ比）１２ｄｂｉ。図３において、周波数ｆ＝２Ｇｈｚ、電界強度パターンの垂直と水平。前方利得７．３ｄｂｉ、ＦＢ比１１ｄｂｉ。図３において、周波数ｆ＝４Ｇｈｚ、電界強度パターンの垂直と水平。前方利得７．７ｄｂｉ、ＦＢ比１２ｄｂｉ。ｂｅａｎ＿ｂａｓｉｃ＿ｐａｔｔｅｒｎにおいて、Ｒ／ｒ＝ｎ＝３の場合の形状。図７において、Ｒ＝０．１ｍ、周波数ｆ＝３Ｇｈｚ、前方利得７．９ｄｂｉ、前後比（ｆｒｏｎｔｔｏｂａｃｋｒａｔｉｏ，ＦＢ比）１２ｄｂｉ。図７において、周波数ｆ＝２Ｇｈｚ、前方利得７．３ｄｂｉ、ＦＢ比１０ｄｂｉ。図７において、周波数ｆ＝４Ｇｈｚ、前方利得７．７ｄｂｉ、ＦＢ比１２ｄｂｉ。ｂｅａｎ＿ｂａｓｉｃ＿ｐａｔｔｅｒｎにおいて、１素子追加ｎ＝２、３の場合の形状。図１１において、周波数ｆ＝３Ｇｈｚ、前方利得８．８ｄｂｉ、ＦＢ比１２ｄｂｉ。図１１において、周波数ｆ＝２Ｇｈｚ、前方利得７．４ｄｂｉ、ＦＢ比１２ｄｂｉ。図１１において、周波数ｆ＝４Ｇｈｚ、前方利得９．０ｄｂｉ、ＦＢ比１２ｄｂｉ。ｂｅａｎ＿ｂａｓｉｃ＿ｐａｔｔｅｒｎにおいて、反射器として１素子追加、ｎ＝３の場合の形状。図１５において、周波数ｆ＝３Ｇｈｚ、前方利得８．４ｄｂｉ、ＦＢ比１４ｄｂｉ。図１５において、周波数ｆ＝２Ｇｈｚ、前方利得８．９ｄｂｉ、ＦＢ比１２ｄｂｉ。図１５において、周波数ｆ＝４Ｇｈｚ、前方利得７．９ｄｂｉ、ＦＢ比１５ｄｂｉ。

ｂｅａｎｂａｓｉｃｐａｔｔｅｒｎに複数の無給電素子を追加する。

ｂｅａｎｂａｓｉｃｐａｔｔｅｒｎにｒｅｆｌｅｃｔｏｒを追加する。

ｂｅａｎｂａｓｉｃｐａｔｔｅｒｎに付加素子を追加したものを１単位として、複数単位を並列または縦列して構成する。

構造は線状のもの、プリント基板上に構成したもの、リボン帯状のもので構成したもの、などトポロジカルには変形を持つ。

ＵＨＦ，ＶＨＦａｎｔｅｎｎａ

車載アンテナ、移動体通信アンテナ

ＵＨＦ，ＶＨＦａｎｔｅｎｎａとして、ＢｅａｎＡｎｔｅｎｎａは広角低利得アンテナであり、狭角高利得の八木アンテナの機能を補完する。

帯域幅の広さが最有利点であり、経済性に富む。

形状構造は単純なので、多量生産も容易である。また車載アンテナ等の他の構造物への組み込みも容易である。

Claims

円形線状の給電円素子とその内部に円形線状無給電素子を置き、２つの素子が置かれる平面は平行とし、
外部給電円素子の給電点と内部無給電円素子の平面方向距離をｄｘ，平面間の距離をｄｚとし、
ｄｘは無限小、ｄｚは０を中心とするパラメータとし、
線の形状は、線状、平板状、リボン状のものとし、
この構造により給電点と逆方向に指向特性をもつアンテナ。