JPH11163621A - 平面輻射素子とそれを利用した全方向性アンテナ - Google Patents

平面輻射素子とそれを利用した全方向性アンテナ

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JPH11163621A
JPH11163621A JP9340853A JP34085397A JPH11163621A JP H11163621 A JPH11163621 A JP H11163621A JP 9340853 A JP9340853 A JP 9340853A JP 34085397 A JP34085397 A JP 34085397A JP H11163621 A JPH11163621 A JP H11163621A
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/26—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole with folded element or elements, the folded parts being spaced apart a small fraction of operating wavelength

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高利得で、偏波モードを自在に選択出来、し
かも全方向性のアンテナを提供し、広く放送、中継、通
信、交通の管制、移動体通信の構成要素として使用可能
で、又使用周波数帯もＨＦ，ＶＨＦ，ＵＨＦと幅広い用
途に適するアンテナを提供。 【解決手段】 長方形枠型アンテナで、短辺と長辺の長
さの比が１対４乃至８で、長辺の長さが使用される電波
の中心周波数の１波長に等しく、１対の長辺上に長辺全
体長の両端面より４分の１乃至４０分の１の距離の所に
ショートバーが配置され、一対の長辺中央部に中央部か
ら長辺の１０分の１乃至３０分の１の距離の部分を４５
度の角度でそれぞれ枠の外側に対称的に曲折された給電
の為の導電経路を持ち、両長辺の中心位置よりやや離れ
た枠外の位置より給電する形式の１波長型の平面輻射素
子。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は中継、放送、通信用
等に供用し得る電波を投射する無線アンテナ及び素子に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】周知の通り、一定の地域に電波を投射さ
せるために中継、放送、無線による指令、交通管制に使
用される無線アンテナには、垂直に配置したグランドポ
ールまたは垂直ダイポール等が使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしこれらのアンテ
ナは通常垂直偏波モードに規定され、指向性アンテナの
利用が適切でない場合での使用ではその利得も充分に得
ることが出来ない。又一定のエリア内に例えばテレビ放
送等で無線で情報を伝達する手段として、無指向性（全
方向性）のスーパーゲインアンテナ等の複雑な構成を有
するものが用いられている。アマチュア無線で多用され
ている通称ヘンテナ（平面輻射アンテナ）は利得も高
く、偏波モードの選択も任意に出来るなどの長所を持つ
が、単体で全方向性の特性を得ることが困難である等の
欠点がある。本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、高利得で偏波モードを自在に選択出来、しかも全方
向性のアンテナを提供し、広く放送、中継、通信、交通
の管制、移動体通信の構成要素として使用可能で又使用
周波数帯もＨＦ，ＶＨＦ，ＵＨＦと幅広い用途に適する
アンテナを提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に請求項１においてアンテナエレメントの短辺と長辺
と、長辺に設けた給電点とを有する長方形枠型の平面輻
射素子において、短辺と長辺の長さの比が１対４乃至８
で、長辺の長さが使用される電波の中心周波数の１波長
に等しく、前記１対の長辺の中心点から左方向の所定距
離ａ点で外方に角度４５°傾斜して長辺を折り曲げると
共に、該中心点から右方向の同一距離ｂ点で前記長辺と
平行に角度４５°折り曲げて左の長辺と平行の右の長辺
とを長辺の中心点で点対称位置になるように形成した長
辺と該一対の長辺の左、右端部に連設された短辺と、該
一対の長辺の両端部から所定の距離に連設されたショー
トバーと長辺の中心点に形成された給電手段とで構成さ
れたことを特徴とする１波長型の平面輻射素子を利用し
た全方向性アンテナを構成した。
【０００５】請求項２において、請求項１の平面輻射素
子を使用し、水平または垂直偏波形式で、直立する絶縁
支柱の上部に１個を、またその平面輻射素子よりその中
心位置相互の間隔が最低２分の１波長または１波長の所
に同一素子をもう１個水平面上から見てそれぞれの素子
の中心部位にて９０度の交差角度になる様に２個配置
し、高周波分配器を利用し各素子に同位相かまたは９０
度位相差で同時励振させる形式の平面輻射素子を利用し
た全方向性アンテナを構成した。
【０００６】請求項３において、アンテナエレメントの
短辺と長辺の長さの比が１対４乃至８で、長辺の長さが
使用される電波の中心周波数の１波長に等しい長方形枠
型の平面輻射素子を使用し、その長辺で奇数角数の正多
角形を形成するに際し、長辺の中心部ｃ点がその正多角
形の一辺の中心となる様にして曲折し、その結果、相対
した長辺の両端部を相互に絶縁体を介して一定間隔に保
持し、前記長辺の中心部ｃ点を正多角形の内側へ所定距
離折曲げた所に給電手段を形成したことを特徴とする正
奇数多角形の平面構成を有する１波長型平面輻射素子を
構成した。
【０００７】請求項４において、アンテナエレメントの
短辺と長辺の長さの比が１対４乃至８で長辺の長さが使
用される電波の中心周波数の２分の１波長に等しい長方
形枠型の平面輻射素子を使用し、請求項３と同じ構造を
形成したことを特徴とする正奇数多角形の平面構成を有
する２分の１波長型平面輻射素子を構成した。
【０００８】請求項５において、アンテナエレメントの
短辺と長辺のそれぞれの長さを使用される電波の中心周
波数の１２分の１波長と４分の１波長に等しい長方形枠
型の平面輻射素子を使用し、請求項３と同じ構造を形成
し、その給電点の後に１対の３分の１波長のスパイダー
コイルの外側の端部を接続し、そのコイルの中心部より
給電するように構成したことを特徴とする正奇数多角形
の平面構成を有する短縮型平面輻射素子を構成した。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１におけるアンテ
ナは図１に示す構成のもので、ほぼ円形に近い全方向性
の水平面指向特性を有し、又定在波比（以下ＳＷＲと称
す）が充分低減し、極めて有効に機能する。請求項２に
おけるアンテナは図４又は図５に示す構成のもので、垂
直偏波モード又は水平偏波モードでそれぞれほぼ完全な
全方向性の特性を有し、アンテナとして極めて有効に作
用する。請求項３におけるアンテナは図８に示す構成の
もので、高利得でＳＷＲが低く、しかも指向特性は完全
な直円構造で通信の相手方との相対位置の変更は全く問
題にならない特徴を有する。請求項４におけるアンテナ
は図８に示す構成と類似のもので、利得が比較的高く、
しかもＳＷＲが低下している周波数幅もやや広い特徴が
あり、しかも指向性特性は完全な真円構造で通信の相手
方との相対位置の変更は問題にならない特徴を有する。
請求項５におけるアンテナは図９に示す構成のもので、
給電経路の手前にスパイダーコイルを取付け、センタロ
ーディングの形式にすることによりアンテナエレメント
を短縮できる効果のみならず、調整も容易で、相対利得
で３ｄｂ以内と縮小によるロスが抑えられ、通信上は余
りアンテナエレメント縮小によるデメリットがないとい
う特徴を有する。
【００１０】
【実施例】以下図に示す実施例に基づいて、本発明を更
に詳しく説明する。図１は本発明の実施例の全方向性ア
ンテナを構成する基本素子を示す説明図である。図１ａ
は請求項１の実施例の正面図、図１ｂは同じく平面図で
ある。図１ａｂにおいて、１はアンテナエレメント長
辺、２はアンテナエレメント短辺、３はショートバー、
４は屈折分離型導電経路、５は給電点である。図１の本
発明の全方向性アンテナの基本構成は通称ヘンテナ２枚
を接続して、この２枚を同時励振するもので、アンテナ
エレメント長辺が２分の１波長でアンテナエレメント短
辺がその２分の１乃至３分の１で短辺に近い側にショー
トバー３を有し、インピーダンス調整を行い得る様にし
たヘンテナを２枚併合したもので、その長辺１が１波長
であるが、給電点と電波の放射の中心が近接する関係で
生ずる反射波を防止し、ＳＷＲの低減を図る目的で、そ
の中央部の給電部を長辺１と短辺２で構成される図１
（ｂ）に示す様に枠型平面の外側にそれぞれ４５度乃至
９０度の角度で折り曲げ、長辺の１０分の１乃至３０分
の１の給電の為の屈折分離型導電経路４を有し、給電点
５がアンテナの幾何学的中心に位置し、２枚のアンテナ
素子が該給電点より見て点対称位置の離れた位置で励振
される形式の複合型平面輻射素子（１波長型平面輻射素
子）を中心的構成要素として利用するものである。
【００１１】図１の本発明のアンテナ素子は複合的素子
で２分の１波長素子を中央で結合しているため、各素子
の輻射（放射）中心が近接する関係で、その輻射特性は
ほぼ円形に近い全方向性の水平面指向特性を有してい
る。図２は１波長型平面輻射素子の水平面パターンの実
測チャートである。ここでＸ，Ｙ軸は水平面の方向性
（角度）を示すと共にその方向毎の利得を示したもので
ある。
【００１２】図３は屈折分離型導電経路の効果を示した
図である。Ｘ軸に周波数、Ｙ軸にＳＷＲをとったもの
で、１９００ＭＨｚを投入してＳＷＲが充分低減するこ
とを示している。
【００１３】図４は請求項２の垂直偏波モード全方向性
アンテナの場合の実施例である。図４ａは正面図、図４
ｂは同じく平面図である。図４ａ，ｂにおいて６は絶縁
支柱、７は第１次給電ケーブル、８は統合給電回路（分
配器）、９は第２次給電ケーブル、１０は１波長型平面
輻射素子、１１は絶縁支柱６用の基礎部分である。本発
明では前記１波長型平面輻射素子１０を図４に示す如く
垂直偏波モードで全方向性特性で使用する場合には鉛直
に立てた絶縁支柱６の上部に１個を、該１波長型平面輻
射素子１０より約１波長の間隔を空けた所にもう１つの
前記素子を９０度交差した角度で配置し、これら２個の
素子はそれぞれ第１次給電ケーブル７を７５オームで４
分の１波長の奇数倍の電気長の長さで統合給電回路８
（分配器）に接続され、更に第２次給電ケーブル９（５
０オームで２分の１波長の偶数倍の電気長の長さで誘導
した経路）又は標準ケーブルを介して送受信機（図示せ
ず）とケーブルで結合される型式を有するものである。
【００１４】図５は請求項２の水平偏波モード全方向性
アンテナの場合の実施例である。図５（ａ）は正面図、
図５（ｂ）は同じく平面図である。図５ａにおいて６は
絶縁支柱、７は第１次給電ケーブル、８は統合給電回路
（分配器）、９は第２次給電ケーブル、１０は１波長型
平面輻射素子、１１は絶縁支柱６用の基礎部分である。
本発明では前記１波長型平面輻射素子１０を図５に示す
様に水平偏波モードで全方向性特性で使用する場合は鉛
直に立てた絶縁支柱６の上部に１個を、該１波長型平面
輻射素子１０より或一定距離の間隔を空けた所にもう１
つの同一素子１０を水平面上に９０度交差した角度で配
置し、これら２個の素子はそれぞれ第１次給電ケーブル
７にて統合給電回路８（分配器）に接続され、更に第２
次給電ケーブル９を介して送受信機（図示せず）とケー
ブルで結合される型式を有するものである。高さの違う
これら２個の給電素子群を同時励振させることにより、
円形に近い水平面パターンを有し、ほぼ完全な無指向性
特性が得られる。この場合の上下の１波長型平面輻射素
子相互の設定間隔は同一偏波、同一周波数、同一極性
（位相）で最低２分の１波長の長さが必要である。
【００１５】図６はこの１波長型平面輻射素子を上の方
からアンテナエレメント長辺の１波長型の間隔をおいて
Ａバンド用、Ｂバンド用、Ｃバンド用と順次設置するこ
とにより、マルチバンド又は中継用途で再発信（レピー
タ施設で）する場合等周波数の異なる複数の高周波送信
局の設定をする場合の実施例を示したものである。ここ
で１２，１３，１４はＡ，Ｂ，Ｃバンドのそれぞれに対
応する１波長型平面輻射素子である。また同一周波数、
同一信号電流を複数多段で放送するスーパーゲイン化に
ついても同様な方法を採す事が出来る。本アンテナより
送出される電波の偏波モードは給電点における高周波電
流の投入方向に従うが、本アンテナ素子の縦横比率の変
更により若干の偏波ダイバーシチー特性を付加すること
ができる。各単独素子の縦横比が１：３では約２０％、
１：２では適度な偏波ダイバーシチー特性となる。電波
を送出する目的の物では１対３乃至４が望ましい。
【００１６】本発明を実施する際図７のように水平偏波
モード状態において反射板１５を各素子の後方に９０度
又は１２０度に設置した例を示したものである。本反射
板は風圧減少の為格子状が望ましいが、適当な距離を置
いて設定した場合は反射板に適当な下垂角をおいて、カ
バーエリアゾーンの正確なコントロール機能を付加する
ことが出来る。又、この方法は移動体の捕捉に有効であ
る。
【００１７】図８は請求項３の実施例である。図８
（ａ）は正面図、図８（ｂ）は同じく平面図である。又
図８（ｃ）はこれを製品化した時の斜視図である。図８
ａ，ｂ，ｃにおいて１６はアンテナエレメント長辺、１
７は退避型導電経路、１８は給電ボックス、１９はアン
テナエレメント短辺、２０は間隙固定材、２１は絶縁支
持柱、２２はクロスマウント絶縁材、２３は退避型給電
点、２４はショートバーである。本発明は請求項１のア
ンテナエレメント長辺を正五角形に折込んだ実施例で、
アンテナエレメント長辺の全周囲合計の長さは１波長の
長さである。その一方の末端部１９はそれぞれ外側に折
返されて居り、その部分に絶縁材２０で相互に固定され
ている。給電点２３は内側に折返されたもう一方の末端
部の退避型導電経路１７の延長部にあり、反射波の集中
を回避する構造になって居り、末端近くのショートバー
２４は可動式で上下に通電し、左右方向には調整可能で
半固定式となっている。本アンテナの利得は５．５ｄｂ
に達し、ＳＷＲは１．１近くまで調整可能である。指向
特性は完全な真円構造で通信の相手方との相対位置の変
更は全く問題とならない特徴を有する。
【００１８】請求項４の実施例としては図面８と基本的
構造は類似であるが、本発明は請求項３のアンテナエレ
メント長辺の全周囲合計の長さを２分の１波長に設定し
たもので、その一方の末端部はその部分に絶縁材で相互
に固定されている。給電点は内側に折返されたもう一方
の末端部にあり、反射波の集中を回避する構造になって
いる。末端部よりアンテナエレメント長辺全周囲長の約
３０％の付近に設けたショートバーは可動式で上下に通
電し左右方向には調整可能で半固定式となっている。本
アンテナの利得は３．５ｄｂに達し、指向特性は完全な
真円構造で通信の相手方との相対位置の変更は全く問題
とならない特徴を有し、又、ＳＷＲが低下している周波
数幅がやや広い特徴がある。
【００１９】図９は請求項５の基本となるアンテナエレ
メントの実施例の構成を示す説明図である。図９の１は
アンテナエレメント長辺、２はアンテナエレメント短
辺、３はショートバー、４は給電経路、２５はスパイダ
ーコイル、５は給電点である。ここでアンテナエレメン
ト長辺１が４分の１波長で、アンテナエレメント短辺２
が１２分の１波長でアンテナエレメント短辺に近い側に
ショートバー３を有し、インピーダンスの調整を行ない
得る様にし、給電点５については各々１対の給電経路４
の後に３分の１波長の長さのコイル２５をそれぞれ取付
けセンタローディングの形式で無線機の側をコイルの中
心側に接続した短縮型平面輻射アンテナを基本素子とし
て図８と基本的構造を同一にした構成にしたもので、よ
り小型な全方向性アンテナを得ることが出来る。
【００２０】
【発明の効果】以上詳細に説明した通り、本発明は従来
の中継、放送、通信用等に供用し得る電波を投射する無
線アンテナの有する欠点を除去し、本アンテナは高利得
で指向性は水平、垂直偏波或は適度な偏波合成とするか
を自由に選択出来、何れも指向特性はほぼ完全な水平面
無指向性なアンテナを実現することができる効果があ
る。又本アンテナの末端は開放型になっていないため風
圧に強く、風による破壊に極めて強靱である。本アンテ
ナの設置高はダイポール、グランドダイポールに比して
低い地上高で動作し、電波の投射角がグランドダイポー
ルに比して極めて低い特徴を有する。又、本アンテナは
１本のマスト内に順次異なる使用周波数、波帯、用途の
ものを垂直方向に連続設置しても、支障なく作動するの
で、複数バンド、複数局のアンテナを同一専有敷地内に
設置出来る特徴がある。使用波帯にかかわらず、接地が
不要で接地棒を埋設する必要がないので接地の困難な輸
送体（船舶、宇宙船など）での使用が容易である。又、
アンテナの縮小の容易なＵＨＦ帯において前述のすべて
の長所、特徴を活用することが可能で極めて効果的であ
る。更に本アンテナを水平偏波モードで使用した場合は
信号処理のデジタル化に伴って情報電送のエラーを大幅
に減らし、完全なカバーエリアのコントロールが可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の請求項１の１波長型平面輻射
素子の基本構成を示す説明図。
【図２】本発明の実施例の請求項１の１波長型平面輻射
素子の水平面パターンの実測チャート。
【図３】本発明の実施例の請求項１の１波長型平面輻射
素子の１９００ＭＨｚ帯におけるＳＷＲ特性の実測変化
表。
【図４】本発明の実施例の請求項２の垂直偏波モード全
方向性アンテナの構成を示す概念説明図。
【図５】本発明の実施例の請求項２の水平偏波モード全
方向性アンテナの構成を示す概念説明図。
【図６】本発明の１波長型平面輻射素子をマルチバンド
用途に実施した場合の構成を示す概念説明図。
【図７】本発明の１波長型平面輻射素子を利用した水平
偏波モード全方向性アンテナに反射板を付加してエリア
コントロール機能を強化した場合の構成を示す概念説明
図。
【図８】本発明の実施例の請求項３の五角形分割１波長
型平面輻射アンテナの構成を示す概念説明図。
【図９】本発明の実施例の請求項５の短縮型平面輻射ア
ンテナの基本構成を示す説明図。
【符号の説明】
１ アンテナエレメント長辺 ２ アンテナエレメント短辺 ３ ショートバー ４ 屈折分離型導電経路 ５ 給電点 ６ 絶縁支柱 ７ 第１次給電ケーブル ８ 統合給電回路 ９ 第２次給電ケーブル １０ １波長型平面輻射素子 １１ 絶縁支柱用基礎部分 １２ Ａバンド用１波長型平面輻射素子 １３ Ｂバンド用１波長型平面輻射素子 １４ Ｃバンド用１波長型平面輻射素子 １５ 反射板 １６ エレメント長辺 １７ 退避型導電経路 １８ 給電ボックス １９ エレメント短辺 ２０ 間隙固定材 ２１ 絶縁支持柱 ２２ クロスマウント絶縁材 ２３ 退避型給電点 ２４ ショートバー ２５ スパイダーコイル

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 アンテナエレメントの短辺と長辺と、長
    辺に設けた給電点とを有する長方形枠型の平面輻射素子
    において、短辺と長辺の長さの比が１対４乃至８で、長
    辺の長さが使用される電波の中心周波数の１波長に等し
    く、前記１対の長辺の中心点から左方向の所定距離ａ点
    で外方に角度４５度乃至９０度の傾斜して長辺を折り曲
    げると共に、該中心点から右方向の同一距離ｂ点で前記
    長辺と平行に角度４５度乃至９０度折り曲げて左の長辺
    と平行の右の長辺とを長辺の中心点で点対称位置になる
    様に形成した長辺と該一対の長辺の左、右端部に連設さ
    れた短辺と、該一対の長辺の両端部から所定の距離に連
    設されたショートバーと長辺の中心点に形成された給電
    手段とで構成されたことを特徴とする１波長型の平面輻
    射素子。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載された平面輻射素子を２
    個使用し、水平又は垂直偏波形式で、直立する絶縁支柱
    の上部に１個を、又その平面輻射素子よりその中心位置
    相互の間隔が最低２分の１波長又は１波長の部位に他の
    平面輻射素子を水平面上から見てそれぞれの素子の中心
    部位にて９０度の交差角度になる様に配設し、高周波分
    配器を利用し、各素子に同位相か又は９０度位相差で同
    時励振させる形式に構成された平面輻射素子を利用した
    全方向性アンテナ。
  3. 【請求項３】 アンテナエレメントの短辺と長辺の長さ
    の比が１対４乃至８で長辺の長さが使用される電波の中
    心周波数の１波長に等しい長方形枠型の平面輻射素子エ
    レメントであり、その長辺は奇数角数を有する様に正多
    角形に形成され、該長辺の中心の一辺の中心部ｃ点がそ
    の正多角形の一辺の中心となる様にして曲折された一辺
    を有し、該一辺に対向した長辺の両端部を相互に絶縁体
    を介して所定間隔を有する様に保持し、前記長辺の中心
    部ｃ点にて正多角形の内側へ所定距離折曲げた部位に給
    電手段を形成したことを特徴とする正奇数多角形の平面
    構成を有する１波長型平面輻射素子。
  4. 【請求項４】 アンテナエレメントの短辺と長辺の長さ
    の比が１対４乃至８で長辺の長さが使用される電波の中
    心周波数の２分の１波長に等しい長方形枠型の平面輻射
    素子を使用し、請求項３に記載された構造を有する様に
    形成したことを特徴とする正奇数多角形の平面構成を有
    する２分の１波長型平面輻射素子。
  5. 【請求項５】 アンテナエレメントの短辺と長辺のそれ
    ぞれの長さを使用される電波の中心周波数の１２分の１
    波長と４分の１波長に等しい長方形枠型の平面輻射素子
    を使用し、請求項３に記載された構造を有する様に形成
    し、その給電点の後に１対の３分の１波長のスパイダー
    コイルの外側の端部を接続し、そのコイルの中心部より
    給電するように構成したことを特徴とする正奇数多角形
    の平面構成を有する短縮型平面輻射素子。
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