JPH0219006A - 円偏波電磁波の送受信用のアンテナ構造 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はアンテナに関する。ことに本発明は、実質的に
比較大きい帯域幅と低い角度利得とを持ち円偏波環状輻
射パターン全生成する型式のアンテナに関する。

〔従来の技術〕

自動車、船舶又は航空機のような移動する乗物や船に、
ラジオ、テレビゾヨ／、電話等の放送通信波のような種
穏の電磁波を高い精度で受けるには、乗物及び送受信局
の間でこのような電磁波を送受信するためのアンテナ構
造が必要である。このようなアンテナ構造は、マイクロ
波周波数、無線周波数、市民バンド周波数等金倉む種目
の周波数を適正に取扱えるように特別の任意を払って有
効に設計しなければならない。近年では送受信機能は、
能動及び受動の両人工衛星によシ極めて高められ、これ
等の衛星の役割として通信と共に航法を実質的に容易に
している。

自動車については、２つの一般的範ちゅうのアンテナ構
造が一般に使われ、すなわちウィンドシールドアンテナ
及びマストアンテナが使われている。ウィンドシールド
アンテナでは、乗物のウィンドシールド構造内に少なく
とも１条の導体が埋込まれ、従って天候、損傷及び破壊
の影響を受けないようにしである。このような導体は比
較的薄いので、この導体は、破壊又はひび割れを生じゃ
すく又その電力処理容量によシ信号の伝送にはあｔシ適
していない。なお重要なことにはウィンドシールドアン
テナは、とくに乗物の移動の方向又は方位に関してひず
みを伴う。マストアンテナでは導体通常ホイップ型アン
テナ又はロンドアンテナは車体から外部に突出する。普
通の縦形ホイップアンテナは長さが約３対６ｍのモノポ
ールである。このアンテナは、表作と乗物への取付けと
が容易であるから一般的に使われている。屋根、フード
又はトランクのような、車体の部分にｌ／４波長素子を
機械的に増付ける。このアンテナは広く利用されている
がその得られる輻射パターンが必ずしも容易には予知で
きない。

高周波アンテナ構造は軍用及び工業用に比較的広い用途
、があるが、一般需要渚用に高周波アンテナを使うこと
は、極めて多くの需要渚が日常高周波無線通信は使用し
ていても、著しい制限を受けている。たとえばますます
人気があυ普及力金持つようになっている車載用の無線
電話は、低グロフィル高周波アンテナ輻射装置が自動車
に又はその中に適宜に納められるならば、又この輻射装
置が十分な帯域幅の無指向性低プロフィルを生ずること
ができこれと同時に円又はだ円偏波電磁波を有効に受け
て送出すことができるならば、このような輻射装置を利
用することができる。

自動車用に提案され之比較的基本的な形状のアンテナ装
置は、ワイヤ導体がねじ状に巻付けられ接地面と協働し
て使われるらせん形構造である。

このようなアンテナは、高周波全取扱うのに比較的有利
であり適正な電界特性を生ずるが、このようなつる巻形
アンテナ構造は、地上及び水上の乗物や船に伴う絶え間
ない衝馨や振動によシ通常生ずるらせん形素子の不整合
及び方向はずれによって破壊、破損又ははずれが生じや
すい。

〔発明の要約〕

実質的な衝撃や振動にひずみを伴わないで耐えることが
できこれと同時に広い周波数帯域にわたって動作し低プ
ロフィル輻射パターン金主ずることのできる簡略化した
構造の安価なアンテナが必要になっている。

本発明の目的は、低い角度利得及び広帯域特性を持つが
んじょうなアンテナ装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、容易に作られ量産することのでき
る新規なアンテナ構造を提供することにある。

本発明の他の目的は、円又はだ円偏波電磁信号を無指向
性の状態で送出し又受けることのできるアンテナ全提供
することにある。

さらに本発明の目的は、低い方位角面利得を示しだ円及
び円偏波エネルギー金無指向性の状態で輻射し受けるこ
とのできる新規な送受信アンテナを提供することにある
。

本発明の他の目的は、自動車、トラック、トラクタ・ト
レーラ運転室、バス、消防車及び、その他救急車を含む
非常用車両と共に、その他ポートや類供物のような舟艇
を含む発動機船に取付けるのに適したアンテナ全提供す
ることにある。

なお本発明の目的は、普通の自動車用アンテナに伴うこ
との多い方向変更のときに生ずるフェーシング、受信損
失及びその他どのような望ましくない妨害もなくす自動
車用の新規なアンテナ構造全提供することにある。

なお本発明の他の目的は、安定な長い距離範囲のパター
ンを持つ移動通信及び航法用のアンテナ構造を提供する
ことにある。

一般に前記の各目的は、直線偏波電磁波エネルギーの源
と、この源に直交して結合するように位置し直角の位相
差で再輻射偏波を生ずることによシ遠方電磁界に円ｉ波
輻射を生ずるようにした複数のＬ字形導電性アンテナと
の組合せによって達成される。本発明の重要な点は、導
電性の再輻射素子の特殊な幾何学的形状及び配置である
。とくに各丁Ｊ字形素子の水平のアームの円形配置は、
寄生輻射アンテナ装置として作用し円／だ円偏波エネル
ギーの低い角度利得を持つ極めて望ましい輻射パターン
を生ずることが分っている。このアンテナのモノポール
部分は、このモノポールから誘電体を介して間隔を隔て
ているがこのモノポールに結合されるように配置した接
地面２備えている。

当業者には明らかなようにここに述べるアンテナ構造は
、普通の外部回路により信号を生じ又は受ける手段に容
易に結合することができる。すなわちこのアンテナ構造
には、搬送無線周波信号音生じこの発生周波数全インチ
リンエンド端末で変調する手段を備え几送信手段全容易
に加えることができる。変調された無線周波信号はこの
アンテナ構造に送られる。このアンテナ構造にはフイー
ダテバイス全適正に整合させ、そしてこのアンテナ構造
により空間に信号を輻射し又は伝搬する。

本発明によれば輻射源は、第１の直線偏波輻射電界音生
ずるように接地面の上方に位置させたモノポール構造に
よって形成する。この説明で述べる本発明アンテナ構造
は、第１の直線偏波輻射電界全送受信する送受信手段と
、それぞれ接地面から間隔を隔てこの接地面に実質的に
平行に延びるアーム金持ち前記送受信手段のまわりに配
置した複数個のＬ字形導電性素子とを備え、これ等の各
素子を第１の直線偏吸輻射電界に直交して位置させ、こ
の第１電界からのエネルギーを前記各アームに結合して
、前記第１電界に直交しこの第１電界に対し直角の位相
差金持つ第２の直線偏波輻射電界金回輻射し前記の第１
及び第２の直線偏波の相互の合成によυ円／だ円偏波輻
射パターンが生ずるようにしである。

本発明は、接地面と、この接地面に隣接して位置させ定
直線偏波エネルギー電界の源と、相互に等しい間隔を隔
て前記源のまわ°りに互いに等しい角度を隔てて配置し
たグイポールのような複数個の導電性素子とを備えてい
る。これ等の複数個の素子は円形配置に形成しである。

これ等の各素子は、円形配置の円周上に位置するように
配置する。

各素子は、前記源により生ずる直線偏波エネルギー電界
に直交する共通面内にある。

本発明は、帯域幅、インピーダンス及び輻射パターンは
あまシ犠牲にしないで丈夫なアンテナ全提供することに
より従来の欠点を実質的に除くものでちる。このアンテ
ナは実質的に低い角度利得及び実質的な効率金持つ。以
下に述べる本発明の構造的特長を詳しく調べることによ
り、本発明が迅速容易にかつわずかな費用で作られるの
は明らかである。

〔実施例〕

実施例により図面を参照して説明すると、第１図には本
発明の全アンテナ構造１０の好適な実施例全線図的に示
しである。アンテナ構造１０は−般に、電気めっきした
銅又はその他の導電性金属全付着させた金Ｊｉｍ被覆構
造又はボードでよい円形の接地面１１を備えている。ア
ンテナ構造１０はさらに、ねじ又はリベットのような普
通の手段により接地面１１にそれぞれ端部１３１１ｉ付
けた複数個のＩＬ字形導電性索子１２ｆ、備えている。

各端部１３は、接地面１１から遠ざかる方に上向きに逆
り字の形に延び、一方の分枝す表わちアーム１４は接地
面１１から上下方向に延び又他方のアーム１５は接地面
１１に平行にこれから間隔を隔てて延びている。又各ア
ーム１５の方向は実質的に円形配置に沿い一様に湾曲し
ている。

モノポール２０は、接地面１１ルら延び、接地面１１に
直交しこれから絶縁しである。本発明の好適な実施例で
はモノポール２０は１／４波長の輻射体でよい。よく知
られているようにこのような上下方向のｌ／、　波長の
輻射体はその基部部分を接地面に又その直上にして位置
させるときは、この輻射体に接地面自体の中に投影する
ものと考えられ、従ってこの輻射体の輻射特性はこの輻
射体が自由空間内で半波形ダイポールであるかのように
解析される。なお重要なことにはこのようなモノポール
素子がその基部部分で給電されるときは、その輻射抵抗
及び入力インピーダンスは半波形ダイポールに対する値
のちょうど半分になり、その指向性は２倍になυ、その
偏波は直線になる。

よく知られているように使用される特定の形式のアンテ
ナ構造は電磁波の初期偏波を定める。友とえばダイポー
ルアンテナは、それぞれ中心部に給電されたときに対称
の輻射パターンを生じ直線偏波を生ずる。すなわち電気
ベクトルは、偏波の方向２の全部の値に対し空間内で特
定の方向を持つ。電気Ｅ−ベクトルが垂直方向であると
きは、この電波は垂直偏波であるといわれ、又電気Ｅ−
ベクトルが水平面内にあれば、この電波は水平偏波であ
るといわれる。偏波はＥ−ベクトルによって表わすのが
普通である。そして任意のアンテナの構造では、望まし
い偏波の種類が多数の用途に対して考えられることが大
切である。その理由は、電磁波の方向特性又は方位特性
の整合が存在するときに受信及び送信が最もよくなるか
らである。

通信及び航法の分野では円及びだ円偏波電磁波が広く使
われている。２つの直線偏波が互いに同じ方向に放出さ
れ相互に直角を挾み、これ等の電波の位相角が９０°す
なわちπ／２ラジアンだけ異なる場合には、これ等の２
つの直線偏波を合成したときに円偏波が生ずる。円偏波
ではＥベクトルは時間に伴いＺ軸のまわりに回転し従っ
て電波がつる巻状に前進する。振幅の等しい２つの直線
偏波成分の間の位相差が９０°のときは、円偏波が生成
されるような条件になる。したし各直線偏波に対する振
幅が互いに異なる場合には、だ円偏波が生ずる。位相差
がプラスかマイナスかに従って合成波は右回り又は左回
りの回転方向になる。

本発明のＬ字形導電性素子１２は寄生的再輻射素子とし
て作用し水平偏波成分を生ずる。円偏波を生成するには
垂直及び水平の電界が直角の位相差を持たなければなら
なくて、この特定の位相差は、本発明によれば、垂直電
界成分全直接放出することができモノポール素子周囲に
互いに等しい角度金隔てる配置に協働させた複数個のＬ
字形導電性素子のりアクタンスから電界に水平成分を再
輻射するモノポール素子によって得られる。すなわち互
いに直交する偏波ベクトルのうちの第１のベクトルは、
モノポール素子自体により放出される垂直偏波ベクトル
である。又これ等の直交偏波ベクトルのうちの第２のベ
クトルは、各り字形導電性素子からの再輻射によシ生ず
る水平偏波ベクトルと、この水平偏波ベクトルと共にこ
のベクトルに直角の位相差を持ち円偏波輻射パターンを
生ずる垂直偏波ベクトルとの和である。

好適な実施例では各り字形導電性素子は１／４波長モノ
ポールから０．３６λ以上間隔を隔て、各り字形導電性
素子の水平アームに寄生的に結合されこれ等のアームか
ら再輻射される遅延電磁波エネルギーによシ水平成分ヲ
、ｌ／４波長モノポールによシ輻射される初期の垂直偏
波電磁波エネルギーに対し直角の位相差を持つよりにし
又対向するＬ字形導電性素子（すなわちその水平アーム
）に比べて適正な位相にして、だ円偏波又は円偏波或は
これ等の両側波の輻射パターン金主ずるようにする。

本アンテナ構造を上方から見ると、各り字形導電性素子
内を流れる電流は同じ瞬間にその正反対側の素子とは反
対の方向に流れ、モノポール輻射パターンにより生ずる
ように零になるのは明らかである。さらに第３図に示す
ように本アンテナ構造を通る断面を見ると各導電性素子
の２個の水平の導電性アームは、接地面の上方で約０．
４λの間隔全互いに隔て之ダイポールとして扱うことが
できる。当業者には明らかなように使用される特定の間
隔によって、このような２個の導電性素子の配列によｆ
）考えられる輻射パターンのピーク全水平の上方約４０
°に生じさせ（構造上の干渉により）垂直偏波モノポー
ルの輻射パターンにふ之たび整合させる。第４丙は第６
図の配列のＨ面パターンを示すものである。さらに選定
し之直径によりピークの位置を定める（同じ導電性素子
と仮定する）のは明らかである。従って直角の位相差に
対し考慮するようにされた唯一の残りの独立変数はＬ字
形導電性素子の水平長さである。一般にこの長さは通常
約０．４λである。なおこの長さは円偏波の損失を伴わ
ないで成る程度短縮できる。しかし利得は幾分減少する
。アームの垂直長さに関しては、この長さは容易に調整
して、モノポール素子からの寄生的エネルギー及び協働
する接地面電流金、モノポール素子によシ輻射されるＩ
にほぼ等しい値でＬ字形素子に結合するようにすること
ができる。

本発明の重要な構造上の特長は、各り字形素子の水平ス
クリーンの特定の円形配置にある。とくにこれ等の素子
は相互に等しい間隔金隔て上方から克て大きい円の円周
上に位置し又はこの円周全仕切るように向きを定めであ
る。各アームはＬ字形素子の垂直アームから外方に延び
ている。複数の導′這性素子は、前記の大きい円に一致
するように湾曲させ、初めの直線偏波エネルギーの放出
場所と；、て作用する大円中心点又はその軸線のまわり
に互いに等しい角度を隔てて配置しである。各アーム自
体は横断面形状を丸くしてあり、又はこれ等のアームは
正方形又は長方形のような他の任意の横断面形状にして
もよい。

接地面は平面にして又は扁平な形状にして示しであるが
、接地面は湾曲させてもよくたとえば上向きのドーム形
にしてもよい。１実施例では接地面は、各り字形導電性
素子を円すい中心軸線のまわりに互いに等しい位置に互
いに等しい角度間隔を隔てて配置した円すい台の形状に
してもよい。

すなわち円すい形接地面は、水平偏波に一層近く垂直偏
波の−一り発生ずるのに円板−円すいアンテナのように
して容易に使うことができる。この場合り字形素子は初
めの輻射源に対し約０．５λだけ近い間隔全階てる。こ
のような形状ではアンテナ構造は、円板−円すい輻射パ
ターンの場合と同様なだ円偏波パターンを生ずる。

モノポール２０は、信号全発生する手段に普通の絡路１
６によυ給電するように作用する同軸ケーブル１７に接
続しである。

直線偏波エネルギーを供給する手段がモノポールに好適
であるがこのようなエネルギーの他の源金利用してもよ
いのは明らかである。友とえは縦方向のスロットを等間
隔に配分した導波管は水平偏波エネルギー全輻射し、従
って直線偏波エネルギーの初めの源になる。

なお接地面ヲ衾作及び設計が容易になるように形状が丸
い又は円形のものとして述べたが、接地面は所望により
他の形状たとえば正方形、長方形又はその他の多角形の
形状にしてもよい。さらにモノポールを囲む各り字形導
電性素子は、このような多角形形状の中間点又はすみ部
に位置させ又は所望によりこれ等の多角形上に対称に配
置してもよい。さらに上部り字形導電性素子全一般に湾
曲した部材として、すなわちモノポールのまわりの円の
６弧に合致する湾曲アームを持つ部材として示したが、
このようなアームは湾曲させる必要はない。たとえばこ
れ等のアームは直線にしすなわちまっすぐにしてモノポ
ールから等しい位置に配置してもよい。さらにアンテナ
入力インピーダンスは、所望によυ折返しモノポールを
使うことによυ高めることができる。又当業者には明ら
かなようにアンテナ装置全体は乗物に増付けると実質的
な振動を受けると共に大気的要素すなわち風、雨、みぞ
れ及び雪にさらされ、従ってたとえばＡＢＩ３樹脂又は
類似物のような保護レードームに納め又はこれで覆う必
要がある。このようなハウシングの内部は、標準の方法
によれば、アンテナ構造を一層信頼性を高め丈夫にし従
ってこのアンテナ構造の妨害や不整合が生じないように
するのに普通のフオーム材又は各フオーム材の組合せを
詰めればよ一層。

以上本発明をその実施例について詳細に説明したが本発
明はなおその精神を逸脱しないで種ｌの変化変型全行う
ことができるのはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明アンテナ構造の１実施例の線図的斜視図
、第２図は第１図の平面図である。第３図は第１図及び
第２図のアンテナ構造の横断面図、第４図は水平線の上
方的４０°のピークを示す回転直線波源による本発明の
輻射線図である。 １０・・・アンテナ構造、１１・・・接地面、１２・・
・導電性素子、１５・・・アーム、２０・・・モノポー
ル（送受信手段）。 ＦＩＧ、４ ＦＩＧ、２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、円偏波電磁波を輻射し又受信することのできるアン
   テナ構造において、第１の直線偏波輻射電界を送受信す
   る送受信手段と、それぞれ接地面から間隔を隔てこの接
   地面に実質的に平行に延びるアームを持ち前記送受信手
   段のまわりに配置した複数個のＬ字形導電性素子とを備
   え、これ等の各素子を第１の直線偏波輻射電界に直交し
   て位置させ、この第１電界からのエネルギーを前記各ア
   ームに結合して、前記第１電界に直交しこの第１電界に
   対し直角の位相差を持つ第２の直線偏波輻射電界を再輻
   射し前記の第１及び第２の直線偏波の相互の合成により
   円偏波輻射パターンが生ずるようにしたアンテナ構造。 ２、アンテナ素子としてモノポールを使つた請求項１記
   載のアンテナ構造。 ３、モノポールをアンテナ素子に使われる周波数に対す
   る波長の１／４の輻射体とした請求項２記載のアンテナ
   構造。 ４、複数のＬ字形導電性素子をモノポールから約０．３
   λだけ間隔を隔てた請求項３記載のアンテナ構造。 ５、接地面に平行に位置するアームの長さを約０．４λ
   とした請求項１記載のアンテナ構造。 ６、送受信手段及び接地面を外部回路に接続する接続手
   段を備えた請求項１記載のアンテナ構造。 ７、接続手段として、内部導線とこの内部導線のまわり
   に同軸に位置させた外部導線とを持つ同軸ケーブルを使
   い、前記内部導線は送受信手段に接続し、前記外部導線
   は接地面に接続した請求項６記載のアンテナ構造。 ８、接地面と、この接地面に隣接して位置させた直線偏
   波電磁波の源と、この源から間隔を隔てこの源から前記
   の電磁波を受けるように位置させた複数個のＬ字形アン
   テナ素子とを備え、このＬ字形アンテナ素子の一方のア
   ームは前記接地面に接続し、又前記Ｌ字形アンテナ素子
   の他方のアームは前記源のまわりに互いに等しい角度を
   隔てて配置し直線偏波電磁波に直交するように位置させ
   たアンテナ構造。 ９、直線偏波電磁波の源としてモノポールを使つた請求
   項８記載のアンテナ構造。