JP5301349B2 - Collinear antenna - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放射特性の良好なコーリニアアンテナに関するものである。 The present invention relates to a collinear antenna with good radiation characteristics.
従来のコーリニアアンテナの一例における概略構成を図11に示す。
図11に示す従来のコーリニアアンテナ100は、それぞれダイポールアンテナを構成するスリーブ素子が15段スタックされて構成されている。コーリニアアンテナ100において、1段目スリーブ素子111の上には2段目スリーブ素子112がスタックされ、2段目スリーブ素子112の上には3段目スリーブ素子113がスタックされ、3段目スリーブ素子113の上には4段目スリーブ素子114がスタックされ、4段目スリーブ素子114の上には5段目スリーブ素子115がスタックされ、5段目スリーブ素子115の上には6段目スリーブ素子116がスタックされ、最上段に15段目スリーブ素子125がスタックされている。1段目スリーブ素子111ないし15段目スリーブ素子125のほぼ中央部が伝送線路とされる同軸ケーブル131により励振されており、同軸ケーブル131の下端にはアンテナ給電部132が接続され、同軸ケーブル131は1段目スリーブ素子111内に導入されている。
A schematic configuration of an example of a conventional collinear antenna is shown in FIG.
A conventional collinear antenna 100 shown in FIG. 11 is configured by stacking 15 sleeve elements each constituting a dipole antenna. In the collinear antenna 100, a second-
各スリーブ素子111〜125は円筒状の上段スリーブパイプと下段スリーブパイプが向き合わされてダイポールアンテナが構成されており、上段スリーブ素子と下段スリーブ素子とが向き合う所定のスリーブパイプ間隔がFg1〜Fg15とされている。各スリーブ素子111〜125におけるスリーブパイプ間隔Fg1〜Fg15は同じ間隔とされており、例えばスリーブパイプ間隔Fg1〜Fg15は約5mmとされている。また、ダイポールアンテナを構成する上段スリーブパイプと下段スリーブパイプの電気長は、アンテナ給電部132から給電される周波数信号の波長をλとした際に約λ/4とされている。また、各段のスリーブ素子111〜125が同相で励振されるように、給電部間の同軸ケーブル131の電気長は約1λとされている。なお、同軸ケーブル131の物理長は、同軸ケーブル131の波長短縮率に応じた長さとされる。
Each of the
従来のコーリニアアンテナ100において、アンテナ給電部132から供給する周波数信号を周波数f(f=2560MHz)とし、1段目スリーブ素子111ないし15段目スリーブ素子125における各段のスリーブパイプ間隔Fg1〜Fg15を約5mmとした際の垂直面内(Z−X平面)の放射指向特性の理論計算値を図12に示す。この場合、下方へ約5°向くチルト角となるように各段におけるスリーブ給電部間における同軸ケーブル131の電気長が、周波数fの波長をλとした際に1λより若干短くなるように調整されている。図12に示す放射指向特性では利得は0dBに正規化されており、図12を参照すると、1段目スリーブ素子111ないし15段目スリーブ素子125はほぼ同相で給電され、±95°の水平方向にほぼ同じ強さの放射ビームが発生されている。この場合、サイドローブは少ない数しか発生しておらず、サイドローブレベルは約−13dB以下となっている。また、上記条件を同じにした従来のコーリニアアンテナ100の垂直面内(Z−X平面)の放射指向特性の実測値を図13に示す。図13では利得は0dBに正規化されており、図13に示す放射指向特性を参照すると、±95°の水平方向にほぼ同じ強さの放射ビームが発生しており、チルト角は約5°とされているのが分かる。しかしながら、理論計算値より本来望まれない方向に多数のサイドローブが発生してしまうという問題点があった。
In the conventional collinear antenna 100, the frequency signal supplied from the antenna feeder 132 is a frequency f (f = 2560 MHz), and the sleeve pipe spacings Fg1 to Fg15 of each stage in the first
そこで、本発明は、多段にスタックされているコーリニアアンテナにおいて、サイドローブを低減することができるコーリニアアンテナを提供することを目的としている。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a collinear antenna capable of reducing side lobes in a collinear antenna stacked in multiple stages.
上記目的を達成するために、本発明のコーリニアアンテナは、向かい合わされて配置された上段スリーブと下段スリーブとからなり、多段にスタックされているスリーブ素子と、前記多段にスタックされているスリーブ素子内に貫通され、前記上段スリーブと前記下段スリーブとが向かい合わされて構成された前記各スリーブ素子の給電部に給電する伝送線路と、前記伝送線路に周波数信号を供給する給電部とを備え、前記スリーブ素子を構成している前記上段スリーブと前記下段スリーブとの間隔が、下段から上段に向かって次第に大きくなる間隔に設定されていることを最も主要な特徴としている。 In order to achieve the above object, a collinear antenna of the present invention comprises an upper sleeve and a lower sleeve that are arranged to face each other. The sleeve elements stacked in multiple stages, and the sleeve elements stacked in the multiple stages A transmission line that feeds power to the power feeding part of each of the sleeve elements that is formed by passing through the upper sleeve and the lower sleeve, and a power feeding part that supplies a frequency signal to the transmission line. The most important feature is that the distance between the upper sleeve and the lower sleeve constituting the element is set to be gradually increased from the lower stage to the upper stage.
本発明のコーリニアアンテナは、スリーブ素子を構成している上段スリーブと下段スリーブとの間隔が、下段から上段に向かって次第に大きくなる間隔に設定されていることから、各段のスリーブ素子に伝達される励振振幅が下段から上段に向かって次第に大きくなる。これにより、コーリニアアンテナのサイドローブを低減することができる。 In the collinear antenna of the present invention, since the interval between the upper sleeve and the lower sleeve constituting the sleeve element is set to be gradually increased from the lower stage toward the upper stage, it is transmitted to the sleeve element of each stage. The excitation amplitude increases gradually from the lower stage to the upper stage. Thereby, the side lobe of a collinear antenna can be reduced.
本発明の実施例にかかるコーリニアアンテナの概略構成を図1に示す。
図1に示す本発明の実施例のコーリニアアンテナ1は、それぞれダイポールアンテナを構成するスリーブ素子が15段スタックされて構成されている。すなわち、1段目スリーブ素子11の上には2段目スリーブ素子12がスタックされ、2段目スリーブ素子12の上には3段目スリーブ素子13がスタックされ、3段目スリーブ素子13の上には4段目スリーブ素子14がスタックされ、4段目スリーブ素子14の上には5段目スリーブ素子15がスタックされ、5段目スリーブ素子15の上には6段目スリーブ素子16がスタックされている。さらに、最上段に15段目スリーブ素子25がスタックされ、15段目スリーブ素子25の下に14段目スリーブ素子24がスタックされている。1段目スリーブ素子11ないし15段目スリーブ素子25には、そのほぼ中央部に伝送線路とされる同軸ケーブル31から給電されており、同軸ケーブル31の下端にはアンテナ給電部32が接続されている。アンテナ給電部32からは周波数f1の周波数信号が供給されている。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a collinear antenna according to an embodiment of the present invention.
The
本発明にかかるコーリニアアンテナ1の構成を図2に示すが、図2に示すようにコーリニアアンテナ1を構成している各スリーブ素子11〜25は後述するように金属製とされた円筒状の上段スリーブパイプと下段スリーブパイプが向き合わされてダイポールアンテナが構成されており、上段スリーブ素子と下段スリーブ素子とが向き合う所定のスリーブパイプ間隔がFg1〜Fg15とされている。各スリーブ素子11〜25におけるスリーブパイプ間隔Fg1〜Fg15は下段から上段に向かって次第に大きい間隔とされており、例えば1段目スリーブ素子11のスリーブパイプ間隔Fg1は約1mm、2段目スリーブ素子12のスリーブパイプ間隔Fg2は約2mm、3段目スリーブ素子13のスリーブパイプ間隔Fg3は約3mm、4段目スリーブ素子14のスリーブパイプ間隔Fg4は約4mm、5段目スリーブ素子15ないし15段目スリーブ素子25のスリーブパイプ間隔Fg5〜Fg15は約5mmに設定されている。
FIG. 2 shows the configuration of the
また、ダイポールアンテナを構成する上段スリーブパイプと下段スリーブパイプの電気長は、周波数f1の波長をλ1とすると約λ1/4とされており、隣接するスリーブ素子11〜25の給電部間の間隔の電気長は約1λ1を超えない長さとされている。そして、同軸ケーブル31から給電される1段目スリーブ素子11ないし15段目スリーブ素子25のそれぞれの給電部において周波数f1の周波数信号によりそれぞれ同相で励振されている。このため、1段目スリーブ素子11ないし15段目スリーブ素子25における隣接する各段の給電部間の同軸ケーブル31の電気長は約1λ1あるいはその整数倍とされている。ただし、コーリニアアンテナ1の放射ビームを下方へチルトする場合は、各段の給電部間の同軸ケーブル31の電気長は約1λ1より若干短くされる。なお、同軸ケーブル31の物理長は、同軸ケーブル31の波長短縮率に応じた長さとされる。
Further, the electrical length of the upper sleeve pipe and the lower sleeve pipe constituting the dipole antenna is about λ1 / 4 when the wavelength of the frequency f1 is λ1, and the distance between the feeding portions of the
本発明にかかるコーリニアアンテナ1において、アンテナ給電部32から供給する周波数信号を周波数f1を2560MHzとし、1段目スリーブ素子11ないし15段目スリーブ素子25における各段のスリーブパイプ間隔Fg1〜Fg15を上述した通り約1mm〜約5mmとした際の垂直面内(Z−X平面)の放射指向特性の理論計算値を図3に示す。この場合、下方へ約5°向くチルト角となるように各段におけるスリーブ給電部間における同軸ケーブル31の電気長が、1λ1より若干短くなるように調整されている。図3では利得は0dBに正規化されており、図3に示す放射指向特性を参照すると、1段目スリーブ素子11ないし15段目スリーブ素子25はほぼ同相で給電され、±95°の水平方向にほぼ同じ強さの鋭い放射ビームが発生している。この場合、図示する波線の円の範囲で示すようにサイドローブは低減されており、サイドローブレベルは約−17dB以下となっている。そして、上記条件を同じにした本発明にかかるコーリニアアンテナ1の垂直面内(Z−X平面)の放射指向特性の実測値を図4に示す。図4では利得は0dBに正規化されており、図4に示す放射指向特性を参照すると、±95°の水平方向にほぼ同じ強さの鋭い放射ビームが発生しており、チルト角は約5°とされているのが分かる。この場合、図示する波線の円の範囲で示すように理論計算値より多いもののサイドローブは低減されていることが分かる。
In the
このように、サイドローブが低減されることについて考察してみる。
図11に示す従来のコーリニアアンテナ1ではスタックされた各段のスリーブ素子に対して、最下段から最上段にかけて直列給電方式にて励振される構造とされていることから、必然的に各段のスリーブ素子に対する励振振幅比が決定されていた。また、従来のコーリニアアンテナ100の構造において、所望の方向にビームを指向させるチルト角制御、各スリーブ素子自体を励振周波数にて共振させるためのスリーブ長が固定される等、アンテナ諸性能に関わる設計ファクタが介在する事により、各段のスリーブ素子に伝達される高周波信号の励振振幅を制御する設計ファクタが制限されていた。これにより、従来のコーリニアアンテナ100では、各段のスリーブ素子111〜125に伝達される高周波信号の励振振幅がほぼ同じとなっており、所望の角度方向に放射させるメインビーム以外に、本来望まれない角度方向の不要輻射(サイドローブ)が大きく発生し易いものと考えられる。
Consider that the side lobe is reduced in this way.
Since the conventional
そこで、本発明にかかるコーリニアアンテナ1においては、各段のスリーブ素子11〜25における上段スリーブ素子と下段スリーブ素子とが向き合うスリーブパイプ間隔Fg1〜Fg15を下段から上段に向かって次第に大きくなるように変化させている。これにより、各スリーブ素子11〜25におけるアンテナ固有のインピーダンスが下段から上段に向かって次第に大きくなるよう変化することになり、各段のスリーブ素子11〜25における励振振幅が等振幅ではなく、下段から上段に向かって次第に大きくなる不均一な振幅となる。この結果、本発明にかかるコーリニアアンテナ1の放射指向特性におけるサイドローブを低減させることができるようになる。
Therefore, in the
次に、各段のスリーブ素子11〜25を構成している単位スリーブ2の構成を斜視図で図5に示す。
単位スリーブ2は図5に示すように、金属製とされた円筒状の上段スリーブパイプ2aの下端面と円筒状の下段スリーブパイプ2bの上端面とが向き合わされて配置されている。図2に示す本発明にかかるコーリニアアンテナ1の1段目スリーブ素子11〜15段目スリーブ素子25は、図5に示す単位スリーブ2により構成されている。すなわち、1段目スリーブ素子11は上段スリーブパイプ11aと下段スリーブパイプ11bとが向き合わされて構成され、2段目スリーブ素子12は上段スリーブパイプ12aと下段スリーブパイプ12bとが向き合わされて構成され、3段目スリーブ素子13は上段スリーブパイプ13aと下段スリーブパイプ13bとが向き合わされて構成され、4段目スリーブ素子14は上段スリーブパイプ14aと下段スリーブパイプ14bとが向き合わされて構成され、5段目スリーブ素子15は上段スリーブパイプ15aと下段スリーブパイプ15bとが向き合わされて構成されている。そして、最上段の15段目スリーブ素子25は上段スリーブパイプ25aと下段スリーブパイプ25bとが向き合わされて構成されている。
Next, the structure of the
As shown in FIG. 5, the
次に、図2に示す本発明にかかるコーリニアアンテナ1における15段目スリーブ素子25に相当する最上段スリーブ素子40の構成を断面図で図6に示す。
最上段スリーブ素子40は図6に示すように、金属製とされた円筒状の上段スリーブパイプ40aの下端面と、金属製とされた円筒状の下段スリーブパイプ40bの上端面とが向き合わされて配置されている。上段スリーブパイプ40aの下端部の内側に金属製の上段ジョイント40cが嵌挿されており、下段スリーブパイプ40bの上端部の内側に金属製の下段ジョイント40dが嵌挿されている。下段スリーブパイプ40b内には、隣接する下の段のスリーブ素子内に挿通された同軸ケーブル50が挿通されており、同軸ケーブル50が下段ジョイント40dのほぼ中央部に形成されている挿通孔内に挿通されて、同軸ケーブル50の外部導体50cが下段ジョイント40dに電気的に接続されている。
Next, the configuration of the uppermost sleeve element 40 corresponding to the 15th-
As shown in FIG. 6, the uppermost sleeve element 40 has a lower end surface of a cylindrical upper sleeve pipe 40a made of metal and an upper end surface of a cylindrical lower sleeve pipe 40b made of metal facing each other. Has been placed. A metal upper joint 40c is fitted inside the lower end of the upper sleeve pipe 40a, and a metal lower joint 40d is fitted inside the upper end of the lower sleeve pipe 40b. In the lower sleeve pipe 40b, a coaxial cable 50 inserted through an adjacent lower stage sleeve element is inserted, and the coaxial cable 50 is inserted into an insertion hole formed at a substantially central portion of the lower joint 40d. The outer conductor 50c of the coaxial cable 50 is electrically connected to the lower joint 40d.
また、下段スリーブパイプ40bと上段スリーブパイプ40aとの境界部において同軸ケーブル50の外部導体50cが除去され、中心導体50aを外部導体50cのほぼ中心軸上に保持する絶縁体50bが露出されている。この絶縁体50bは、上記境界部を超えた部位において除去されて中心導体50aが露出されており、この中心導体50aが上段ジョイント40cのほぼ中央部に形成されている挿通孔内に挿通されて、挿通孔内において上段ジョイント40cに電気的に接続されている。このように、スリーブパイプ間隔Fgをもって向かい合わされて配置されている上段ジョイント40cおよび下段ジョイント40dにより、励振スロットとされるスリーブ給電部40eが構成されて、スリーブ給電部40eによりダイポールアンテナを構成している上段スリーブパイプ40aと下段スリーブパイプ40bとが、同軸ケーブル50を伝達してきた周波数信号により励振されるようになる。 Further, the outer conductor 50c of the coaxial cable 50 is removed at the boundary portion between the lower sleeve pipe 40b and the upper sleeve pipe 40a, and the insulator 50b that holds the center conductor 50a substantially on the center axis of the outer conductor 50c is exposed. . The insulator 50b is removed at a portion beyond the boundary portion to expose the central conductor 50a, and the central conductor 50a is inserted into an insertion hole formed at a substantially central portion of the upper joint 40c. In the insertion hole, the upper joint 40c is electrically connected. In this way, the upper joint 40c and the lower joint 40d arranged to face each other with the sleeve pipe interval Fg constitute a sleeve feeding portion 40e serving as an excitation slot, and the sleeve feeding portion 40e constitutes a dipole antenna. The upper sleeve pipe 40a and the lower sleeve pipe 40b are excited by the frequency signal transmitted through the coaxial cable 50.
次に、図2に示す本発明にかかるコーリニアアンテナ1における15段目スリーブ素子25を除くスリーブ素子に相当する中間段スリーブ素子41の構成を断面図で図7に示す。
図7に示す中間段スリーブ素子41は、金属製とされた円筒状の上段スリーブパイプ41aの下端面と、金属製とされた円筒状の下段スリーブパイプ41bの上端面とが向き合わされて配置されている。上段スリーブパイプ41aの下端部の内側に金属製の上段ジョイント41cが嵌挿されており、下段スリーブパイプ41bの上端部の内側に金属製の下段ジョイント41dが嵌挿されている。下段スリーブパイプ41b内には、隣接する下の段とされるスリーブ素子内から導出された同軸ケーブル50が挿通されており、同軸ケーブル50が下段ジョイント41dのほぼ中央部に形成されている挿通孔内に挿通されて、その外部導体50cが下段ジョイント41dに電気的に接続されている。下段スリーブパイプ41bから導出された同軸ケーブル50は上段スリーブパイプ41a内に挿通されて、同軸ケーブル50が上段ジョイント41cのほぼ中央部に形成されている挿通孔内に挿通されて、その外部導体50cが上段ジョイント41cに電気的に接続されている。
Next, FIG. 7 is a cross-sectional view of the configuration of the intermediate stage sleeve element 41 corresponding to the sleeve elements excluding the 15th
The intermediate sleeve element 41 shown in FIG. 7 is arranged such that the lower end surface of a cylindrical upper sleeve pipe 41a made of metal and the upper end surface of a cylindrical lower sleeve pipe 41b made of metal face each other. ing. A metal upper joint 41c is fitted inside the lower end of the upper sleeve pipe 41a, and a metal lower joint 41d is fitted inside the upper end of the lower sleeve pipe 41b. A coaxial cable 50 led out from an adjacent lower stage sleeve element is inserted into the lower sleeve pipe 41b, and the coaxial cable 50 is an insertion hole formed substantially at the center of the lower joint 41d. The outer conductor 50c is electrically connected to the lower joint 41d. The coaxial cable 50 led out from the lower sleeve pipe 41b is inserted into the upper sleeve pipe 41a, and the coaxial cable 50 is inserted into an insertion hole formed at substantially the center of the upper joint 41c, and the outer conductor 50c. Are electrically connected to the upper joint 41c.
また、下段スリーブパイプ41bと上段スリーブパイプ41aとの境界部において同軸ケーブル50の外部導体50cが除去されて、絶縁体50bが露出されている。この絶縁体50bの内部に位置する中心導体50aと、向かい合わされて配置されている上段ジョイント41cおよび下段ジョイント41dにより励振スロットとされるスリーブ給電部41eが構成されて、スリーブ給電部41eによりダイポールアンテナを構成している上段スリーブパイプ41aと下段スリーブパイプ41bとが、同軸ケーブル50を伝達してきた周波数信号により励振されている。同軸ケーブル50は、上段スリーブパイプ41aの上端から上の段とされるスリーブ素子に向けて導出されている。 Further, the outer conductor 50c of the coaxial cable 50 is removed at the boundary between the lower sleeve pipe 41b and the upper sleeve pipe 41a, and the insulator 50b is exposed. The center conductor 50a located inside the insulator 50b and the upper joint 41c and the lower joint 41d arranged to face each other constitute a sleeve feeding portion 41e serving as an excitation slot. The sleeve feeding portion 41e forms a dipole antenna. The upper sleeve pipe 41a and the lower sleeve pipe 41b constituting the above are excited by the frequency signal transmitted through the coaxial cable 50. The coaxial cable 50 is led out from the upper end of the upper sleeve pipe 41a toward the upper sleeve element.
図8において、n段目スリーブ素子42のスリーブ給電部42eと隣接するn+1段目スリーブ素子43のスリーブ給電部43eとの間隔Lは、n段目スリーブ素子42と隣接するn+1段目スリーブ素子43との間の同軸ケーブル50の物理長に対応している。図1,2に示す本発明にかかるコーリニアアンテナ1において、放射ビームをチルトさせない場合は、同軸ケーブル31から給電される1段目スリーブ素子11ないし15段目スリーブ素子25のそれぞれのスリーブ給電部において周波数f1の周波数信号によりそれぞれ同相で励振される。また、コーリニアアンテナ1の放射ビームを下方へチルトさせる場合は、各段のスリーブ給電部における励振位相に位相差を生じさせる。すなわち、図8に示す同軸ケーブル50において、隣接するスリーブ給電部42eとスリーブ給電部43eの間の物理長Lを変化させることにより、スリーブ給電部42eとスリーブ給電部43eとの間の励振位相に位相差を生じさせる。この場合、隣接するスリーブ給電部42eとスリーブ給電部43eの間の同軸ケーブル50の電気長を約1λ1より若干短くするよう物理長Lの長さを変化させることにより、コーリニアアンテナ1の放射ビームを下方へチルトさせることができる。なお、同軸ケーブル50の物理長Lは、同軸ケーブル50の電気長に波長短縮率を乗じた長さとされる。
In FIG. 8, the distance L between the sleeve feeding portion 42 e of the n-th stage sleeve element 42 and the sleeve feeding portion 43 e of the n + 1-th stage sleeve element 43 adjacent to the n-th stage sleeve element 42 is n + 1-th stage sleeve element 43. This corresponds to the physical length of the coaxial cable 50 between the two. In the
次に、図2に示す本発明にかかるコーリニアアンテナ1における15段目スリーブ素子25を除くスリーブ素子に相当する中間段スリーブ素子41の構成の変形例を断面図で図9に示す。
図9に示す中間段スリーブ素子44では、上段スリーブパイプ44aと下段スリーブパイプ44bとが絶縁性の間隙スペーサ45により、スリーブパイプ間隔Fgとなる所定の間隙を持って向き合わされて固着されている。この場合、下端部の内側に上段ジョイント44cが嵌挿された上段スリーブパイプ44aの下端面と、上端部の内側に金属製の下段ジョイント44dが嵌挿された下段スリーブパイプ44bの上端面との間に、間隙スペーサ45の内周面から内側に突出しているリング状の部位が嵌挿されている。
Next, FIG. 9 is a sectional view showing a modified example of the configuration of the intermediate sleeve element 41 corresponding to the sleeve elements excluding the 15th-
In the intermediate sleeve element 44 shown in FIG. 9, the upper sleeve pipe 44a and the lower sleeve pipe 44b are fixed to face each other with an insulating gap spacer 45 with a predetermined gap as the sleeve pipe interval Fg. In this case, there is a lower end surface of the upper sleeve pipe 44a in which the upper joint 44c is inserted inside the lower end portion, and an upper end surface of the lower sleeve pipe 44b in which the metal lower joint 44d is inserted and inserted inside the upper end portion. A ring-shaped portion protruding inward from the inner peripheral surface of the gap spacer 45 is inserted therebetween.
ここで、間隙スペーサ45の構成を図10(a)(b)に示す。図10(a)は間隙スペーサ45の構成を断面図で示す正面図であり、図10(b)は間隙スペーサ45の構成を示す上面図である。これらの図に示す間隙スペーサ45の本体部45aは、全体にわたって貫通孔45cが形成された円筒状とされ、内周面のほぼ中央部に内側に突出するリング状部45eが形成されている。リング状部45eのほぼ中央には同軸ケーブル50を挿通させる挿通孔45dが設けられている。リング状部45eの厚さは、設けられるスリーブ素子におけるスリーブパイプ間隔Fgとほぼ同じ厚さとされている。
中間段スリーブ素子44を組み立てる際には、間隙スペーサ45の貫通孔45c内に下から下段スリーブパイプ44bの上部を嵌挿し、この際に同軸ケーブル50を間隙スペーサ45の挿通孔45d内に挿通させる。次いで、同軸ケーブル50を上段ジョイント44cに下から挿通させると共に、間隙スペーサ45の貫通孔45c内に上から上段スリーブパイプ44aの下部を嵌挿する。これにより、下段スリーブパイプ44bの上面と上段スリーブパイプ44aの下面とが、間隙スペーサ45のリング状部45eの厚さだけの間隔を持って向き合わされるよう組み立てられる。コーリニアアンテナ1における各段11〜25を図9に示す中間段スリーブ素子41により構成することにより、各段11〜25においてスリーブパイプ間隔Fgを仕様の通りの間隔に確実に設定・保持することができると共に、機械的強度を向上することができるようになる。なお、最上段の15段目スリーブ素子25においては、同軸ケーブル50の中心導体を上段ジョイント44cに接続し、その部分において同軸ケーブル50を切断するよう変形させる。
Here, the structure of the gap spacer 45 is shown in FIGS. FIG. 10A is a front view showing the structure of the gap spacer 45 in a sectional view, and FIG. 10B is a top view showing the structure of the gap spacer 45. The main body 45a of the gap spacer 45 shown in these drawings has a cylindrical shape with a through hole 45c formed throughout, and a ring-shaped portion 45e that protrudes inward is formed at a substantially central portion of the inner peripheral surface. An insertion hole 45d through which the coaxial cable 50 is inserted is provided substantially at the center of the ring-shaped portion 45e. The thickness of the ring-shaped portion 45e is substantially the same as the sleeve pipe interval Fg in the provided sleeve element.
When assembling the intermediate sleeve element 44, the upper portion of the lower sleeve pipe 44b is inserted into the through hole 45c of the gap spacer 45 from below, and the coaxial cable 50 is inserted into the insertion hole 45d of the gap spacer 45 at this time. . Next, the coaxial cable 50 is inserted into the upper joint 44c from below, and the lower portion of the upper sleeve pipe 44a is inserted into the through hole 45c of the gap spacer 45 from above. As a result, the upper surface of the lower sleeve pipe 44b and the lower surface of the upper sleeve pipe 44a are assembled so as to face each other with a distance corresponding to the thickness of the ring-shaped portion 45e of the gap spacer 45. By configuring each stage 11-25 in the
以上説明した本発明にかかるコーリニアアンテナにおいて、各単位スリーブに設けられている給電部間隔とされるスリーブパイプ間隔Fgは、導体とされている上段ジョイントおよび下段ジョイントが平行性を維持しながら対峙されて構成されており、各ジョイントはエレメントを形成する上段スリーブパイプあるいは下段スリーブパイプに電気的導通が施されている。ジョイント同士が対峙する面は各々平滑とされており、スリーブパイプ間隔Fgの間隔および対峙するジョイントの面積に依って、ジョイント間の容量が変化する。ジョイント間の容量(キャパシタンス)Cは、
C=εr・ε0*S/Fg
の導出式から容量Cを求めることができる。ただし、導出式に於いて、εrはスリーブパイプ間隔Fgに介在する誘電体の比誘電率であり、ε0は真空中の誘電率であり、Sは対峙するジョイントの面積である。
In the collinear antenna according to the present invention described above, the sleeve pipe interval Fg, which is the interval between the feeding portions provided in each unit sleeve, is confronted while maintaining the parallelism between the upper and lower joints, which are conductors. Each joint is electrically connected to an upper sleeve pipe or a lower sleeve pipe forming an element. The surfaces where the joints face each other are smooth, and the capacity between the joints changes depending on the distance between the sleeve pipe intervals Fg and the area of the joints facing each other. The capacitance (capacitance) C between the joints is
C = εr · ε0 * S / Fg
The capacitance C can be obtained from the derivation formula. In the derivation formula, εr is the relative permittivity of the dielectric interposed in the sleeve pipe interval Fg, ε0 is the permittivity in vacuum, and S is the area of the opposing joint.
この導出式から、例えばジョイント同士の平行な間隔を狭めてスリーブパイプ間隔Fgを小さくすると容量Cは増加する。反対に、ジョイント同士の平行な間隔を広げてスリーブパイプ間隔Fgを大きくすると容量Cは減少する。このように、ジョイント間の容量Cは、スリーブパイプ間隔Fgの寸法に依り変化し、各単位スリーブの給電点インピーダンスが変化するようになる。各単位スリーブの給電点インピーダンスが変化すると、励振周波数に於ける電流振幅が変化することに繋がり、結果として多段にスタックされている各単位スリーブの励振振幅態様を電気的に制御できるようになる。これを利用して、本発明にかかるコーリニアアンテナは、各単位スリーブにおける給電部間隙Fgを各々変化させて、各単位スリーブの励振振幅を調整する事に依り、コーリニアアンテナにおける放射指向特性を制御している。 From this derivation formula, for example, when the parallel interval between the joints is narrowed to reduce the sleeve pipe interval Fg, the capacity C increases. On the other hand, when the parallel interval between the joints is increased to increase the sleeve pipe interval Fg, the capacity C decreases. Thus, the capacitance C between the joints changes depending on the dimension of the sleeve pipe interval Fg, and the feeding point impedance of each unit sleeve changes. When the feeding point impedance of each unit sleeve changes, the current amplitude at the excitation frequency changes, and as a result, the excitation amplitude mode of each unit sleeve stacked in multiple stages can be electrically controlled. By utilizing this, the collinear antenna according to the present invention controls the radiation directivity characteristics of the collinear antenna by changing the feeding portion gap Fg in each unit sleeve and adjusting the excitation amplitude of each unit sleeve. ing.
このような本発明にかかるコーリニアアンテナは、スリーブ素子を直線状に多段スタックして構成されており、コーリニアアンテナの配列段数の一部、或いは複数の段のスリーブ素子におけるスリーブ給電部のスリーブパイプ間隔Fgを変更することにより、高周波信号の励振振幅を変容させ、コーリニアアンテナの放射指向特性を制御している。特に、所望の放射方向へ輻射させるメインビームの特性を維持し、不要輻射であるサイドローブレベルが低減された直列給電型のコーリニアアンテナとすることができる。また、コーリニアアンテナに適用する設計値として、上記した周波数2560MHzは代表値であり、他の周波数を採用するようにしても良い。また、スリーブパイプ間隔Fgの寸法については、上記した寸法は一設計例であり、下段から上段に向かって次第に大きくなる寸法に設定されていれば、この寸法に限るものではない。 Such a collinear antenna according to the present invention is configured by stacking sleeve elements in a straight line in multiple stages, and a part of the number of collinear antenna arrangement stages, or a sleeve pipe interval of a sleeve feeding portion in a plurality of stages of sleeve elements. By changing Fg, the excitation amplitude of the high-frequency signal is changed, and the radiation directivity characteristic of the collinear antenna is controlled. In particular, the characteristics of the main beam that radiates in a desired radiation direction can be maintained, and a series-fed collinear antenna in which the side lobe level that is unnecessary radiation is reduced can be obtained. Further, as a design value applied to the collinear antenna, the above-mentioned frequency 2560 MHz is a representative value, and other frequencies may be adopted. Further, as for the dimension of the sleeve pipe interval Fg, the above-described dimension is one design example, and is not limited to this dimension as long as the dimension gradually increases from the lower stage to the upper stage.
スリーブ素子のスタック数は、コーリニアアンテナに求められる指向特性に依存して変更される。この場合、特に放射指向特性のメインビームに求められる性能を満たすスリーブ素子のスタック数や指向性合成に関わるスリーブ素子間の間隔等に設定される。
さらに、本発明にかかるコーリニアアンテナにおいて、伝送線路とされる同軸ケーブルは、セミリジットケーブルやセミフレキシブルケーブル、フレキシブルケーブルなどの同軸ケーブルを用いたり、伝送線路として誘電体基板を用いたマイクロストリップラインやコプレーナライン、トリプレートラインなどを使用してもよい。
The number of stacks of sleeve elements is changed depending on the directivity required for the collinear antenna. In this case, the number of stacks of sleeve elements satisfying the performance required for the main beam having radiation directivity characteristics, the interval between sleeve elements involved in directivity synthesis, and the like are set.
Furthermore, in the collinear antenna according to the present invention, the coaxial cable used as the transmission line is a coaxial cable such as a semi-rigid cable, a semi-flexible cable, or a flexible cable, or a microstrip line or a coplanar using a dielectric substrate as the transmission line. Lines, triplate lines, etc. may be used.
1 コーリニアアンテナ、2 単位スリーブ、2a 上段スリーブパイプ、2b 下段スリーブパイプ、11 1段目スリーブ素子、11a 上段スリーブパイプ、11b 下段スリーブパイプ、12 2段目スリーブ素子、12a 上段スリーブパイプ、12b 下段スリーブパイプ、13 3段目スリーブ素子、13a 上段スリーブパイプ、13b 下段スリーブパイプ、14 4段目スリーブ素子、14a 上段スリーブパイプ、14b 下段スリーブパイプ、15 5段目スリーブ素子、15a 上段スリーブパイプ、15b 下段スリーブパイプ、16 6段目スリーブ素子、24 14段目スリーブ素子、25 15段目スリーブ素子、25a 上段スリーブパイプ、25b 下段スリーブパイプ、31 同軸ケーブル、32 アンテナ給電部、40 最上段スリーブ素子、40a 上段スリーブパイプ、40b 下段スリーブパイプ、40c 上段ジョイント、40d 下段ジョイント、40e スリーブ給電部、41 中間段スリーブ素子、41a 上段スリーブパイプ、41b 下段スリーブパイプ、41c 上段ジョイント、41d 下段ジョイント、41e スリーブ給電部、42 n段目スリーブ素子、42e スリーブ給電部、43 n+1段目スリーブ素子、43e スリーブ給電部、44 中間段スリーブ素子、44a 上段スリーブパイプ、44b 下段スリーブパイプ、44c 上段ジョイント、44d 下段ジョイント、45 間隙スペーサ、45a 本体部、45c 貫通孔、45d 挿通孔、45e リング状部、50 同軸ケーブル、50a 中心導体、50b 絶縁体、50c 外部導体、100 コーリニアアンテナ、111 1段目スリーブ素子、112 2段目スリーブ素子、113 3段目スリーブ素子、114 4段目スリーブ素子、115 5段目スリーブ素子、116 6段目スリーブ素子、125 15段目スリーブ素子、131 同軸ケーブル、132 アンテナ給電部、Fg1〜Fg15 スリーブパイプ間隔 1 collinear antenna, 2 unit sleeve, 2a upper sleeve pipe, 2b lower sleeve pipe, 11 first stage sleeve element, 11a upper sleeve pipe, 11b lower sleeve pipe, 12 second stage sleeve element, 12a upper sleeve pipe, 12b lower sleeve Pipe, 13 3rd sleeve element, 13a Upper sleeve pipe, 13b Lower sleeve pipe, 14 4th sleeve element, 14a Upper sleeve pipe, 14b Lower sleeve pipe, 15 5th sleeve element, 15a Upper sleeve pipe, 15b Lower stage Sleeve pipe, 16 6th-stage sleeve element, 24 14th-stage sleeve element, 25 15th-stage sleeve element, 25a Upper-stage sleeve pipe, 25b Lower-stage sleeve pipe, 31 Coaxial cable, 32 Antenna feed section, 40 Uppermost-stage three Element, 40a Upper sleeve pipe, 40b Lower sleeve pipe, 40c Upper joint, 40d Lower joint, 40e Sleeve feeder, 41 Middle sleeve element, 41a Upper sleeve pipe, 41b Lower sleeve pipe, 41c Upper joint, 41d Lower joint, 41e Sleeve feeding section, 42 n-th stage sleeve element, 42e Sleeve feeding section, 43 n + 1 stage sleeve element, 43e Sleeve feeding section, 44 middle stage sleeve element, 44a Upper stage sleeve pipe, 44b Lower stage sleeve pipe, 44c Upper stage joint, 44d Lower stage Joint, 45 Gap spacer, 45a body part, 45c through hole, 45d insertion hole, 45e ring-shaped part, 50 coaxial cable, 50a center conductor, 50b insulator, 50c outer conductor, 100 collinear N, 111 1st stage sleeve element, 112 2nd stage sleeve element, 113 3rd stage sleeve element, 114 4th stage sleeve element, 115 5th stage sleeve element, 116 6th stage sleeve element, 125 15th stage sleeve element 131 coaxial cable, 132 antenna feeder, Fg 1 to Fg 15 sleeve pipe spacing
Claims (2)
前記多段にスタックされているスリーブ素子内に貫通され、前記上段スリーブと前記下段スリーブとが向かい合わされて構成された前記各スリーブ素子の給電部に給電する伝送線路と、
前記伝送線路に周波数信号を供給する給電部とを備え、
前記スリーブ素子を構成している前記上段スリーブと前記下段スリーブとの間隔が、下段から上段に向かって次第に大きくなる間隔に設定されていることを特徴とするコーリニアアンテナ。 A sleeve element composed of an upper sleeve and a lower sleeve arranged to face each other and stacked in multiple stages,
A transmission line that feeds through the sleeve elements stacked in multiple stages and feeds power to each of the sleeve elements, the upper sleeve and the lower sleeve being configured to face each other;
A power supply section for supplying a frequency signal to the transmission line,
The collinear antenna is characterized in that an interval between the upper sleeve and the lower sleeve constituting the sleeve element is set to an interval that gradually increases from the lower stage toward the upper stage.
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