JP6327936B2 - Antenna device - Google Patents

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Description

この発明は、広帯域に亘って一定方向にチルトしている指向性を有するアンテナ装置に関するものである。   The present invention relates to an antenna device having directivity that is tilted in a certain direction over a wide band.

アンテナ平面に対して鉛直方向にビームを形成する平面アンテナが、水平面に対して垂直に配置される場合、水平方向にビームが形成される。
一方、水平面に対して垂直な位置から傾斜を持たせて平面アンテナが配置される場合、水平方向にビームが形成されるようにするには、アンテナ平面に対する鉛直方向からビームをチルトさせる必要がある。 When the planar antenna that forms the beam in the vertical direction with respect to the antenna plane is disposed perpendicular to the horizontal plane, the beam is formed in the horizontal direction.
On the other hand, when a planar antenna is disposed with an inclination from a position perpendicular to the horizontal plane, it is necessary to tilt the beam from the vertical direction with respect to the antenna plane in order to form a beam in the horizontal direction. .

以下の特許文献１には、スパイラル素子を偏心させているアンテナ装置が開示されており、スパイラル素子を偏心させることで、アンテナ平面に対する鉛直方向からの円偏波のビームチルトを可能にしている。
なお、以下の非特許文献１には、広帯域に亘って円偏波ビームがチルトすることに加えて、アンテナ平面に対する鉛直方向を軸として、周波数に依存するビームが回転することが開示されている。
これは、放射に寄与するスパイラル素子上の電流分布が、周波数に依存して渦巻状のスパイラル素子に沿って回転するために、ビームが回転するものと考えられる。 The following Patent Document 1 discloses an antenna device in which a spiral element is eccentric, and circularly polarized beam tilt from the vertical direction with respect to the antenna plane is enabled by decentering the spiral element.
Non-Patent Document 1 below discloses that a circularly polarized beam tilts over a wide band, and that a beam depending on a frequency rotates about a vertical direction with respect to an antenna plane. .
This is considered that the beam rotates because the current distribution on the spiral element contributing to radiation rotates along the spiral element depending on the frequency.

米国特許 US 6,947,010 B2US patent US 6,947,010 B2

IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. 45, NO. 4, APRIL 1997, “Two-Arm Eccentric Spiral Antenna”IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. 45, NO. 4, APRIL 1997, “Two-Arm Eccentric Spiral Antenna”

従来のアンテナ装置は以上のように構成されているので、スパイラル素子を偏心させれば、アンテナ平面に対する鉛直方向からビームをチルトさせることができる。しかし、アンテナ平面に対する鉛直方向を軸として、周波数に依存するビームが回転してしまうため、広帯域に亘って一定方向にチルトしている指向性を得ることができなくなるなどの課題があった。   Since the conventional antenna device is configured as described above, if the spiral element is decentered, the beam can be tilted from the direction perpendicular to the antenna plane. However, since the beam depending on the frequency rotates about the vertical direction with respect to the antenna plane, there is a problem that it is impossible to obtain directivity tilted in a certain direction over a wide band.

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、広帯域に亘って一定方向にチルトしている指向性を得ることができるアンテナ装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an antenna device that can obtain directivity that is tilted in a certain direction over a wide band.

この発明に係るアンテナ装置は、開口が施されている平面地板と、平面地板の開口に配置され、その開口の中心からずれている位置に給電点が設けられている誘電体基板と、その給電点を始点にして、同一方向に渦巻状に巻かれている二本の線路導体が誘電体基板上に形成されている二線式偏心スパイラル素子と、二線式偏心スパイラル素子により発生する周波数に依存するビームの回転を緩和する手段と、を備え、当該手段は、開口面が平面地板の開口と一致している凹形状の金属キャビティーと、金属キャビティー内に埋め込まれている電波吸収体と、により構成されており、電波吸収体は、給電点を含む二線式偏心スパイラル素子の始点側の領域に対応する金属キャビティー内の一部の位置に埋め込まれているものである。 An antenna device according to the present invention includes a planar ground plane provided with an opening, a dielectric substrate that is disposed in the opening of the planar ground plane and is provided with a feeding point at a position shifted from the center of the opening, and the feeding A two-wire eccentric spiral element in which two line conductors wound spirally in the same direction starting from a point are formed on a dielectric substrate, and a frequency generated by the two-wire eccentric spiral element. Means for mitigating the rotation of the dependent beam, said means comprising: a concave metal cavity whose opening surface coincides with the opening of the planar ground plane; and a radio wave absorber embedded in the metal cavity The radio wave absorber is embedded in a part of the metal cavity corresponding to the region on the starting point side of the two-wire eccentric spiral element including the feeding point .

この発明によれば、上記のように構成したので、アンテナ平面に対する鉛直方向を軸とする周波数に依存するビームの回転が緩和され、広帯域に亘って一定方向にチルトしている指向性を得ることができる効果がある。 According to this invention, since it is configured as described above, the rotation of the beam depending on the frequency around the vertical direction with respect to the antenna plane is relaxed, and the directivity tilted in a certain direction over a wide band is obtained. There is an effect that can.

この発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構造図である。1 is a structural diagram showing an antenna device according to a first embodiment of the present invention. 非特許文献１に開示されているアンテナ装置の放射パターンを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the radiation pattern of the antenna apparatus currently disclosed by the nonpatent literature 1. この発明の実施の形態１によるアンテナ装置の放射パターンを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the radiation pattern of the antenna apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態２によるアンテナ装置を示す構造図である。It is a structural diagram which shows the antenna apparatus by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態２によるアンテナ装置の放射パターンを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the radiation pattern of the antenna apparatus by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態３によるアンテナ装置を示す構造図である。It is a structural diagram which shows the antenna apparatus by Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態４によるアンテナ装置を示す構造図である。It is a structural diagram which shows the antenna apparatus by Embodiment 4 of this invention.

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構造図である。特に図１（ａ）はアンテナ装置を示す上面図（紙面の手前方向が＋Ｚ軸）であり、図１（ｂ）はアンテナ装置をＸＺ面でカットしている断面図である。
図１において、平面地板１は中心付近に円筒形の開口が施されている平面状の地板である。
誘電体基板２は平面地板１の開口に配置され、その開口の中心からずれている位置に給電点３が設けられている円筒形の基板である。 Embodiment 1 FIG.
1 is a structural diagram showing an antenna apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In particular, FIG. 1A is a top view showing the antenna device (the front side of the paper is the + Z axis), and FIG. 1B is a cross-sectional view of the antenna device cut along the XZ plane.
In FIG. 1, a planar ground plane 1 is a planar ground plane having a cylindrical opening near the center.
The dielectric substrate 2 is a cylindrical substrate that is disposed in the opening of the flat ground plane 1 and is provided with a feeding point 3 at a position shifted from the center of the opening.

二線式偏心スパイラル素子４は誘電体基板２上に形成されており、二線式偏心スパイラル素子４は給電点３を始点にして、同一方向に渦巻状に巻かれている二本の線路導体４ａ，４ｂ（線状の金属素子）から構成されている。
金属キャビティー５は開口面が平面地板１の開口と一致している凹形状の部材であり、二線式偏心スパイラル素子４から放射された電波を反射する。
電波吸収体６は金属キャビティー５内に隙間なく埋め込まれており、二線式偏心スパイラル素子４から放射された電波を吸収する。電波吸収体６は例えば導電性繊維の織物から構成されている。また、カーボン粉などがゴム、発泡ウレタン、発泡ポリスチロールなどの誘電体に混合されている混合物から構成されている。 The two-wire eccentric spiral element 4 is formed on the dielectric substrate 2, and the two-wire eccentric spiral element 4 has two line conductors wound in a spiral shape in the same direction starting from the feeding point 3. 4a and 4b (linear metal elements).
The metal cavity 5 is a concave member whose opening surface coincides with the opening of the planar ground plane 1, and reflects the radio wave radiated from the two-wire eccentric spiral element 4.
The radio wave absorber 6 is embedded in the metal cavity 5 without a gap, and absorbs radio waves radiated from the two-wire eccentric spiral element 4. The radio wave absorber 6 is made of, for example, a woven fabric of conductive fibers. Moreover, it is comprised from the mixture with which carbon powder etc. are mixed with dielectric materials, such as rubber | gum, urethane foam, and a polystyrene foam.

アンテナ装置の構造について説明する。
二線式偏心スパイラル素子４を構成している二本の線路導体４ａ，４ｂは、給電点３を始点にして、同一方向に渦巻状に巻かれて、外側に広がっている。
二本の線路導体４ａ，４ｂは、下記の式で描くことができる。下記の式において、ｘ，ｙは図１のＸ軸，Ｙ軸に対応しており、原点はｘ＝０，ｙ＝０である。 The structure of the antenna device will be described.
The two line conductors 4a and 4b constituting the two-wire eccentric spiral element 4 are spirally wound in the same direction from the feeding point 3 and spread outward.
The two line conductors 4a and 4b can be drawn by the following equation. In the following expression, x and y correspond to the X axis and Y axis in FIG. 1, and the origin is x = 0 and y = 0.

線路導体４ａ 線路導体４ｂ
ｘ（φ）＝ａφ（ｃｏｓ（φ）＋ Ｋ ） ｘ（φ）＝−ａφ（ｃｏｓ（φ）− Ｋ ）
ｙ（φ）＝ａφ（ｓｉｎ（φ）） ｙ（φ）＝−ａφ（ｓｉｎ（φ））
φ：回転角度［ｒａｄ］ φｓｔａｒｔ≦φ≦φｅｎｄ
ａ：スパイラル定数 ［ｍｍ／ｒａｄ］
Ｋ：偏心定数 ０＜Ｋ＜１ Line conductor 4a Line conductor 4b
x (φ) = aφ (cos (φ) + K) x (φ) = − aφ (cos (φ) −K)
y (φ) = aφ (sin (φ)) y (φ) = − aφ (sin (φ))
φ: rotation angle [rad] φ start ≦ φ ≦ φ end
a: Spiral constant [mm / rad]
K: Eccentric constant 0 <K <1

回転角度φは、線路導体４ａ，４ｂの巻き数に関係し、φｓｔａｒｔの角度からφｅｎｄの角度まで線路導体４ａ，４ｂが巻かれている。即ち、φｓｔａｒｔの位置が渦巻の始点であり、φｅｎｄの位置が渦巻最外周の終端である。
二線式偏心スパイラル素子４を構成している二本の線路導体４ａ，４ｂのうち、＋Ｘ方向で終端となるのが線路導体４ａであり、−Ｘ方向で終端となるのが線路導体４ｂである。
例えば、φｓｔａｒｔとφｅｎｄの差が６πである場合、一線路当り二線式偏心スパイラル素子４を３周巻くことになる。 The rotation angle φ is related to the number of turns of the line conductors 4a and 4b, and the line conductors 4a and 4b are wound from an angle of φ start to an angle of φ end . That is, the position of φ start is the start point of the spiral, and the position of φ end is the end of the outermost periphery of the spiral.
Of the two line conductors 4a and 4b constituting the two-wire eccentric spiral element 4, the line conductor 4a terminates in the + X direction and the line conductor 4b terminates in the -X direction. is there.
For example, when the difference between φ start and φ end is 6π, the two-wire eccentric spiral element 4 is wound three times per line.

スパイラル定数ａは、渦巻状に二線式偏心スパイラル素子４を巻いていくときの線路導体４ａと線路導体４ｂの間隔の広がり度合いを示す指標である。スパイラル定数ａが大きいほど、線路導体４ａと線路導体４ｂの間隔が広がる。
偏心定数Ｋは、図１の原点から−Ｘ方向への給電点３（二線式偏心スパイラル素子４の中心）のオフセット量を示し、Ｋ＝０であれば、二線式偏心スパイラル素子４の偏心がなく、二線式偏心スパイラル素子４の中心が原点になる。
Ｋ＝１であれば、給電点３（二線式偏心スパイラル素子４の中心）が、線路導体４ｂの終端の位置になる。 The spiral constant a is an index indicating the extent of the interval between the line conductor 4a and the line conductor 4b when the two-wire eccentric spiral element 4 is wound in a spiral shape. The larger the spiral constant a, the wider the distance between the line conductor 4a and the line conductor 4b.
The eccentricity constant K indicates the offset amount of the feeding point 3 (the center of the two-wire eccentric spiral element 4) from the origin of FIG. 1 in the −X direction. If K = 0, the eccentricity of the two-wire eccentric spiral element 4 There is no eccentricity, and the center of the two-wire eccentric spiral element 4 is the origin.
If K = 1, the feed point 3 (the center of the two-wire eccentric spiral element 4) is the end position of the line conductor 4b.

二線式偏心スパイラル素子４は、半径が二線式偏心スパイラル素子４の最外周の半径よりも０．０１λＬ〜０．０５λＬだけ大きく（λＬは波長）、かつ、中心が図１の原点にある誘電体基板２の上にパターン形成されている。
誘電体基板２の下には、誘電体基板２と同じ半径を持ち、中心が図１の原点にある電波吸収体６が密着して配置されており、電波吸収体６は、開口面が平面地板１の開口と一致している金属キャビティー５内に隙間なく埋め込まれている。
図１のアンテナ装置では、平面地板１の開口が円筒形で、誘電体基板２の形状が円筒形であり、また、電波吸収体６及び金属キャビティー５の開口が円筒形である例を示しているが、円筒形に限るものではなく、例えば、直方体の形状でも、後述する効果と同等の効果を得ることができる。
また、平面地板１の外周形状が直方体である例を示しているが、例えば、円筒形でもよく、後述する効果と同等の効果を得ることができる。 The two-wire eccentric spiral element 4 has a radius that is 0.01λ L to 0.05λ L larger than the radius of the outermost periphery of the two-wire eccentric spiral element 4 (λ L is the wavelength), and the center is shown in FIG. A pattern is formed on the dielectric substrate 2 at the origin.
A radio wave absorber 6 having the same radius as that of the dielectric substrate 2 and having the center at the origin in FIG. 1 is disposed in close contact with the dielectric substrate 2. The radio wave absorber 6 has a flat opening surface. It is embedded in the metal cavity 5 coinciding with the opening of the ground plane 1 without a gap.
In the antenna device of FIG. 1, an example is shown in which the opening of the planar ground plane 1 is cylindrical, the shape of the dielectric substrate 2 is cylindrical, and the openings of the radio wave absorber 6 and the metal cavity 5 are cylindrical. However, the present invention is not limited to the cylindrical shape, and for example, an effect equivalent to the effect described later can be obtained even with a rectangular parallelepiped shape.
Moreover, although the example in which the outer peripheral shape of the planar ground plane 1 is a rectangular parallelepiped is shown, for example, a cylindrical shape may be used, and an effect equivalent to the effect described later can be obtained.

次に動作について説明する。
金属キャビティー５の底面から配線されている平行二線が給電点３に接続されている。
このため、外部から二線式偏心スパイラル素子４に給電する際には、この平行二線に高周波電流が印加される。
このとき、線路導体４ａに印加する高周波電流と、線路導体４ｂに印加する高周波電流との位相差を１８０度にすることで、二線式偏心スパイラル素子４が励振する。 Next, the operation will be described.
Two parallel wires wired from the bottom surface of the metal cavity 5 are connected to the feeding point 3.
For this reason, when electric power is supplied to the two-wire eccentric spiral element 4 from the outside, a high-frequency current is applied to the parallel two wires.
At this time, the two-wire eccentric spiral element 4 is excited by setting the phase difference between the high-frequency current applied to the line conductor 4a and the high-frequency current applied to the line conductor 4b to 180 degrees.

二線式偏心スパイラル素子４の場合、動作帯域の低周波数帯では、最外周に近い素子が放射に寄与し、動作帯域の高周波数帯では、給電点３に近い素子が放射に寄与する。
二線式偏心スパイラル素子４は、＋Ｚ軸方向と−Ｚ軸方向に電波を放射するが、−Ｚ軸方向に放射された電波は、電波吸収体６で吸収される。ただし、電波吸収体６で完全に吸収されずに、金属キャビティー５に到達した電波は、金属キャビティー５で反射される。
一方、＋Ｚ軸方向に放射された電波は、平面地板１があるため、−Ｚ軸方向には伝搬されない。 In the case of the two-wire eccentric spiral element 4, an element close to the outermost periphery contributes to radiation in the low frequency band of the operating band, and an element close to the feeding point 3 contributes to radiation in the high frequency band of the operating band.
The two-wire eccentric spiral element 4 radiates radio waves in the + Z axis direction and the −Z axis direction, but the radio waves radiated in the −Z axis direction are absorbed by the radio wave absorber 6. However, the radio wave that reaches the metal cavity 5 without being completely absorbed by the radio wave absorber 6 is reflected by the metal cavity 5.
On the other hand, the radio wave radiated in the + Z-axis direction is not propagated in the −Z-axis direction because of the planar ground plane 1.

よって、図１のアンテナ装置は、電波を＋Ｚ軸方向だけに放射するアンテナ装置となっている。
また、図１のアンテナ装置は、給電点３が原点からオフセットされている偏心構造であるため、＋Ｚ軸方向への放射が単一ビームとなっている。
平面地板１は、その背面に電流が流れないようにするために、金属キャビティー５の開口端から平面地板１の端までの長さがλＬ／４以上であることが望ましい。 Therefore, the antenna device of FIG. 1 is an antenna device that radiates radio waves only in the + Z-axis direction.
In addition, since the antenna apparatus of FIG. 1 has an eccentric structure in which the feeding point 3 is offset from the origin, radiation in the + Z-axis direction is a single beam.
In order to prevent current from flowing through the back surface of the planar ground plane 1, it is desirable that the length from the opening end of the metal cavity 5 to the end of the planar ground plane 1 is λ L / 4 or more.

図１のアンテナ装置では、誘電体基板２の下に配置されている電波吸収体６が、二線式偏心スパイラル素子４から−Ｚ軸方向に放射された電波を吸収しているが、電波吸収体６が電波を吸収することで、二線式偏心スパイラル素子４は損失性を有している。
上記の非特許文献１に開示されているアンテナ装置では、スパイラル素子上の電流分布が、中心から外周方向に向かう一直線上で強め合うことで、この直線方向にビームを形成しているが、一直線上で強め合う方向が周波数に依存し、渦巻状のスパイラル素子に沿って電流分布が回転することで、ビームの回転が発生している。このため、広帯域に亘って一定方向にチルトしている指向性を得ることができなくなっている。
この実施の形態１では、上述したように、二線式偏心スパイラル素子４が損失性を有しているので、一直線上で強め合う効果が低下して、動作周波数で放射に寄与する一部分のスパイラル素子のみの放射が支配的になっている。
このため、アンテナ平面に対する鉛直方向を軸とする周波数に依存するビームの回転が緩和され、広帯域に亘って一定方向にチルトしている指向性が得られる。 In the antenna device of FIG. 1, the radio wave absorber 6 disposed under the dielectric substrate 2 absorbs radio waves radiated from the two-wire eccentric spiral element 4 in the −Z-axis direction. As the body 6 absorbs radio waves, the two-wire eccentric spiral element 4 has loss.
In the antenna device disclosed in Non-Patent Document 1 described above, the current distribution on the spiral element reinforces on a straight line from the center toward the outer peripheral direction to form a beam in this linear direction. The direction of strengthening on the line depends on the frequency, and the rotation of the beam is generated by rotating the current distribution along the spiral spiral element. For this reason, it is impossible to obtain directivity that is tilted in a certain direction over a wide band.
In the first embodiment, as described above, since the two-wire eccentric spiral element 4 has loss, the effect of strengthening in a straight line is reduced, and a part of the spiral that contributes to radiation at the operating frequency The element-only radiation is dominant.
For this reason, the rotation of the beam depending on the frequency about the vertical direction with respect to the antenna plane is relaxed, and the directivity tilted in a certain direction over a wide band is obtained.

ここで、図２は非特許文献１に開示されているアンテナ装置の放射パターンを示す説明図である。
また、図３はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置の放射パターンを示す説明図である。
図２及び図３に示している放射パターンは解析結果の一例であり、放射パターンの値は規格化した主円偏波の利得値である。
非特許文献１に開示されているアンテナ装置では、図２に示すように、周波数に依存してビームがφ方向に回転しているが、この実施の形態１のアンテナ装置では、図３に示すように、周波数に依存するφ方向へのビームの回転が緩和され、広帯域に亘って一定方向にチルトしている指向性が得られている。 Here, FIG. 2 is an explanatory view showing a radiation pattern of the antenna device disclosed in Non-Patent Document 1. FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a radiation pattern of the antenna device according to the first embodiment of the present invention.
The radiation pattern shown in FIGS. 2 and 3 is an example of the analysis result, and the value of the radiation pattern is a normalized gain value of the main circular polarization.
In the antenna device disclosed in Non-Patent Document 1, as shown in FIG. 2, the beam rotates in the φ direction depending on the frequency. In the antenna device of the first embodiment, as shown in FIG. Thus, the rotation of the beam in the φ direction depending on the frequency is relaxed, and the directivity tilting in a certain direction over a wide band is obtained.

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、開口面が平面地板１の開口と一致している凹形状の金属キャビティー５を設け、電波吸収体６を金属キャビティー５内に埋め込むように構成したので、二線式偏心スパイラル素子４が損失性を有するようになり、その結果、広帯域に亘って一定方向にチルトしている指向性を得ることができる効果を奏する。   As is apparent from the above, according to the first embodiment, the concave metal cavity 5 whose opening surface coincides with the opening of the flat ground plane 1 is provided, and the radio wave absorber 6 is placed in the metal cavity 5. Since it is configured to be embedded, the two-wire eccentric spiral element 4 becomes lossy, and as a result, it is possible to obtain directivity that is tilted in a certain direction over a wide band.

実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２によるアンテナ装置を示す構造図であり、アンテナ装置をＸＺ面でカットしている断面を表している。図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
空気層７は誘電体基板２と電波吸収体６の間に配置されており、誘電体基板２と同じ半径を有している。 Embodiment 2. FIG.
FIG. 4 is a structural diagram showing an antenna apparatus according to Embodiment 2 of the present invention, and shows a cross section in which the antenna apparatus is cut along the XZ plane. In the figure, the same reference numerals as those in FIG.
The air layer 7 is disposed between the dielectric substrate 2 and the radio wave absorber 6, and has the same radius as the dielectric substrate 2.

上記実施の形態１と比べて、空気層７を設けている点で相違している。
図４のアンテナ装置では、誘電体基板２と電波吸収体６の間に、０．０１λＬ程度の高さを有する空気層７を設けているが、このような空気層７を設けることで、二線式偏心スパイラル素子４と電波吸収体６との距離が広がるため、上記実施の形態１よりも、二線式偏心スパイラル素子４の損失性が低下する。これにより、アンテナの放射効率と動作利得が向上する。
ただし、空気層７を設けることで、二線式偏心スパイラル素子４と電波吸収体６との距離が広がり過ぎると、上記の非特許文献１に開示されているアンテナ装置のように、アンテナ平面に対する鉛直方向を軸とする周波数に依存するビームの回転が大きくなってしまうため、空気層７の高さは０．０１λＬ以内であることが望ましい。 Compared to the first embodiment, the air layer 7 is different.
In the antenna device of FIG. 4, an air layer 7 having a height of about 0.01λ L is provided between the dielectric substrate 2 and the radio wave absorber 6. By providing such an air layer 7, Since the distance between the two-wire eccentric spiral element 4 and the radio wave absorber 6 increases, the loss of the two-wire eccentric spiral element 4 is lower than that of the first embodiment. This improves the radiation efficiency and operating gain of the antenna.
However, if the distance between the two-wire eccentric spiral element 4 and the radio wave absorber 6 is excessively increased by providing the air layer 7, the antenna plane with respect to the antenna plane as in the non-patent document 1 described above is used. since the rotation of the beam which depends the vertically frequencies of the shaft increases, it is desirable that the height of the air layer 7 is within 0.01λ L.

ここで、図５はこの発明の実施の形態２によるアンテナ装置の放射パターンを示す説明図である。
図５に示している放射パターンは解析結果の一例であり、放射パターンの値は規格化した主円偏波の利得値である。
非特許文献１に開示されているアンテナ装置では、図２に示すように、周波数に依存してビームがφ方向に回転しているが、この実施の形態２のアンテナ装置では、図５に示すように、周波数に依存するφ方向へのビームの回転が緩和され、広帯域に亘って一定方向にチルトしている指向性が得られている。 FIG. 5 is an explanatory diagram showing a radiation pattern of the antenna device according to the second embodiment of the present invention.
The radiation pattern shown in FIG. 5 is an example of the analysis result, and the value of the radiation pattern is a normalized gain value of the main circular polarization.
In the antenna device disclosed in Non-Patent Document 1, as shown in FIG. 2, the beam rotates in the φ direction depending on the frequency. In the antenna device of the second embodiment, as shown in FIG. Thus, the rotation of the beam in the φ direction depending on the frequency is relaxed, and the directivity tilting in a certain direction over a wide band is obtained.

実施の形態３．
図６この発明の実施の形態３によるアンテナ装置を示す構造図である。特に図６（ａ）はアンテナ装置を示す上面図（紙面の手前方向が＋Ｚ軸）であり、図６（ｂ）はアンテナ装置をＸＺ面でカットしている断面図である。図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
電波吸収体８は図１の電波吸収体６と同様の部材であるが、図１の電波吸収体６より体積が小さくなっており（ＸＹ平面に対して１／３に縮小されている）、給電点３を含む二線式偏心スパイラル素子４の始点側の領域に対応する金属キャビティー５内の一部の位置だけに埋め込まれている。
図中、金属キャビティー５内において、電波吸収体８の周囲に空間９ができている。 Embodiment 3 FIG.
6 is a structural diagram showing an antenna device according to a third embodiment of the present invention. In particular, FIG. 6A is a top view showing the antenna device (the front side of the paper is the + Z axis), and FIG. 6B is a cross-sectional view of the antenna device cut along the XZ plane. In the figure, the same reference numerals as those in FIG.
The radio wave absorber 8 is the same member as the radio wave absorber 6 of FIG. 1, but has a smaller volume than the radio wave absorber 6 of FIG. 1 (reduced to 1/3 of the XY plane), The two-wire eccentric spiral element 4 including the feeding point 3 is embedded only in a portion of the metal cavity 5 corresponding to the region on the starting point side.
In the figure, a space 9 is formed around the radio wave absorber 8 in the metal cavity 5.

上記実施の形態１と比べて、電波吸収体８の体積が電波吸収体６の体積より小さくなっている点で相違している。
このため、電波吸収体８は、給電点３を含む二線式偏心スパイラル素子４の始点側の領域（二線式偏心スパイラル素子４の中心付近の領域）に対応する金属キャビティー５内の一部の位置には埋め込まれているが、二線式偏心スパイラル素子４の終端側の領域（二線式偏心スパイラル素子４の外周付近の領域）に対応する金属キャビティー５内の一部の位置には埋め込まれていない。 Compared to the first embodiment, the difference is that the volume of the radio wave absorber 8 is smaller than the volume of the radio wave absorber 6.
For this reason, the radio wave absorber 8 is one in the metal cavity 5 corresponding to the region on the starting point side of the two-wire eccentric spiral element 4 including the feeding point 3 (the region near the center of the two-wire eccentric spiral element 4). Although embedded in the position of the portion, the position of a part in the metal cavity 5 corresponding to the terminal-side region of the two-wire eccentric spiral element 4 (region near the outer periphery of the two-wire eccentric spiral element 4) It is not embedded in.

二線式偏心スパイラル素子４の始点に給電された高周波電流は、二線式偏心スパイラル素子４の外周に向かって線状に沿って流れる。
二線式偏心スパイラル素子４の場合、動作帯域の高周波数帯では、給電点３に近い素子が放射に寄与するが、給電点３に近い素子には、誘電体基板２を挟んで電波吸収体８が近接しているため、上記実施の形態１と同様に、給電点３に近い素子が損失性を有する。
よって、電波吸収体８の体積が小さくなっていても、上記実施の形態１と同様に、一直線上で強め合う効果が低下して、動作周波数で放射に寄与する一部分のスパイラル素子のみの放射が支配的になっている。
このため、上記実施の形態１と同様に、アンテナ平面に対する鉛直方向を軸とする周波数に依存するビームの回転が緩和され、広帯域に亘って一定方向にチルトしている指向性が得られる。
また、この実施の形態３では、電波吸収体８の体積が小さくなっているため、電波吸収体８の材料コストを低減することができる。 The high-frequency current supplied to the starting point of the two-wire eccentric spiral element 4 flows along a line toward the outer periphery of the two-wire eccentric spiral element 4.
In the case of the two-wire eccentric spiral element 4, in the high frequency band of the operating band, the element close to the feeding point 3 contributes to radiation, but the element near the feeding point 3 sandwiches the dielectric substrate 2 with the radio wave absorber. Since 8 is close, the element close to the feeding point 3 has a loss property as in the first embodiment.
Therefore, even if the volume of the radio wave absorber 8 is reduced, the effect of strengthening in a straight line is reduced as in the first embodiment, and radiation of only a part of the spiral elements that contribute to radiation at the operating frequency is reduced. Has become dominant.
For this reason, as in the first embodiment, the rotation of the beam depending on the frequency around the vertical direction with respect to the antenna plane is relaxed, and the directivity tilted in a certain direction over a wide band is obtained.
Moreover, in this Embodiment 3, since the volume of the electromagnetic wave absorber 8 is small, the material cost of the electromagnetic wave absorber 8 can be reduced.

実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４によるアンテナ装置を示す構造図であり、アンテナ装置をＸＺ面でカットしている断面を表している。図において、図４及び図６と同一符号は同一または相当部分を示している。 Embodiment 4 FIG.
FIG. 7 is a structural diagram showing an antenna apparatus according to Embodiment 4 of the present invention, and shows a cross section in which the antenna apparatus is cut along the XZ plane. In the figure, the same reference numerals as those in FIGS. 4 and 6 denote the same or corresponding parts.

上記実施の形態３と比べて、空気層７を設けている点で相違している。
図７のアンテナ装置では、誘電体基板２と電波吸収体６の間に、０．０１λＬ程度の高さを有する空気層７を設けているが、このような空気層７を設けることで、二線式偏心スパイラル素子４と電波吸収体６との距離が広がるため、上記実施の形態３よりも、二線式偏心スパイラル素子４の損失性が低下する。これにより、アンテナの放射効率と動作利得が向上する。
ただし、空気層７を設けることで、二線式偏心スパイラル素子４と電波吸収体６との距離が広がり過ぎると、上記の非特許文献１に開示されているアンテナ装置のように、アンテナ平面に対する鉛直方向を軸とする周波数に依存するビームの回転が大きくなってしまうため、空気層７の高さは０．０１λＬ以内であることが望ましい。
この実施の形態４でも、上記実施の形態３と同様に、広帯域に亘って一定方向にチルトしている指向性を得ることができるとともに、電波吸収体８の材料コストを低減することができる効果が得られる。また、アンテナの放射効率と動作利得が向上する効果が得られる。 Compared to the third embodiment, the difference is that an air layer 7 is provided.
In the antenna device of FIG. 7, an air layer 7 having a height of about 0.01λ L is provided between the dielectric substrate 2 and the radio wave absorber 6. By providing such an air layer 7, Since the distance between the two-wire eccentric spiral element 4 and the radio wave absorber 6 increases, the loss of the two-wire eccentric spiral element 4 is lower than that of the third embodiment. This improves the radiation efficiency and operating gain of the antenna.
However, if the distance between the two-wire eccentric spiral element 4 and the radio wave absorber 6 is excessively increased by providing the air layer 7, the antenna plane with respect to the antenna plane as in the non-patent document 1 described above is used. since the rotation of the beam which depends the vertically frequencies of the shaft increases, it is desirable that the height of the air layer 7 is within 0.01λ L.
In the fourth embodiment, as in the third embodiment, it is possible to obtain directivity that is tilted in a certain direction over a wide band and to reduce the material cost of the radio wave absorber 8. Is obtained. Moreover, the effect of improving the radiation efficiency and operating gain of the antenna can be obtained.

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。   In the present invention, within the scope of the invention, any combination of the embodiments, or any modification of any component in each embodiment, or omission of any component in each embodiment is possible. .

１ 平面地板、２ 誘電体基板、３ 給電点、４ 二線式偏心スパイラル素子、４ａ，４ｂ 線路導体、５ 金属キャビティー、６ 電波吸収体、７ 空気層、８ 電波吸収体、９ 空間。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plane ground plane, 2 Dielectric substrate, 3 Feeding point, 4 Two-wire type eccentric spiral element, 4a, 4b Line conductor, 5 Metal cavity, 6 Radio wave absorber, 7 Air layer, 8 Radio wave absorber, 9 Space.

Claims (2)

開口が施されている平面地板と、
前記平面地板の開口に配置され、前記開口の中心からずれている位置に給電点が設けられている誘電体基板と、
前記給電点を始点にして、同一方向に渦巻状に巻かれている二本の線路導体が前記誘電体基板上に形成されている二線式偏心スパイラル素子と、
前記二線式偏心スパイラル素子により発生する周波数に依存するビームの回転を緩和する手段と、を備え、
前記手段は、開口面が前記平面地板の開口と一致している凹形状の金属キャビティーと、前記金属キャビティー内に埋め込まれている電波吸収体と、により構成されており、
前記電波吸収体は、前記給電点を含む前記二線式偏心スパイラル素子の始点側の領域に対応する前記金属キャビティー内の一部の位置に埋め込まれている
ことを特徴とするアンテナ装置。 A planar ground plane with an opening;
A dielectric substrate disposed at the opening of the planar ground plane and provided with a feeding point at a position shifted from the center of the opening;
A two-wire eccentric spiral element in which two line conductors wound in a spiral shape in the same direction starting from the feeding point are formed on the dielectric substrate;
Means for relaxing the rotation of the beam depending on the frequency generated by the two-wire eccentric spiral element,
The means is composed of a concave metal cavity whose opening surface coincides with the opening of the planar ground plane, and a radio wave absorber embedded in the metal cavity,
The wave absorber, the two-wire eccentric spiral elements starting point side of the corresponding region of the metal features and to luer antenna device that is embedded in a part of the position in the cavity, including the feeding point . 前記誘電体基板と前記電波吸収体の間に空気層が設けられていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。 Claim 1 Symbol placement of the antenna device, characterized in that the air layer is provided between the wave absorber and the dielectric substrate.
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