JP2004056319A

JP2004056319A - Null-less antenna

Info

Publication number: JP2004056319A
Application number: JP2002208880A
Authority: JP
Inventors: Masami Sekiguchi; 関口　正已
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-07-17
Filing date: 2002-07-17
Publication date: 2004-02-19

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a null-less antenna capable of filling in a null with a simple configuration. <P>SOLUTION: The null-less antenna has a plurality of unit antennas. Each unit antenna includes a plurality of radiating elements 11, a feeding point 13 arranged between the radiating elements 11, and a feeder lines 12 connecting the feeding point 13 and the radiating elements 11. The length a of the feeding line from the feeding point 13 to one of the radiating elements differs from the length b of the feeding line to the other radiating element in the unit antenna 10. The directivity of the unit antenna 10 is made asymmetrical to suppress the generation of the null. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電波の放射が極小になるヌルを埋めることのできるヌルレスアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＶＨＦやＵＨＦの送信用アンテナとして、双ループアンテナが用いられている。これは、２つの一波長ループアンテナ（放射素子部）を互いに平行な給電線路で接続し、両放射素子部の中央に位置する給電点から給電線路を介して給電するものである（２Ｌループアンテナ）。
【０００３】
通常、上記双ループアンテナを単位アンテナとし、この単位アンテナを複数、例えば２段に配置してアンテナアレイを構成している。その際、単位アンテナには、給電点から各放射素子部までの給電線路長が同じ長さに設計された双ループアンテナが用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のアンテナアレイでは、単位アンテナ同士のアレイ間隔（各単位アンテナの給電点同士の距離）によっては垂直面内で電波の放射が極小になる角度（ヌル）が発生するという問題があった。
【０００５】
図１１にヌルの発生原理を示す。ここでは、給電点１３から各放射素子部１１までの給電線路１２の長さが同じ長さに設計された双ループアンテナを単位アンテナ１０とし、２つの単位アンテナ１０を鏡像となるように上下に配置したアンテナアレイを例に説明する。また、アンテナからの電界強度の観測方向を斜め下方とする。
【０００６】
同図に示すように、直線上に並べられた単位アンテナから放出される電波は、正面方向以外では行路差を生じる。この行路差がλ／２（λは設計中心周波数の波長）のとき、すなわち電気的な長さでπ（ｒａｄ）になると電波は互いに逆相になり打ち消しあう。つまり、行路差がλ／２のとき観測方向の電界強度はα−α´となるが、その際、両単位アンテナの指向性が同じであれば、α＝α´であるため、観測方向の電界強度は０となる。従来のアンテナにおける水平方向に対する俯角と電界強度との関係を図１２のグラフに示す。このグラフに示すように、俯角が２０°あたりで電界強度が０となってヌルの発生が認められる。
【０００７】
従って、本発明の主目的は、簡易な構成でヌルを埋めることができるヌルレスアンテナを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、単位アンテナの形態に工夫を施して各単位アンテナの指向性を非対称にすることで上記の目的を達成する。
【０００９】
すなわち、本発明ヌルレスアンテナは、複数の単位アンテナを有するヌルレスアンテナであって、前記単位アンテナは、２つの放射素子部と、各放射素子部の間に配置される給電点と、前記給電点と放射素子部とをつなぐ給電線路とを具える。そして、前記単位アンテナにおける給電点から一方の放射素子部までの給電線路長と他の放射素子部までの給電線路長とが異なることを特徴とする。
【００１０】
給電点から一方の放射素子部までの給電線路長と、給電点から他方の放射素子部までの給電線路長とが異なれば、各単位アンテナの指向性を非対称にすることができる。そのため、各単位アンテナの行路差がλ／２における観測方向の電界強度が相殺されることがなく、ヌルの発生を抑制することができる。
【００１１】
ここで用いる単位アンテナは、ダイポールアンテナでもループアンテナでも良いし、その他の形式でも良い。すなわち、棒状の放射素子部を持つダイポールアンテナや、ループ状の放射素子部を持つループアンテナを利用することができる。特に、双ループアンテナを単位アンテナとすることが好適である。
【００１２】
単位アンテナ同士の配列は、例えば、垂直方向に並べて配置することが挙げられる。特に、両単位アンテナを鏡像配置となるように配列することが好適である。
【００１３】
また、給電点から一方の放射素子部までの給電線路長と他の放射素子部までの給電線路長との差が０．０１〜０．２λであることが好適である。ここでのλは設計中心周波数の波長を示している。このような線路長差を設けることで、ヌルの発生を効果的に抑制することができる。
【００１４】
単位アンテナに双ループアンテナを用いる場合、通常、単位アンテナは、反射板上に一定間隔をもって保持される。例えば、給電点を構成する給電トランスを介して単位アンテナの中央部を支持し、単位アンテナの両端部は絶縁体で反射板上に支持する構成が挙げられる。
【００１５】
本発明ヌルレスアンテナの使用周波数帯域は、周波数帯が９０〜１０８，１７０〜２２２ＭＨｚのＶＨＦや周波数帯が４７０〜７７０ＭＨｚのＵＨＦにおける放送・通信用に好適である。もちろん、本発明アンテナの適用範囲が、この周波数帯域に限定されるわけではない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明ヌルレスアンテナの平面図、図２は図１のアンテナを側面方向から見たヌルレス効果の説明図である。
【００１７】
図１に示すように、ヌルレスアンテナ１は、一対の単位アンテナ１０を縦方向に鏡像配置した構成である。この単位アンテナ１０は、ループ状に形成された一対の放射素子部１１と、両放射素子部１１をつなぐ平行直線状の給電線路１２とを有し、この給電線路１２に給電点１３を具えている。
【００１８】
このような単位アンテナ１０は反射板２０上に一定の間隔をもって支持されている（図２）。反射板２０は単位アンテナ１０の出力を放射素子部１１の軸方向の一方に出力するための矩形の金属板である。ここでは反射板２０に鋼板を用いた。
【００１９】
単位アンテナ１０は給電トランス３０および絶縁支持棒４０を介して反射板上に支持されている。すなわち、反射板２０上に棒状の給電トランス３０が設けられ、給電線路１２を支持している。給電トランス３０は平行に配置された一対のパイプの各々に内導体を同軸状に収納した構成である。給電トランス３０の上端部は、一対のパイプをジャンパーで接続している。さらに、単位アンテナ１０の両端部（ループ状の放射素子部１１）は絶縁支持棒４０を介して反射板２０に支持されている。
【００２０】
ここで、給電点１３から一方の放射素子部１１までの給電線路長と、給電点１３から他方の放射素子部１１までの給電線路長とを異なる長さに構成する。
【００２１】
図２に本発明アンテナによるヌルの抑制原理を示す。ここでは、各単位アンテナの出力行路がλ／２の行路差となる斜め下方を観測方向とする。このλは設計中心周波数の波長である。
【００２２】
同図に示すように、直線上に並べられた単位アンテナ１０から放出される電波は、正面方向以外では行路差を生じる。この行路差がλ／２のとき、すなわち電気的な長さでπ（ｒａｄ）になっても、給電点１３を中心とする給電線路１２の長さが非対称であるため各単位アンテナの指向性も非対称となり、電波は互いに打ち消しあうことがない。つまり、行路差がλ／２のとき観測方向の電界強度はα−α´となるが、その際、両単位アンテナの指向性が異なるためα≠α´となり、観測方向の電界強度は０とならず、ヌルが抑制されることになる。
【００２３】
（計算例１）
図３に示すように、２Ｌ双ループアンテナ５０（ループ状放射素子部への給電位相差０．０４λ）２つを同一の反射板２０上に配置し、その垂直面指向性を試算して求めた。ここでのアンテナ５０の条件は次の通りである。
【００２４】
設計中心周波数：６００ＭＨｚ
給電点から一方の放射素子部までの給電線路の長さａ：０．２２λ
給電点から他方の放射素子部までの給電線路の長さｂ：０．１８λ
両単位アンテナの給電点間距離ｄ：１．２λ
両単位アンテナの配置：鏡像配置
【００２５】
以上の条件にて、種々の周波数における俯角（図２のθ）と電界強度との関係を図４〜図８のグラフに示す。
【００２６】
これらのグラフから明らかなように、いずれの周波数においても−２０ｄＢ以上の電界強度が得られており、ヌルの抑制を実現できていることが確認された。
【００２７】
（計算例２）
計算例１で用いたヌルレスアンテナを構成する単位アンテナの各周波数における指向性を試算してみた。その結果を図９のチャートに示す。このチャートから明らかなように、周波数が高い方がメインローブの指向性が鋭く、このような単位アンテナを鏡像配置した場合に、周波数が高いほど指向性の非対称性が強まってヌルレス効果が大きくなることがわかる。
【００２８】
また、比較のため、上記単位アンテナのａ＝ｂ＝０．２λとした場合において周波数とヌルの角度（図１１のθ）との関係を調べてみた。その結果を図１０のグラフに示す。このグラフから明らかなように、周波数が高いほどヌルの角度は小さくなることがわかる。
【００２９】
従って、本発明をテレビ送信アンテナなどへ利用することを想定した場合、θを俯角とすると、周波数が高くなるほどヌルとなる俯角に対応した受信サービスエリアは遠方になり、広い範囲に影響をおよぼすので、ヌルの角度が小さくなるほどヌルレス効果が高いというのは好ましいことである。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明ヌルレスアンテナによれば、給電点から一方の放射素子部への給電線路と、他方の放射素子部への給電線路との長さを異なるように構成することで、各単位アンテナの指向性を非対称として、ヌルを抑制することができる。特に、非常に簡単な構成により効果的にヌルを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明ヌルレスアンテナの平面図である。
【図２】図１のアンテナを側面方向から見たヌルレス効果の説明図である。
【図３】本発明ヌルレスアンテナの平面図である。
【図４】４７０ＭＨｚにおけるヌルの角度と電界強度との関係を示すグラフである。
【図５】５３０ＭＨｚにおけるヌルの角度と電界強度との関係を示すグラフである。
【図６】５９０ＭＨｚにおけるヌルの角度と電界強度との関係を示すグラフである。
【図７】６５０ＭＨｚにおけるヌルの角度と電界強度との関係を示すグラフである。
【図８】７１０ＭＨｚにおけるヌルの角度と電界強度との関係を示すグラフである。
【図９】単位アンテナの指向性を示すチャートである。
【図１０】周波数によるヌルの角度を示すグラフである。
【図１１】ヌルの発生原理を示す説明図である。
【図１２】ヌルの角度と電界強度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１　　ヌルレスアンテナ
１０　　単位アンテナ
１１　　放射素子部
１２　　給電線路
１３　　給電点
２０　　反射板
３０　　給電トランス
４０　　絶縁支持棒
５０　　双ループアンテナ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a nullless antenna capable of filling a null where radio wave radiation is minimized.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a dual loop antenna has been used as a VHF or UHF transmission antenna. In this method, two one-wavelength loop antennas (radiation element portions) are connected by feed lines parallel to each other, and power is supplied from a feed point located at the center of both radiator element portions via a feed line (2L loop antenna). ).
[0003]
Usually, the above-mentioned twin loop antenna is used as a unit antenna, and a plurality of unit antennas, for example, arranged in two stages, constitute an antenna array. At this time, a twin-loop antenna designed to have the same feed line length from the feed point to each radiating element unit is used as the unit antenna.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional antenna array has a problem that an angle (null) at which radiation of a radio wave is minimized in a vertical plane occurs depending on an array interval between unit antennas (distance between feed points of each unit antenna). .
[0005]
FIG. 11 shows the principle of generation of nulls. Here, a twin loop antenna designed so that the length of the feed line 12 from the feed point 13 to each radiating element unit 11 is the same length is defined as the unit antenna 10, and the two unit antennas 10 are vertically arranged so as to be mirror images. A description will be given of an example of an arranged antenna array. Also, the observation direction of the electric field intensity from the antenna is set obliquely downward.
[0006]
As shown in the figure, radio waves emitted from unit antennas arranged on a straight line cause a path difference except in the front direction. When the path difference is λ / 2 (λ is the wavelength of the design center frequency), that is, when the electrical length becomes π (rad), the radio waves are in opposite phases and cancel each other. That is, when the path difference is λ / 2, the electric field strength in the observation direction is α−α ′. At this time, if the directivity of both unit antennas is the same, α = α ′. The electric field strength becomes zero. FIG. 12 is a graph showing the relationship between the depression angle with respect to the horizontal direction and the electric field strength in the conventional antenna. As shown in this graph, when the depression angle is around 20 °, the electric field intensity becomes 0 and generation of null is recognized.
[0007]
Accordingly, a main object of the present invention is to provide a null-less antenna capable of filling a null with a simple configuration.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention achieves the above object by devising the form of the unit antenna to make the directivity of each unit antenna asymmetric.
[0009]
That is, the nullless antenna according to the present invention is a nullless antenna having a plurality of unit antennas, wherein the unit antenna includes two radiating element units, a feeding point disposed between the radiating element units, And a feed line connecting the point and the radiating element section. The feed line length from the feed point to one radiating element portion of the unit antenna is different from the feed line length from the other radiating element portion.
[0010]
If the feed line length from the feed point to one radiating element unit is different from the feed line length from the feed point to the other radiating element unit, the directivity of each unit antenna can be made asymmetric. Therefore, the electric field strength in the observation direction when the path difference between the unit antennas is λ / 2 is not offset, and the generation of nulls can be suppressed.
[0011]
The unit antenna used here may be a dipole antenna, a loop antenna, or another type. That is, a dipole antenna having a rod-shaped radiating element portion or a loop antenna having a loop-shaped radiating element portion can be used. In particular, it is preferable to use a twin loop antenna as a unit antenna.
[0012]
The arrangement of the unit antennas may be, for example, arranged in the vertical direction. In particular, it is preferable to arrange both unit antennas in a mirror image arrangement.
[0013]
Further, it is preferable that the difference between the feed line length from the feed point to one radiating element unit and the feed line length from the other radiating element unit is 0.01 to 0.2λ. Here, λ indicates the wavelength of the design center frequency. By providing such a line length difference, the occurrence of nulls can be effectively suppressed.
[0014]
When a dual loop antenna is used as the unit antenna, the unit antenna is usually held on the reflector at regular intervals. For example, there is a configuration in which a central portion of the unit antenna is supported via a power supply transformer constituting a power supply point, and both end portions of the unit antenna are supported on a reflector by an insulator.
[0015]
The frequency band used by the null-less antenna of the present invention is suitable for broadcasting / communication in VHF having a frequency band of 90 to 108 or 170 to 222 MHz or UHF having a frequency band of 470 to 770 MHz. Of course, the applicable range of the antenna of the present invention is not limited to this frequency band.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
FIG. 1 is a plan view of a null-less antenna of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory diagram of a null-less effect when the antenna of FIG. 1 is viewed from a side.
[0017]
As shown in FIG. 1, the nullless antenna 1 has a configuration in which a pair of unit antennas 10 are arranged in a mirror image in a vertical direction. The unit antenna 10 has a pair of radiating element portions 11 formed in a loop and a parallel linear feed line 12 connecting the two radiating element portions 11, and the feed line 12 has a feeding point 13. I have.
[0018]
Such a unit antenna 10 is supported on the reflector 20 at a constant interval (FIG. 2). The reflection plate 20 is a rectangular metal plate for outputting the output of the unit antenna 10 to one side in the axial direction of the radiation element unit 11. Here, a steel plate is used for the reflection plate 20.
[0019]
The unit antenna 10 is supported on a reflector via a power supply transformer 30 and an insulating support bar 40. That is, the rod-shaped power supply transformer 30 is provided on the reflection plate 20 and supports the power supply line 12. The power supply transformer 30 has a configuration in which an inner conductor is coaxially housed in each of a pair of pipes arranged in parallel. The upper end of the power supply transformer 30 connects a pair of pipes with a jumper. Further, both end portions (loop-shaped radiating element portion 11) of the unit antenna 10 are supported by the reflection plate 20 via the insulating support rod 40.
[0020]
Here, the feed line length from the feed point 13 to the one radiating element unit 11 and the feed line length from the feed point 13 to the other radiating element unit 11 are configured to have different lengths.
[0021]
FIG. 2 shows the principle of null suppression by the antenna of the present invention. Here, the obliquely downward direction where the output path of each unit antenna has a path difference of λ / 2 is defined as the observation direction. This λ is the wavelength of the design center frequency.
[0022]
As shown in the figure, the radio waves emitted from the unit antennas 10 arranged on a straight line cause a path difference except in the front direction. When this path difference is λ / 2, that is, even when the electrical length becomes π (rad), the length of the feed line 12 centered on the feed point 13 is asymmetric, so that the directivity of each unit antenna is Are also asymmetric, and the radio waves do not cancel each other. That is, when the path difference is λ / 2, the electric field strength in the observation direction is α−α ′. At this time, since the directivity of both unit antennas is different, α ≠ α ′, and the electric field strength in the observation direction is 0. Instead, nulls are suppressed.
[0023]
(Calculation example 1)
As shown in FIG. 3, two 2L dual-loop antennas 50 (feeding phase difference to the loop-shaped radiating element unit: 0.04λ) are arranged on the same reflector 20, and the vertical plane directivity is calculated by trial. Was. Here, the conditions of the antenna 50 are as follows.
[0024]
Design center frequency: 600MHz
Feed line length a from the feed point to one radiating element a: 0.22λ
Feeding line length b from the feeding point to the other radiating element: b: 0.18λ
Distance d between feed points of both unit antennas: 1.2λ
Arrangement of both unit antennas: mirror image arrangement
Under the above conditions, the relationship between the depression angle (θ in FIG. 2) and the electric field strength at various frequencies is shown in the graphs of FIGS.
[0026]
As is clear from these graphs, an electric field strength of -20 dB or more was obtained at any frequency, and it was confirmed that null suppression was realized.
[0027]
(Calculation example 2)
The directivity at each frequency of the unit antenna forming the nullless antenna used in Calculation Example 1 was calculated. The results are shown in the chart of FIG. As is clear from this chart, the higher the frequency, the sharper the directivity of the main lobe, and when such a unit antenna is arranged in a mirror image, the higher the frequency, the stronger the asymmetry of the directivity and the greater the nullless effect. You can see that.
[0028]
For comparison, the relationship between the frequency and the null angle (θ in FIG. 11) was examined when a = b = 0.2λ of the unit antenna. The results are shown in the graph of FIG. As is clear from this graph, the higher the frequency, the smaller the null angle.
[0029]
Therefore, assuming that the present invention is applied to a television transmission antenna or the like, if θ is a depression angle, the reception service area corresponding to the depression angle that becomes null as the frequency becomes higher becomes distant and affects a wide range. It is preferable that the smaller the angle of the null, the higher the nullless effect.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, according to the nullless antenna of the present invention, the feed line from the feed point to one radiating element unit and the feed line to the other radiating element unit are configured to have different lengths. The nullity can be suppressed by making the directivity of each unit antenna asymmetric. In particular, null can be effectively suppressed by a very simple configuration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a nullless antenna of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a nullless effect when the antenna of FIG. 1 is viewed from the side.
FIG. 3 is a plan view of the null-less antenna of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing a relationship between a null angle and an electric field intensity at 470 MHz.
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a null angle and an electric field intensity at 530 MHz.
FIG. 6 is a graph showing a relationship between a null angle and an electric field intensity at 590 MHz.
FIG. 7 is a graph showing a relationship between a null angle and an electric field intensity at 650 MHz.
FIG. 8 is a graph showing a relationship between a null angle and an electric field intensity at 710 MHz.
FIG. 9 is a chart showing the directivity of a unit antenna.
FIG. 10 is a graph showing null angles according to frequency.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing the principle of generation of nulls.
FIG. 12 is a graph showing a relationship between a null angle and an electric field intensity.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 Nullless antenna 10 Unit antenna 11 Radiating element section 12 Feeding line 13 Feeding point 20 Reflector 30 Feeding transformer 40 Insulating support rod 50 Dual loop antenna

Claims

複数の単位アンテナを有するヌルレスアンテナであって、
前記単位アンテナは、
２つの放射素子部と、
各放射素子部の間に配置される給電点と、
前記給電点と放射素子部とをつなぐ給電線路とを具え、
前記単位アンテナにおける給電点から一方の放射素子部までの給電線路長と他の放射素子部までの給電線路長とが異なることを特徴とするヌルレスアンテナ。A nullless antenna having a plurality of unit antennas,
The unit antenna,
Two radiating elements,
A feeding point arranged between each radiating element section,
A feed line connecting the feed point and the radiating element unit,
A nullless antenna, wherein a feed line length from a feed point in the unit antenna to one radiating element is different from a feed line length from another radiating element.

前記単位アンテナが双ループアンテナであることを特徴とする請求項１に記載のヌルレスアンテナ。The nullless antenna according to claim 1, wherein the unit antenna is a dual loop antenna.

前記給電点から一方の放射素子部までの給電線路長と他の放射素子部までの給電線路長との差が０．０１〜０．２λであることを特徴とする請求項１に記載のヌルレスアンテナ。The null according to claim 1, wherein a difference between a feed line length from the feed point to one radiating element unit and a feed line length from another radiating element unit is 0.01 to 0.2λ. Less antenna.