JPH01316008A - 縦型アンテナ - Google Patents
縦型アンテナInfo
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- JPH01316008A JPH01316008A JP4197089A JP4197089A JPH01316008A JP H01316008 A JPH01316008 A JP H01316008A JP 4197089 A JP4197089 A JP 4197089A JP 4197089 A JP4197089 A JP 4197089A JP H01316008 A JPH01316008 A JP H01316008A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
- H01Q13/20—Non-resonant leaky-waveguide or transmission-line antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
- H01Q13/24—Non-resonant leaky-waveguide or transmission-line antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave constituted by a dielectric or ferromagnetic rod or pipe
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はアンテナに関し、特にマイクロ波/ミリ波領域
で使用するためのアンテナに関する。
で使用するためのアンテナに関する。
効率的なアンテナの主な要件は指向性が良く、広い帯域
幅にわたって良好な放射パターンを有していることであ
る。
幅にわたって良好な放射パターンを有していることであ
る。
良く知られている形式のアンテナは従来のホーンアンテ
ナである。このようなアンテナは典型的にピラミッド形
状をなしており、アルミニウムで形成され、そのピラミ
ッドの頂点に導波管を取り付けられている。これらのア
ンテナは通常それらの好ましい受信方向に沿って、すな
わちそれらの主軸に沿って約20dBの利得を有してい
る。しかし、この種のアンテナは、制御されない電流が
ホーンエツジのまわりに散乱しそして壁に沿って逆流す
るというような重大な難点を有している。これらの電流
の影響はこのようなアンテナの8面パターンを検討する
ことによって理解されうる。このパターンは、20dB
の利得を有しかつ好ましい受信方向を表すメインローブ
(main 1obe)の両側に1odBより大きいハ
イサイトローブ(high 5ide 1obes)が
存在していることを示す。このように、E面はメインロ
ー1の下方にIfMBより小さいサイトローブを有して
いるが、25〜30dBが望ましい。これはアンテナの
指向性を低下させる顕著な効果を有する。従来のアルミ
ボーンの相当大きな重量も多くの場合において不利であ
る。
ナである。このようなアンテナは典型的にピラミッド形
状をなしており、アルミニウムで形成され、そのピラミ
ッドの頂点に導波管を取り付けられている。これらのア
ンテナは通常それらの好ましい受信方向に沿って、すな
わちそれらの主軸に沿って約20dBの利得を有してい
る。しかし、この種のアンテナは、制御されない電流が
ホーンエツジのまわりに散乱しそして壁に沿って逆流す
るというような重大な難点を有している。これらの電流
の影響はこのようなアンテナの8面パターンを検討する
ことによって理解されうる。このパターンは、20dB
の利得を有しかつ好ましい受信方向を表すメインローブ
(main 1obe)の両側に1odBより大きいハ
イサイトローブ(high 5ide 1obes)が
存在していることを示す。このように、E面はメインロ
ー1の下方にIfMBより小さいサイトローブを有して
いるが、25〜30dBが望ましい。これはアンテナの
指向性を低下させる顕著な効果を有する。従来のアルミ
ボーンの相当大きな重量も多くの場合において不利であ
る。
例えは表面電流を減少させるためにアルミホーンの表面
ここ波形をつけることにより、これらの問題を克服する
ための改良がなされている。あるいは、誘電体発泡材ホ
ーンを銅メツキし、そして表面を波形にすることも行な
われており、これによっても表面電流が減少され、しか
もこのようなアンテナは軽量であるという利点をも有し
ている。
ここ波形をつけることにより、これらの問題を克服する
ための改良がなされている。あるいは、誘電体発泡材ホ
ーンを銅メツキし、そして表面を波形にすることも行な
われており、これによっても表面電流が減少され、しか
もこのようなアンテナは軽量であるという利点をも有し
ている。
しかし、この種のアンテナは両方とも、勺イトローブが
事実上除去されているので改良された指向性を有してい
るが、それらの利得(約20dB)は大きくは改善され
ず、従って所望の程度の指向性を有しない。
事実上除去されているので改良された指向性を有してい
るが、それらの利得(約20dB)は大きくは改善され
ず、従って所望の程度の指向性を有しない。
他の公知形式のアンテナとしてはデイツシュアンテナが
あり、これは非常に指向性が良くかつ非常に効率が良い
ものであるが、製作費が高くかつ比較的大型で扱いにく
いという難点がある。
あり、これは非常に指向性が良くかつ非常に効率が良い
ものであるが、製作費が高くかつ比較的大型で扱いにく
いという難点がある。
従って、本発明の目的はマイクロ波/ミリ波領域で使用
するためのものであって、大きい利得と優れた指向性を
有するとともに、軽量でかつ構造が簡潔な低価格アンテ
ナを提供することである。
するためのものであって、大きい利得と優れた指向性を
有するとともに、軽量でかつ構造が簡潔な低価格アンテ
ナを提供することである。
本発明によれは、横型アンテナ列と、この横型アンテナ
列に対して直交する方向にそのアンテナ列から外方に延
長した誘電体材料の細長い部材よりなり、前記細長い部
材が縦型列を構成するようにその部材の寸法と誘電率が
選定されている縦型アンテナ列が提供される。
列に対して直交する方向にそのアンテナ列から外方に延
長した誘電体材料の細長い部材よりなり、前記細長い部
材が縦型列を構成するようにその部材の寸法と誘電率が
選定されている縦型アンテナ列が提供される。
誘電体材料は好ましくは誘電体発泡材
(dielectric foam material
)である。本発明の1つの実施例では、横型アンテナ列
はホーンアンテナよりなる。
)である。本発明の1つの実施例では、横型アンテナ列
はホーンアンテナよりなる。
本発明の他の実施例では、横型アンテナ列はフラットプ
レート列(flat、 plate array)より
なる。
レート列(flat、 plate array)より
なる。
好ましくは、誘電体材料は発泡ポリエチレンである。
以下図面を参照して本発明による3つの縦型アンテナに
ついて説明しよう。
ついて説明しよう。
従来のホーンアンテナが第1図に全体として1て示され
ている。それは典型的にはアルミニウムで作成され、そ
の頂点に導波管2を取り付けられている。放射はそれの
E成分(E−field component)を図示
の方向にして主としてアンテナの軸線に沿って延長する
。このようなアンテナは、それの端部が実質的に同相の
ダイポール・ソースの平行列と等価であると考えられる
ので、横型アンテナ(boadside aerial
)と呼ばれることが多く、その場合、放射は主としてそ
の列に対して直交する方向に延長する、つまり「横型」
列(”broadside”array)である。この
ようなアンテナの利得、すなわち電波が主軸線に沿って
進行することにより電界から抽出されるエネルギの量は
同様に「横型」利得(”broadside” gai
n)と呼ばれ、アンテナの利得が大きいけれは大きいほ
と、それの指向性も良くなる。
ている。それは典型的にはアルミニウムで作成され、そ
の頂点に導波管2を取り付けられている。放射はそれの
E成分(E−field component)を図示
の方向にして主としてアンテナの軸線に沿って延長する
。このようなアンテナは、それの端部が実質的に同相の
ダイポール・ソースの平行列と等価であると考えられる
ので、横型アンテナ(boadside aerial
)と呼ばれることが多く、その場合、放射は主としてそ
の列に対して直交する方向に延長する、つまり「横型」
列(”broadside”array)である。この
ようなアンテナの利得、すなわち電波が主軸線に沿って
進行することにより電界から抽出されるエネルギの量は
同様に「横型」利得(”broadside” gai
n)と呼ばれ、アンテナの利得が大きいけれは大きいほ
と、それの指向性も良くなる。
第1〈b)図はこのようなアンテナにおける8面放射パ
ターンを示している。理想アンテナの場合には、そのパ
ターンは破線3に従わなければならず、すなわち1つの
ローブだけが存在していなければならず、これはアンテ
ナがそれの主軸線の方向に主として進行する電波だけを
受取ることを示す。しかし、実際には、利得20dBの
メインローブと、実線4で示された幾つかのサイドロー
ブが存在しており、それらのサイドローブはメインロー
ブの下方で1odBより小さいので、25〜30dBが
望ましい場合には、そのようなアンテナが指向性の点で
劣ることは明らかである。サイトローブが存在すること
は、ホーンエツジに制御されない電流が散乱し、それが
壁に沿って流れることに起因しており、これにより第1
(b)図において線5て示されているように逆放射を生
ずることにもなる。第1(a)図示されたアンテナはア
ルミで作成されているから、指向性が悪いうえに、比較
的重く、このように重量が大であることが多くの用途に
おいて難点となる。
ターンを示している。理想アンテナの場合には、そのパ
ターンは破線3に従わなければならず、すなわち1つの
ローブだけが存在していなければならず、これはアンテ
ナがそれの主軸線の方向に主として進行する電波だけを
受取ることを示す。しかし、実際には、利得20dBの
メインローブと、実線4で示された幾つかのサイドロー
ブが存在しており、それらのサイドローブはメインロー
ブの下方で1odBより小さいので、25〜30dBが
望ましい場合には、そのようなアンテナが指向性の点で
劣ることは明らかである。サイトローブが存在すること
は、ホーンエツジに制御されない電流が散乱し、それが
壁に沿って流れることに起因しており、これにより第1
(b)図において線5て示されているように逆放射を生
ずることにもなる。第1(a)図示されたアンテナはア
ルミで作成されているから、指向性が悪いうえに、比較
的重く、このように重量が大であることが多くの用途に
おいて難点となる。
第2図に全体として6で示されている本発明のアンテナ
は上述の問題点を克服する。それは導波管8と発泡プラ
スチック材のブロック9を有したホーン7を具備してい
る。典型的ζこは、その発泡ブスチックブロックは57
0X 120X 105mmの寸法を有しており(ホー
ン7の外部において)、ホーンの口部は95mmX 1
19mmであり、ホーンエツジは145mmであり、導
波管の内部寸法は22.86mmX IO,l6mmす
なわちWCl2である。発泡プラスチック材ブロックは
1.03の比誘電率を有するポリエチレンで作成される
が、適当な誘電率を有するものであればポリスチレンま
たは他の任意の誘電体も同様に用いられ得る。
は上述の問題点を克服する。それは導波管8と発泡プラ
スチック材のブロック9を有したホーン7を具備してい
る。典型的ζこは、その発泡ブスチックブロックは57
0X 120X 105mmの寸法を有しており(ホー
ン7の外部において)、ホーンの口部は95mmX 1
19mmであり、ホーンエツジは145mmであり、導
波管の内部寸法は22.86mmX IO,l6mmす
なわちWCl2である。発泡プラスチック材ブロックは
1.03の比誘電率を有するポリエチレンで作成される
が、適当な誘電率を有するものであればポリスチレンま
たは他の任意の誘電体も同様に用いられ得る。
アンテナ6は発泡材をブロック9の形状に成形すること
により作成され、そして次にホーン7が任意適当な方法
によってその成形された発泡材のホーン端部を被覆する
ことによって作成される。
により作成され、そして次にホーン7が任意適当な方法
によってその成形された発泡材のホーン端部を被覆する
ことによって作成される。
導波管8は従来の構造を有している。
第2図に示されたアンテナに典型的なE面放射パターン
を示している。このグラフは線形グラフ用紙上の角度(
deg)に対して相対パワー(直線)をプロットしたも
のであり、このグラフ上の「ビークJ (’peak
s’ )が第1(b)図のグラフ上の「ローブJ (’
1obes’ )と比較される。15%帯域幅にわた
って12.5<;112で測定が行なわれ、そしてこの
アンテナの利得が26.3dBとして計算された。この
値はホーンアンテナたけから得られる20dBの利得よ
りも相当に大きい。さらに、第3図のE面ビームパター
ンを検討すると、サイトビーク(円形用紙上のサイトロ
ーブに匹敵する)が非常に小さいことがわかる。従って
、アンテナ6は従来のホーンアンテナよりもはるかに大
きい指向性を有している。なぜなら、それは利得がより
大きくかつそれの構造によって、E面放射パターンにお
けるサイトローブの存在が実質的に除去されるからであ
る。
を示している。このグラフは線形グラフ用紙上の角度(
deg)に対して相対パワー(直線)をプロットしたも
のであり、このグラフ上の「ビークJ (’peak
s’ )が第1(b)図のグラフ上の「ローブJ (’
1obes’ )と比較される。15%帯域幅にわた
って12.5<;112で測定が行なわれ、そしてこの
アンテナの利得が26.3dBとして計算された。この
値はホーンアンテナたけから得られる20dBの利得よ
りも相当に大きい。さらに、第3図のE面ビームパター
ンを検討すると、サイトビーク(円形用紙上のサイトロ
ーブに匹敵する)が非常に小さいことがわかる。従って
、アンテナ6は従来のホーンアンテナよりもはるかに大
きい指向性を有している。なぜなら、それは利得がより
大きくかつそれの構造によって、E面放射パターンにお
けるサイトローブの存在が実質的に除去されるからであ
る。
本発明のアンテナが従来のホーンアンテナよりもはるか
に大きい利得を有する理由について第4図を参照して説
明しよう。エネルギはホーン開口10からアンテナ6の
誘電体発泡材延長部分9内に放射される。そのエネルギ
は、11における発泡材/空気境界面に達すると、境界
を横切って伝播しく臨界角より小さいθ、)照射される
か、あるいは全反射される(臨界角より大きいθ、)。
に大きい利得を有する理由について第4図を参照して説
明しよう。エネルギはホーン開口10からアンテナ6の
誘電体発泡材延長部分9内に放射される。そのエネルギ
は、11における発泡材/空気境界面に達すると、境界
を横切って伝播しく臨界角より小さいθ、)照射される
か、あるいは全反射される(臨界角より大きいθ、)。
内面反射波12には消失する(非放射)表面波13が伴
い、この表面波はアンテナの遠端部14に達するまで境
界面に沿って伝播する。アンテナの遠端部における実効
開口15から放射が生ずる。表面波に関連した電界分布
は発泡材9を越えて周囲の空気中に入りこむので、実効
開口15はホーン7だけの開口1゜よりも大きく、また
アンテナの利得はそれの開口に比例することが知られて
いるから、第2図および第4図に示されたアンテナ利得
はホーンアンチすだけの利得より大きい。
い、この表面波はアンテナの遠端部14に達するまで境
界面に沿って伝播する。アンテナの遠端部における実効
開口15から放射が生ずる。表面波に関連した電界分布
は発泡材9を越えて周囲の空気中に入りこむので、実効
開口15はホーン7だけの開口1゜よりも大きく、また
アンテナの利得はそれの開口に比例することが知られて
いるから、第2図および第4図に示されたアンテナ利得
はホーンアンチすだけの利得より大きい。
第5図はコンピュータ電界モデル化プログラムから得ら
れた本発明のアンテナの端部における予測電界強度のグ
ラフである。これは発泡材9を設けたことにより実効開
口がどのように増大されるかを示しており、延長されて
いる正弦波電界分布がより均一にかつより効率的になる
ことを示している。
れた本発明のアンテナの端部における予測電界強度のグ
ラフである。これは発泡材9を設けたことにより実効開
口がどのように増大されるかを示しており、延長されて
いる正弦波電界分布がより均一にかつより効率的になる
ことを示している。
アンテナの利得は断面積と長さに依存するので、種々の
異なる長さ/面積組合せから一定の利得が得られろる。
異なる長さ/面積組合せから一定の利得が得られろる。
これにより、特定の用途に適するようにまたはビジュア
ルインパクト(visualimpact)を最小限に
抑えるように寸法を最適化することができる。あるいは
、アンテナの利得はそのアンテナの長さに沿って誘電体
材料の寸法を変化させることによりまたはそのアンテナ
の長さに沿っであるいはそれの幅を横切る方向にその材
料の誘電率を変化させることによって変更されうる。
ルインパクト(visualimpact)を最小限に
抑えるように寸法を最適化することができる。あるいは
、アンテナの利得はそのアンテナの長さに沿って誘電体
材料の寸法を変化させることによりまたはそのアンテナ
の長さに沿っであるいはそれの幅を横切る方向にその材
料の誘電率を変化させることによって変更されうる。
この点においては発泡プラスチック材が理想的である。
というのは、発泡プラスチック材の誘電率−1〇−
はそれらの密度に比例しておりかつこれが所望の効果を
得るために製作時に容易に変化され得るからである。
得るために製作時に容易に変化され得るからである。
第2図に示されたホーンの変更例が作成されうる。例え
は、円錐状のアンテナが第6図に示されている。ホーン
には効率をさらに改善するために波形をつけられ得る。
は、円錐状のアンテナが第6図に示されている。ホーン
には効率をさらに改善するために波形をつけられ得る。
誘電体発泡材の金属化された部分てホーン7を形成する
のが特に便利であるが、ホーン7はブロック9の延長部
分を充填されたまたはブロック9に接着された例えはア
ルミニウムよりなる従来の金属ホーンをなしていてもよ
いことが理解されるであろう。
のが特に便利であるが、ホーン7はブロック9の延長部
分を充填されたまたはブロック9に接着された例えはア
ルミニウムよりなる従来の金属ホーンをなしていてもよ
いことが理解されるであろう。
第7図は本発明によるアンテナの第3の実施例を示す。
この実施例では、アンテナ21の誘電体t?B分20が
フラットプレート・アンテナ列の形態をした横型アンテ
ナによって供給されるが、このアンテナは指向性が良い
。
フラットプレート・アンテナ列の形態をした横型アンテ
ナによって供給されるが、このアンテナは指向性が良い
。
第2図、第6図および第7図に示されたアンテナはすべ
て高い横型利得を呈する縦型アンテナと考えられ得る。
て高い横型利得を呈する縦型アンテナと考えられ得る。
従って、本発明は軽量で製作費が安いたけてなく、従来
のアンテナよりも効率的で、はるかに良好な指向性と、
はるかに優れた放射電界パターンを有するアンテナを提
供する。
のアンテナよりも効率的で、はるかに良好な指向性と、
はるかに優れた放射電界パターンを有するアンテナを提
供する。
上述において例示したアンテナは誘電体発泡材よりなる
自己支持型ブロックを具備しているが、ある場合には、
そのブロックを貫通した中心金属支持体を具備すること
が有利でありうることが理解されるであろう。薄い保護
誘電体被膜でそのブロックを被覆することも有利であり
うる。このような支持体または被膜を設けることはアン
テナの性能には大きな影響を及ぼさない。
自己支持型ブロックを具備しているが、ある場合には、
そのブロックを貫通した中心金属支持体を具備すること
が有利でありうることが理解されるであろう。薄い保護
誘電体被膜でそのブロックを被覆することも有利であり
うる。このような支持体または被膜を設けることはアン
テナの性能には大きな影響を及ぼさない。
第1(a)図は従来のホーンアンテナを示す図、第1(
b)図はこのような従来のアンテナにおける典型的な8
面放射パターンを円グラフ用紙上にプロットして示す図
、第2図は本発明による第1のアンテナを示す斜視図、
第3図は第2図に示された形式のアンテナに典型的なE
面パターンを示す図、第4図は第2図のアンテナを波が
通過する状態を示す概略断面図、第5図は第2図のアン
テナの端部における予測された電界強度のグラフ、第6
図は本発明による第2のアンテナを示す図、第7図は本
発明による第3のアンテナをしめす図である。 図面において、6はアンテナ、7はホーン、8は導波管
、9は発泡プラスチック材ブロック、10はボーン開口
、11は発泡体/空気境界面、21はアンテナ、22は
フラットプレート・アンテナ列をそれぞれ示す。
b)図はこのような従来のアンテナにおける典型的な8
面放射パターンを円グラフ用紙上にプロットして示す図
、第2図は本発明による第1のアンテナを示す斜視図、
第3図は第2図に示された形式のアンテナに典型的なE
面パターンを示す図、第4図は第2図のアンテナを波が
通過する状態を示す概略断面図、第5図は第2図のアン
テナの端部における予測された電界強度のグラフ、第6
図は本発明による第2のアンテナを示す図、第7図は本
発明による第3のアンテナをしめす図である。 図面において、6はアンテナ、7はホーン、8は導波管
、9は発泡プラスチック材ブロック、10はボーン開口
、11は発泡体/空気境界面、21はアンテナ、22は
フラットプレート・アンテナ列をそれぞれ示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、縦型アンテナ(6)において、横型アンテナ列(7
)と、この横型アンテナ列に対して直交する方向にその
アンテナ列から外方に延長した誘電体材料の細長い部材
(9)よりなり、前記細長い部材が縦型列を構成するよ
うにその部材の寸法と誘電率が選定されている縦型アン
テナ。 2、前記横型アンテナ列がホーンアンテナ(7)を具備
した請求項1の縦型アンテナ。 3、前記横型アンテナ列がフラットプレート列(22)
よりなる請求項1の縦型アンテナ。 4、前記誘電体材料が誘電体発泡材である請求項1〜3
の縦型アンテナ。 5、前記誘電体発泡材がプラスチック発泡材である請求
項4の縦型アンテナ。 6、前記プラスチック発泡材がポリエチレンである請求
項5の縦型アンテナ。 7、前記プラスチック発泡材がポリスチレンである請求
項5の縦型アンテナ。 8、前記横型アンテナ列(7)が導電性層で被覆された
誘電体材料の細長い部材の延長部分よりなる請求項1〜
7の縦型アンテナ。 9、前記横型アンテナ列(7)が波形壁を有する請求項
1〜8の縦型アンテナ。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB8804242 | 1988-02-24 | ||
GB888804242A GB8804242D0 (en) | 1988-02-24 | 1988-02-24 | Improvements relating to aerials |
Publications (1)
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