JPS63208307A - 広帯域アンテナ - 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】 本発明は、広帯域アンテナ素子に単一方向のアンテナ輻
射特性を与える広帯域アンテナ用キャビティに関する。

（従来技術） 従来、この種の広帯域アンテナ用キャビティとしては、
例えば第５図のものが知られている。

第５図において、１は広帯域アンテナのアンテナ電極で
あり、例えば２条平面アルキメデス・スパイラルアンテ
ナのアンテナ電極を示している。

このアンテナ電極１の形状としては、この他に、信士ロ
グ・スパイラルアンテナ、対数周期アンテナ、その他に
自己補対構造をもった広帯域アンテナが用いられる。

２はキャビティであり、アンテナ電極１でなる広帯域ア
ンテナの指向特性を単方向化するために用いられ、キャ
ビティ１の内壁面は電気的に良導体となっている。

このキャビティ２の動きは、アンテナ電極１自体の輻射
特性が、アンテナ電極面１ａの両側に輻射する双方向特
性となっているため、キャビティ２内となる片側のエネ
ルギを反射若しくは吸収することによって、アンテナ指
向性を単方向化するものである。

例えば第５図にあっては、キャビティ１内に進行する波
は、キャビティ内には損失がほんどないため、略完全に
反射され、矢印３で示す方向に単方向化されたアンテナ
指向特性が得られる。

ところで、キャビティを備えた広帯域アンテナの輻射特
性が、アンテナ電極１から直接自由空間に輻射される直
接波と、キャビティ２から再輻射される間接波との干渉
によって決定されることは広く知られている。即ち、キ
ャビティ２の深さがアンテナ励振波長における１／４波
長の奇数倍となる周波数では、直接波と間接波が互いに
矢印３で示したアンテナ正面方向で強め合うように干渉
するため、アンテナ正面方向にピークをもつビーム幅の
狭い輻射パターンを発生する。またキャビティ深さが１
／４波長の偶数倍となる周波数では、直接波と間接波が
打ち消し合うように干渉し、アンテナ正面方向以外の方
向に利得のピークをもった所謂コニカルパターンを発生
する。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このようなキャビティを備えた従来の広
帯域アンテナ、特に第５図に示したように無損失の反則
体となるキャビティ２を備えた広帯域アンテナにあって
は、前述したように直接波と間接波の干渉が強く発生す
るため、アンテナ輻射パターンは強い周波数依存性を示
し、広帯域に渡って輻射パターンの形状を略一定に保つ
必要があるような用途には使用できないという問題があ
ぬった。

この問題は、キャビティの存在自体が引き起こす問題で
あるため、アンテナ素子がいかに広帯域特性を示そうと
解決できない問題である。実際には第５図の構造では、
略一定の輻射パターンを保つのは１オクターブが限界で
ある。

一方、キャビティ２内に電波吸収体を満たし、キャビテ
ィ内に進行するエネルギーを全て吸収して間接波を無く
してしまう方法も考えられる。

しかし、この場合、輻射パターンは数オクターブに亘っ
て略同形に維持できるが、吸収によるアンテナ利得の低
下が著しいという別の問題が発生する。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、アンテナ利得の低下を最小限に抑えながら広い周
波数帯域に亘って略一定のアンテナ輻射パターンを維持
できる広帯域アンテナ用キャビティを提供することを目
的とする。

この目的を達成するため本発明にあっては、キャビティ
開口面に配置した広帯域アンテナ素子に単方向化された
アンテナ輻射特性を与える広帯域アンテナ用キャビティ
に於いて、キャビティ開口面から底面までの等価的電気
長さに換算されたキャビティ深さの略２Ｎ分の１の位置
（但し、Ｎは１．２，３．　　・・・どなる正の整数）
に板状の電界吸収型電波吸収体を装荷するようにしたも
のである。

（作用） このような本発明の構成によれば、例えば等訓電気長で
与えられるキャビティ深さの１／２の位置に板状の電界
吸収型電波吸収体が装着筒されていることから、１／２
波長共振で発生した定在波の最大振幅部分（腹の部分）
が電界吸収型電波吸収体の配置位置となり、このため最
大の電波吸収効果が得られ、１／２波長共振によるキャ
ビティからの間接波を単方向化された直接波による輻射
パターンに影響を与えない程度に減衰吸収することがで
きる。

この点は、例えば１／２波長共振の整数倍となる例えば
１波長共撮についてもキャビティ深さの１／４となる位
置に電界吸収型電波吸収体を装荷しておくことで、同様
に１波長共振で最大となる電波吸収が行なわれ、単方向
化された輻射パターンを広い周波数帯域につき略一定に
維持できる。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示した断面図である。

まず構成を説明すると、１はアンテナ電極、２はキャビ
ティであり、アンテナ電極１としては例えば第５図に示
したと同様、２条平面アルキメデス・スパイラルアンテ
ナ、多条ログ・スパイラルアンテナ、対数周期アンテナ
、その他自己補対構造をもつアンテナが使用される。

キャビティ２は内壁面が電気的な良導体となっており、
アンテナ電極１からキャビティ２内に進行する波はキャ
ビティ２内に損失がほとんどないことから、略完全に反
射される。

４はキャビティ２内のキャビティ深ざｄに対するｄ／２
の位置に設けられた電界吸収型電波吸収体としての抵抗
体シートである。また５も電界型電波吸収体としの抵抗
体シートであり、この抵抗体シート５はキャビティ底面
からキャビティ深さの略ｄ／４となる位置に設けられて
いる。

即ち、本発明にあってはキャビティ深さｄの略１／２Ｎ
の位置（但しＮは１，２，３，４．・・・となる正の整
数）に板状の電界吸収型電波吸収体、即ち、抵抗体シー
トを装着することを基本とすることから、第１図の実施
例にあっては、Ｎ＝２として抵抗体シート４，５をキャ
ビティ深さｄの略１／２、及び１／４の位置に設けたも
のである。

次に第１図の実施例の作用を説明する。

まず本発明のキャビティを備えた広帯域アンテナに於い
て、キャビティにより単方向化されたアンテナの輻射パ
ターンを広い周波数帯域に亘って略一定に維持するため
には、キャビティ２内で半波長共振を発生しないように
することが重要である。即ち、本発明にあってはキャビ
ティ深さが半波長の整数倍となる周波数で選択的にエネ
ルギーを吸収する構造とする必要がある。

第２図は第１図の実施例に示すキャビティ２内で半波長
共振が発生した場合の定在波６の電界分布を示す。この
半波長共振でキャビティ内に発生した定在波６から明ら
かなように、キャビティ深さｄの１７２の位置には、定
在波６の振幅が最大となる腹の部分があり、この位置に
抵抗体シート４が設けられている。このため抵抗体シー
ト４は半波長共振で発生した定在波６に対し最大の電波
吸収効果を発揮し、抵抗体シート４の表面抵抗値を適宜
に選択することによって半波長共振時の間接波成分を吸
収減衰し、輻射パターンへの影響が実用上問題とならな
い程度に抑えることができる。

更に、第２図は半波長の２倍となる１波長共振で発生し
た定在波７を示しており、この１波長共振による定在波
７については、キャビティ深さｄの１／２の位置に置か
れた抵抗体シート４はほとんど吸収効果を持たないが、
抵抗体シート４とキャビティ底面との間の中間となるキ
ャビティ深さｄの１／４となる位置に抵抗体シート５が
置かれ−〇　− ていることから、１波長共振の定在波７に対し抵抗体シ
ート５が定在波の最大振幅となる腹の位置となり、抵抗
体シート５が１波長共振の定在波７に対し最大の電波吸
収を示すため、１波長共振で生じた定在波７によるアン
テナパターンへの影響も実用上問題とならない程度に抑
えることができる。

第３図は本発明のキャビティ２内で１／４波長、または
その奇数倍の波長で共振を発生したときの定在波を示し
ており、定在波８が１／４波長共振を示し、また定在波
９は１／４波長の３倍となる３／４波長共振の場合を示
す。

この場合、定在波８または９の最大振幅となる腹の部分
は抵抗体シート４、及び５のいづれの位置からもずれる
ため大きな吸収効果を示さない。

勿論、定在波８．９に対し抵抗体シート４，５により若
干の吸収効果を示すにうになるが、この吸収によって直
接波と間接波の強調が弱まり、ビーム幅が最小になるこ
とが妨げられるため、アンテナ輻射パターンの変動を抑
えて略一定に維持するアンテナパターンの特性維持に有
利に働く。

ここで第１図の実施例にあっては、第２図の半波長共振
若しくは１波長共撮に対する吸収効果をもたらす抵抗体
シート４，５の配置を例に取るものであったが、更に高
い周波数領域まで使用する場合には、使用周波数でキャ
ビティ内に生じた定在波の最大振幅となる腹に相当する
位置に同様に抵抗体シートを配置すればよい。

即ち、１／２波長の整数倍Ｎとなる共振、即ちＮ／２波
長共振では、キャビティ２内にＮ個の定在波ができ、こ
の定在波の最大振幅となる腹の位置はキャビティ深さｄ
に対し ｍ−ｄ／２Ｎ （但し、ｍはｍ≦Ｎとなる正の整数） の位置にできる。

また、Ｎ＝２以上のときｍ＝２以上となることから、定
在波の最大振幅を与える腹の位置はキャビティ内の複数
箇所に存在するが、アンテナ電極１に近い側に抵抗体シ
ートを配置するとアンテナ電極１上を流れる電流に対し
損失を与えるため、できるだけアンテナ電極１から遠い
位置に抵抗体シートを配置することが望ましい。このよ
うにキャビティ内でのＮ／２波長共振で抵抗体シートを
配置する位置が複数生じた場合には、できるだけアンテ
ナ電極１側から離れた位置に抵抗体シートを配置するこ
とでアンテナ利得の低下を最小限にとどめることができ
る。

第４図は本発明の他の実施例を示した断面図であり、第
１図の実施例に示した抵抗体シート４゜５はごく薄いた
め機械的な強度がそれ自体では不足する場合がある。

そこで第４図の実施例にあっては、抵抗体シート４，５
の間を誘電体１０で埋めることによって機械的な強度を
確保できるようにしたものである。

このように誘電体１０によって抵抗体シート４゜５を埋
込み配置した場合には、半波長共振若しくはその整数倍
の波長共振でキャビティ内に発生する定在波の最大振幅
を与える腹の位置が誘電体１０の存在によって変化する
ため、抵抗体シート４゜５の位置は電気長で表現された
キャビティ深さの略１／２Ｎ（但し、Ｎ＝１．２，３．
・・・の正の整数）の位置に置かれるようになる。

更に抵抗体シート４，５を埋込み固定するための誘電体
１０としては、発泡ウレタン等の発泡体、若しくはハネ
カム構造等を用いることができるため、アンテナ自体の
重量増加はごく僅かで済む。

更に第１図及び第４図に示した本発明の実施例にあって
は、３オクターブ近い広い周波数帯域についてアンテナ
輻射パターンの形状は略一定に保つ特性が得られること
が実験的に確認されている。

（発明の効果） 以上説明してきたように本発明によれば、キヤビティ開
口面に配置した広帯域アンテナ素子に単方向化されたア
ンテナ輻射特性を与える広帯域アンテナ用キャビティに
於いて、キャビティ開口面から底面までの等価的電気長
に換算されたキャビティ深さの略１／２Ｎの位置（但し
、Ｎ＝１．２゜３、・・・どなる正の整数）に板状の電
界吸収型電波吸収体、例えば抵抗体シートを配置するよ
うにしたため、広い周波数帯域に亘ってアンテナ輻射パ
ターンの変化の少ないアンテナ特性を実現することがで
き、同時にキャビティ内に設けた電波吸収体によるアン
テナ利得の低下を最小限にとどめることができ、更にキ
ャビティ内に設ける電波吸収体は非常に薄い抵抗体シー
ト等で成ることからキャビティの軽量化が図られ、更に
機械的な強度を確保するためにウレタン等の誘電体で吸
収体を埋込み固定しても、誘電体としてはウレタンの発
泡体若しくはハネカムを使用することから、キャビティ
の大幅な重量増加を起こすことなく機械的な強度を高め
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示した断面図、第２図は第
１図の実施例における半波長共振及び１波長共振の各定
在波を示した説明図、第３図は第１図の実施例における
１／４波長共振及び３７４波長共振の定在波を示した説
明図、第４図は本発明の他の実施例を示した断面図、第
５図は従来例を示した説明図である。 １：アンテナ電極 ２：キャビティ ４．５：抵抗体シート（電界吸収型電波吸収体）６：１
／２波長共振の定在波 ７：１波長共振の定在波 ８：１／４波長共振の定在波 ９：３／４波長共振の定在波 １０：誘電体 箪４ 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 キャビティ開口面に配置した広帯域アンテナ素子に単一
   方向にアンテナ輻射特性を与える広帯域アンテナ用キャ
   ビティに於いて、 キャビティ開口面から底面までの等価的電気長に換算さ
   れたキャビティ深さの略２Ｎ分の１の位置（但し、Ｎは
   正の整数）に板状の電界吸収型電波吸収体を装荷したこ
   とを特徴とする広帯域アンテナ用キャビティ。