JPS58142605A - 円偏波円錐ビ−ムアンテナ - 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】 （技術分野） 本発明は、主に船舶等の移動体に搭載して通１Ｂに利用
する、円偏波で動作する円錐ビーム放射特性を有するア
ンテナにおいて、アンテナ放射素子の構成に関するもの
である。

（背景技術） 従来のこの種装置は、第１図に示す構成となっていた。

図で、１はループアンテナの放射素子、２はマイクロス
トリップアンテナの小円機、；３は大円板、４はスペー
サ、５はループアンテナ／＼の給電線、６はマイクロス
トリップアンテナへの給電線、７は電力分配器、８は垂
直軸、９は水甲軸、１０は円錐ビーム特性で゛ある。

第１図のアンテナを機能させるためには、ループアンテ
ナと円形マイクロストリップアンテナ−のθ方向の放射
特性を揃え、かつ鉛ｌＩｊ＋輔回りに一様な特性を実現
する必要がある、。

θ方向の放射特性は、両アンテナの周囲Ｊ、（を、開切
に設置することによりほぼ１Ｍ１ｉえることが−（δろ
１゜次に鉛直軸回りの放射特性につ（・て、円形マイク
ロストリップアンテナは、′１１Ｍの共振モード（小円
板の周囲長が約４波長）を利用しているため、小円板と
大円板の間隙に存在１′る電界の小円機の周辺方向での
分布は一様となり、円形マイクロストリップアンテナか
らの放射特性も鉛直軸回りに一様となっている。

ループアンテナにおいて、周囲長が４波長と大きな場合
、周方向に均一　となる電流分布を実現１−ることは困
難であり、従来は近似的に均一性を満足判るものとして
、第１図のような７−スドループ（内円、川明°゛超短
波空中線パ、］２２章コロナ社、昭；う０年）を用いて
いた。しかし、この構成では、ンーストループの人力イ
ンピーダンスを調整１゛る機構を伺加することが困難で
あり、ループアンテナの入力インピーダンスを給電線５
に十分整合させることができない欠点があった。

（発明の課題） 本発明はこの欠点を除去するため、ループアンテナの放
射素子を約半波長のダイポールアンテナとし、その給電
線の外導体に＋４さが約１／４波長の細長のスリットを
給電線の軸に清って設けたものである。

スリットはダイポールアンテナの素子と直交し、給電線
の中心軸を通る平面内に２個設けられ、好ましくはスリ
ットの長さは金属円筒でスリットを短絡することにより
調節可能であるとする。

（発明の構成および作用） 本発明は、ループアンテナの鉛直軸回りの放射特性の一
様性を保ちつつ、入力インピーダンスの設計が容易とな
る放射素子の構成に関″１−るもので、第２図にループ
アンテナの周方向に電流の振幅分布が有った場合の放射
特性を求める座標を示す。

１１は放射方向（０ｏ、φ。）を示す。、電流はループ
アンテナの円環に沿って流れ、これヲＩｎ（φ）φで表
わ−Ｊ−ｏここでφはφ方向の単位ベクトルである。’
ｎ（φ）は電流振幅のφ方向分布であり、分布の周期を
力える変数１１を用いて１次式で表わされるものと仮定
する。

■ｎ（φｌ＝Ｉ。ｃｏｓ（φｏ−ＩＩφ）（ＩＯ，φ。

は定数）（１）ループアンテナの（θ。、φ。）方向の
放射特性は、電流分布を用（・て次式により求まる。

（Ａは定数）（２） ここに、１九〔φ。〕および■。−０〕はそれぞれ放射
ρ（）　　　　　　　　　　　　−ρＯトｉ′１界およ
び電流のφ。成分またはρ。成分を表わす。

第２図の変数、座標に基づき式（２）を計算すると、次
の放射特性表示式が求まる。

（Ｊ２ｎ−１１（ψｌ　　Ｊ２ｎ−ｔ（ψ）））　　（
３）（２ｎ＋１　） １リ−πＡ、’１ｏ３８＋１１２　（＋１　＋１．　）
φｏ　（Ｊ２ｉ１４　（ψ）ｎρｏ　　− 十Ｊｚｎ眉ψｊ　）　　　　　　　　　　　（４）ここ
に、ψ−ｋａ　ｓｉｎθ０、］は純虚数、Ｊｎ（ψ）は
０次のベッセル関数である。

式（３）　、　（４）において、１〕−０すなわちルー
プの円環方向分布を一様とすると、放射特性は次式とな
る。

Ｅ、φｏ　＝　２　πＡＩｏｊＪ＋（ψ）　　　　　　
　　　　　（５）１づ。ρ。−〇　　　　　　　　　　
　　　　　　（６）放射電界はφ。成分（垂直偏波成分
）たけとなるとともに、式（５）にφ。の変数が無いこ
とから、φ方向に一様となる放射特性の得られることが
わかる９、次に、電流の周方向変化による放射特性のφ
方向変化を検討する。ここで、円錐ビーム特性の利用上
からｋａキ３８が適し、この時主ビーム方向はθ。÷２
８°となる。この条件の下で、ｎによる放射波強度の周
方向変化量を求めると、第３図の特性が得られる。ｎが
１あるいは２となる振幅分布が存在すると、放射波強度
は周方向に太き（変動する。一方、１１〉３となる短周
期の電流分布においては、放射波強度の周方向変動は無
視できる程度に小さくなる。

以上から、本ループアンテナの給電流として、約半波長
のダイポールアンテナをループに沿って環状に列べた構
造（ｎ−４に相当）を用いても、周方向に一様な放射特
性の得られることがわかる。

このように、約半波長のダイポールアンテナを放射素子
として利用できることは、シーストループを用いた場合
に比べ入力インピーダンスの設計および調整を容易に行
なえるという利点がある。

約半波長の素イ長を有−４−るダイポールを放射素ｆ・
とするループアンテナの構成を第４図に示す。

１２は給′市純の外導体に軸方向に設けた間隙（スリッ
ト）、＋３はダイポールアンテナ、１４は給電線の内導
体、１５はスリットの軸方向長さを調整するための金属
円筒である。ダイポールアンテナは図のように、スリッ
トによって分けられた給電線の外導体に固定された構成
を有する。金属円筒１５は、外導体５に電気的に短絡し
ているように密着して取り＋１けられるが、外導体の軸
に沿って可動できるよう構成する。

このように構成されたダイポールアンテナの入力インピ
ーダンスの調整機構についそ説明する。

まず概念的には、第４図の＃ｎのダイポールが空間に単
独で存在する場合の入力インピーダンスをＺＯと１−る
と、第４図のように隣接シテ＃ｎ、＃ｎ−１のダイポー
ルが配置され、これらの下方に大きな導体板が存在する
場合、隣接素子および導体板の影響により、＃４−１〕
の人力インピーダンスはＸ。よりはるかに大きな値とな
る。これに対し、給電線の外導体に設けたスリットより
成るインピ・−ダンス変換器を作用されることにより、
＃１１の素子の人力インピーダンスを約１／４の値に減
少せｌμノ）、給電線のインピーダンスＺＬ（通常は５
０Ωのものが良く用いられる）に整合させるものである
。

実例について以下に説明する。アンテナの動作周波数を
２．５　（、ｉｌ　Ｉｚとする。ｆると、波長（λ）は
１２Ｃ１ｒＬと２π なり、１（２＋：：二Ｔａニー３８の条件からループア
ンテナの周囲長は２π；Ｉ−３，８λ・−４５，６ｍと
なる。これを考慮して、約半波長のダイポールアンテナ
の素子長（１）を５．３　ｃｍとする３、また、基板と
ダイポールとの間隔（ｈｌは３．４６ｃｍとしている。

この条件のＴ″（、素子間隔（ｄ）をパラメータとして
測定した素子の入力インピーダンスを第５図に示す。こ
の場合、８素子全てに同相・等振幅の給電を行っている
３、（１）はダイポールアンテナ単体の入力インピーダ
ンス（ＺＯ）であり、（２）と（３）は第４図の構成の
入力インピーダンス（”ｉｎ）である。４４１１と大円
板３との相互イノピーダンスをＺ５、＃Ｊ」］と＠ｎ　
＋１．　＃ｎ−１の相互インピーダンスをＺ２と′１−
ると、入力インピーダンスは次式で表わされる。

Ｚ１ｎ＝Ｚｏ−Ｚ１＋２Ｚ２　　　　　　　　　　　　
（カ第５図の諸元においては、Ｚｏ＝６０＋ｊ２０（功
（珪Ｊａｓｉｋ、　”　Ａｎｔｅｎｎａ　Ｅｎｇｉｎｅ
ｅｒｉ＋１ｇ　Ｈａｎｂｏｏｋ　”　、　ＭｃＧｒａｗ
−Ｈｉｌｌ　Ｂｏｏｋ　Ｃｏｍｐａｎｙ、　Ｃｂａｐｔ
ｅｒ　３　、　Ｐ、　３−５．　）、Ｚ、キー２Ｏ−＋
２０（Ω）、Ｚ２キ２．３＋ｊｌＯ（Ωｌ　（Ｈ・Ｅ−
Ｋｉｎｇ。

’Ｍｕｔｕａｌ　Ｉｍｐｅｄａ＋］ｃｃ　ｏｆ　Ｕｎｅ
ｑｕａｌ　ＬｅｎｇｔｈＡ＋１ｔｅｎｎａｓｉｎ　Ｅｃ
ｌｉｅｌｏｎ”　、　１１（ＩＢ’、　’１．”ｒ、ｏ
ｎ　ＡＰ、　ｐｐ　３０６−３１３．　Ｊｕｌｙ１９５
６）であるから、式（７）によりＺｉｎキ１２６　＋、
ｉ　６０（効となる。

５０Ωの給電線を用いる場合、このＺｌｎは大き過ぎ、
反射損失が大となる。このため、第４図の１２のような
スリットを設けてインピーダンスの変換を行なう（遠藤
敬二、佐藤源貞、永井淳、パアンテナ工学″、日刊Ｔ業
新聞社刊、Ｉ）Ｉ）　２５７〜２６２．１９６９年）。

第４図において１５の金属円筒の位置を調整し、給電軸
方向の長さを約３０龍とすることにより５０Ωの給′直
崖に対し、インピーダンス整合の良い特性を実現できる
。

第６図は、５０Ω給電線に対するダイポールアンテナの
入力インピーダンスの整合度をＶＳ’Ｗ１．Ｌで表示し
たものである。２．４５〜２．７５　（３１−１’ｚに
わたる約１０％の帯域で、ＶＳＷＩ（、（１，５という
良好な特性が得られている。

以上述べたように、ループアンテナの放射素子を約半波
長のダイポールアンテナで構成し、ダイポール長、隣接
ダイポール間隔および外導体に設けたスリット長を調整
することにより、ループアンテナのＶＳＷＨ，特性を容
易に調整できる特長がある。

（発明の効果） 以上説明したように、ループアンテナの放射素子を約半
波長のダイポールアンテナで構成したため、入力インピ
ーダンスの調整箇所を多くとれ、給電線に対するインピ
ーダンス整合の調整が容易となる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の円偏波円錐ビームアンテナの構成図、第
２図はループアンテナの座標を示す図、第３図は放射波
の周方向変動量の計算値を示す図、第４図はダイポール
アンテナを放射素子としたループアンテナの構成、第５
図はダイポールアンテナの入力イノビーダンス特性を示
す図、第６図はダイポールアンテナのＶＳＷＩ−を特性
を示す図である。 １・・・・　ループアンテナの放射素子、２・・・・・
・マイクロストリップアンテナの小円板、３・・・・・
大円板、　　　　　４・・・・・スペーサ、５・・・・
・ループアンテナへの給電線、６　・・・・マイクロス
トリップアンテナへの給電線、７・・・・・電力分配器
、　　　８・・・・・垂直軸、９・・・・・・水平軸、
　　　　　１０・・・・・・円錐ビーム特性、１１・・
・・・・放射方向、 １２・・・・・・給電線の外導体に軸に清って設けた間
隙、１３　　・・・ダイポールアンテナ、 １　、＝１・・・・給電線の内導体、１５・・・・・金
属円筒特許出願人　　１」本電信電話公社 特許出願代理人　　　９Ｐ浬士　山　本　恵　−（１１
） 孔７図 □ 尾２Ｚ 竿、３　図 ｎ　（電、血分売の圓補） 仄５　図 Ｌ”？ｎｌン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１の円板及び誘電体をはさんで第１の円板と平行に対
   向する周囲長がほぼ４波長の第２の円板を具備する円形
   マイクロストリップアンテナと、平面内に円環状の放射
   素子を有し該平面がマイクロス）　ＩＪノブアンテナの
   第２の円板の側に該アンテナと平行でかつアンテナの中
   心級がほぼ一致するごとく配置される周囲長がほぼ４波
   長のループアンテナとを有する円偏波円錐ビームアンテ
   ナにおいて、前記ループアンテナがその周囲長を８等分
   した累子長を有する半波長ダイポールアンテナを円周に
   そって８個配列して構成され、各ダイポールアンテナへ
   の給電絣が前記第１の円板に垂直に設置される同軸ケー
   ブルにより構成され、該同軸ケーブルの外導体がダイポ
   ールアンテナの素子と直交する平面内に１対の細長のス
   リットを有することを特徴とする円偏波円錐ビームアン
   テナ。