JP4276142B2 - 進行波型アンテナ - Google Patents
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Description
ここで、進行波型アンテナは、定在波の共振を用いる定在波型アンテナとは異なり、反射波を抑えて定在波を発生させないために共振周波数が生じない。これにより、進行波型アンテナは、定在波型アンテナに比べて、周波数帯域が広くなる。
この技術は、平面基体に形成されたメアンダ状導電素子が比較的幅広な帯状の形態であることと、複数のメアンダラインの存在により多共振となし得ることと、によって広帯域化が図られている。また、スカート部に形成されたスパイラル状導電素子によって見かけよりも長い電気長を実現できることから、小型化が図られている。
この技術は、円錐状の放射素子の周囲が円柱状の誘電体で覆われた構成とすることで、アンテナの広帯域化と小型化とが図られている。
特許文献1等の技術では、平面基体にメアンダ状の導体パターンを形成して、スカート部にスパイラル状の導体パターンを形成している。これらの導体パターンは、広帯域化を実現するために高密度化する必要があるために、構造が複雑となっていた。そのために、アンテナは、製造工程も複雑となり、高価なものになってしまう可能性があった。
さらに、特許文献1等にあるアンテナは、無指向性のアンテナであるために、その用途が限定される可能性があった。
さらに、特許文献2等にあるアンテナも、無指向性のアンテナであるために、その用途が限定される可能性があった。
すなわち、放射素子の外周面を覆う誘電体の外表面の形状を、アンテナから放射される電波の等位相面に対して略平行にすることで、水平方向における利得の低下を抑止することができる。
図1〜図4にて、この発明の実施の形態1について詳細に説明する。
図1は、実施の形態1の進行波型アンテナ10を示す斜視図である。図2は、図1の進行波型アンテナ10におけるXZ平面の断面図である。
詳しくは、進行波型アンテナ10は、円錐状に形成された放射素子1の頂点側が、中心部に貫通穴を有する円盤状に形成された接地導体2の側に配設された、ディスコーンアンテナである。放射素子1及び接地導体2は、いずれも、銅等の導電性金属材料を主たる材料として形成されている。
図3を参照して、電波Wは、同軸線路4内を伝播した後に、放射素子1と接地導体2との間を伝播して、徐々に空間へと放射される。この放射素子1と接地導体2との間(放射素子1の外周面である。)に誘電体3を設けることで、そこを伝播する電波Wの波長が短縮される(このような現象を「波長短縮効果」という。)。これによって、進行波型アンテナ10の小型化が実現される。
なお、図3中に示す矢印は、アンテナ10から放射される電波のうち最も強さが大きな電波を示す。したがって、誘電体3の外表面3aは、アンテナ10から放射される電波のうち最も強さが大きな電波の進行方向に対して垂直になるように形成されていることになる。
図4において、横軸はアンテナ10に対する上下方向の観測角度(単位は°である。)を示し、縦軸はゲイン(アイソトロピック利得であり、単位はdBiである。)を示す。
このように、放射素子1の周囲に設ける誘電体3の外表面3aが電波面に対して平行に形成されることで、電界面内の指向性の変化がほとんど生じないで、水平方向の利得の低下を抑止することができる。
定性的には、進行波型アンテナ10から放射される電波の乱れがなくてアンテナ指向性が上下方向に変化する不具合が抑止される範囲で、誘電体3の外表面3aを「ほぼ平行」に形成することになる。
定量的には、誘電体3を放射素子1の周囲に設けることによる水平方向付近(図2の上下方向60°〜90°の範囲である。)のゲインの低下が3dB以内となる範囲で、誘電体3の外表面3aを「ほぼ平行」に形成することが好ましい。
図5〜図7にて、この発明の実施の形態2について詳細に説明する。
図5は、実施の形態2の進行波型アンテナ10を示す斜視図である。図6は、図5の進行波型アンテナ10を上方からみた上面図である。本実施の形態2の進行波型アンテナ10は、放射素子1の外周面の一部にのみ誘電体3を覆設している点が、放射素子1の外周面の全部に誘電体3を覆設している前記実施の形態1のものとは相違する。
このように、本実施の形態2の進行波型アンテナ10は、前記実施の形態1のアンテナ10における誘電体3を半分切り欠いたものとなっていて、指向性可変型のアンテナとして機能する。
ここで、「実効長さ」とは、誘電体3によって波長が短縮される電波(電磁波)に対する実効的な長さである。実効長さをLeとし、実際の長さ(幾何的な長さである。)をLpとし、誘電体3の比誘電率をεとしたときに、
Le=Lp×ε1/2
なる関係が成立する。そして、アンテナ10の半径方向における実効長さを部分的に異ならせることによって、所望の方向にアンテナ指向性を与えることができる。
図7において、横軸はアンテナ10に対する水平方向の観測角度(単位は°である。)を示し、縦軸はゲイン(アイソトロピック利得であり、単位はdBiである。)を示す。
なお、図示は省略するが、本実施の形態2の誘電体3においても、外表面3aが電波面に対して平行に形成されているために、上下方向の電界範囲における特定方向の利得の低下を抑止することができる。
図8〜図10にて、この発明の実施の形態3について詳細に説明する。
図8は、実施の形態3の進行波型アンテナ10を示す斜視図である。図9は、図8の進行波型アンテナ10の断面図である。本実施の形態3の進行波型アンテナ10は、同軸線路4と接地導体2との間に短絡部材5を設置している点が、前記実施の形態2のものとは相違する。
なお、図10において、実線S5は本実施の形態3の進行波型アンテナ10(短絡部材5を有するアンテナである。)における水平方向の指向性を示し、破線S6は比較のために前記実施の形態2の進行波型アンテナ10(短絡部材5を有さないアンテナである。)における水平方向の指向性を示す。
図11〜図13にて、この発明の実施の形態4について詳細に説明する。
図11は、実施の形態4の進行波型アンテナ10を示す斜視図である。図12は、図11の進行波型アンテナ10の上面図である。本実施の形態4の進行波型アンテナ10は、誘電体の材料(比誘電率)によって放射素子1と誘電体の外表面との実効長さを部分的に変えている点が、誘電体の形状によって放射素子1と誘電体の外表面との実効長さを部分的に変えている前記実施の形態2のものとは相違する。
本実施の形態4の誘電体は、比誘電率の異なる2つの誘電体3A、3Bで構成されている。詳しくは、一方の誘電体3Aは、比誘電率が4.0の誘電性材料で形成されていて、放射素子1の外周面のうちの半周を覆っている。他方の誘電体3Bは、比誘電率が1.5の誘電性材料で形成されていて、放射素子1の外周面のうちの残りの半周を覆っている。なお、2つの誘電体3A、3Bの外表面は、いずれも、電波面に対して平行に形成されている。
なお、図13において、実線S7は本実施の形態4の進行波型アンテナ10における水平方向の指向性を示し、破線S8は比較のために前記実施の形態1の進行波型アンテナ10における水平方向の指向性を示す。
2 接地導体、
3、3A、3B 誘電体、
3a 外表面、
4 同軸線路、
5 短絡部材、
6 接続端部、
10 進行波型アンテナ。
Claims (10)
- 放射素子と接地導体とを備えた進行波型アンテナであって、前記放射素子の外周面の一部又は全部を覆う誘電体を備え、前記誘電体の外表面は、前記放射素子と前記接地導体との間から放射される電波の等位相面に対して平行になるように形成された進行波型アンテナにおいて、
前記放射素子を中心として当該放射素子に直交する水平面において前記誘電体の外表面から前記放射素子までの実効長さが部分的に異なるように形成したことを特徴とする進行波型アンテナ。 - 前記誘電体の外表面から前記放射素子までの実際の長さを部分的に変えることによって、前記実効長さが部分的に異なるように形成したことを特徴とする請求項1に記載の進行波型アンテナ。
- 前記誘電体の誘電率を部分的に変えることによって、前記実効長さが部分的に異なるように形成したことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の進行波型アンテナ。
- 前記放射素子を中心にして前記誘電体を回転させる回転手段を備えたことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の進行波型アンテナ。
- 受信する電波の方向を検知する検知手段を有し、前記検知手段の検知結果に基いて前記回転手段を制御して受信感度を調整することを特徴とする請求項4に記載の進行波型アンテナ。
- 給電を行う同軸線路の信号線と前記接地導体とを短絡する短絡部材を備えたことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかに記載の進行波型アンテナ。
- 前記短絡部材は、前記同軸線路との接続端部に設けられたことを特徴とする請求項6に記載の進行波型アンテナ。
- 前記短絡部材は、前記信号線と前記接地導体との短絡・非短絡を切り替えるスイッチ素子を備えたことを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の進行波型アンテナ。
- 前記放射素子及び前記接地導体の少なくとも一方は、誘電性材料の表面に導電性金属材料の皮膜を形成してなることを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれかに記載の進行波型アンテナ。
- 前記放射素子は、円錐状に形成され、前記接地導体は、円盤状に形成され、前記放射素子の頂点側が前記接地導体側に配設されたことを特徴とする請求項1〜請求項9のいずれかに記載の進行波型アンテナ。
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