JP5872001B1

JP5872001B1 - Dual-polarization Yagi antenna

Info

Publication number: JP5872001B1
Application number: JP2014168351A
Authority: JP
Inventors: 英二天川; 将大嶋田
Original assignee: Denki Kogyo Co Ltd
Current assignee: Denki Kogyo Co Ltd
Priority date: 2014-08-21
Filing date: 2014-08-21
Publication date: 2016-03-01
Anticipated expiration: 2034-08-21
Also published as: JP2016046626A

Abstract

【課題】各偏波における磁界面内指向性のビーム幅を電界面内指向性のビーム幅と同等にすることが可能な偏波共用八木アンテナを提供する。【解決手段】放射器（１）は、第１の偏波の偏波面に沿いかつ中心軸線（ｌ１）を中心として所定の間隔で対向する一対の第１のダイポールアンテナ素子と、第２の偏波の偏波面に沿いかつ中心軸線（ｌ１）を中心として所定の間隔で対向する一対の第２のダイポールアンテナ素子と、を備える。導波器（３）は、一対の第１のダイポールアンテナ素子にそれぞれ対向する一対の第１の導波素子及び一対の第２のダイポールアンテナ素子にそれぞれ対向する一対の第２の導波素子を備える。【選択図】図１The present invention provides a dual-polarization Yagi antenna capable of making the beam width of the in-plane directivity in each magnetic field equal to the beam width of the in-plane electric field. A radiator (1) includes a pair of first dipole antenna elements that are along a plane of polarization of a first polarization and that are opposed to each other at a predetermined interval about a central axis (l1), and a second polarization antenna. A pair of second dipole antenna elements facing each other at a predetermined interval along the plane of polarization of the wave and centering on the central axis (l1). The director (3) includes a pair of first waveguide elements opposed to the pair of first dipole antenna elements and a pair of second waveguide elements respectively opposed to the pair of second dipole antenna elements. Prepare. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、移動通信システム等において好適に使用することができる偏波共用八木アンテナに関する。 The present invention relates to a polarization sharing Yagi antenna that can be suitably used in a mobile communication system or the like.

移動通信システムの指向性アンテナとして、偏波ダイバーシチ効果を有する偏波共用八木アンテナが使用されている（例えば特許文献１参照）。
偏波共用八木アンテナは、図８にその一例を示すように、放射器１００と、該放射器１００より約０．２５波長後方に配置された反射器２００と、放射器１００より約０．２５波長前方に配置された導波器３００とを備えている。 As a directional antenna for a mobile communication system, a dual-polarization Yagi antenna having a polarization diversity effect is used (for example, see Patent Document 1).
As shown in FIG. 8, the dual-polarization Yagi antenna includes a radiator 100, a reflector 200 disposed about 0.25 wavelength behind the radiator 100, and about 0.25 from the radiator 100. And a director 300 disposed in front of the wavelength.

放射器１００は、ダイポール素子１０１，１０２をクロスさせたクロスダイポールアンテナとしての構成を有する。ダイポール素子１０１，１０２は、それぞれ垂直、水平に配置されている。従って、ダイポール素子１０１及びダイポール素子１０２は、それぞれ垂直偏波及び水平偏波に適用される。導波器３００は、十字型導波素子３０１を所定の間隔で複数個（図示の例では３個）配列させた構成を有する。 Radiator 100 has a configuration as a crossed dipole antenna in which dipole elements 101 and 102 are crossed. The dipole elements 101 and 102 are arranged vertically and horizontally, respectively. Therefore, the dipole element 101 and the dipole element 102 are applied to vertical polarization and horizontal polarization, respectively. The director 300 has a configuration in which a plurality of cross-shaped waveguide elements 301 (three in the illustrated example) are arranged at a predetermined interval.

この偏波共用八木アンテナにおいては、以下の事項が成立する。
・垂直偏波の垂直面内指向性は、放射器１００のダイポール素子１０１の電界面内指向性である。
・水平偏波の垂直面内指向性は、放射器１００のダイポール素子１０２の磁界面内指向性である。
・垂直偏波の水平面内指向性は、放射器１００のダイポール素子１０１の磁界面内指向性である。
・水平偏波の水平面内指向性は、放射器１００のダイポール素子１０２の電界面内指向性である。 The following matters hold in this polarization-shared Yagi antenna.
The vertical in-plane directivity of vertical polarization is the in-field directivity of the dipole element 101 of the radiator 100.
The vertical in-plane directivity of horizontally polarized waves is the in-plane directivity of the dipole element 102 of the radiator 100.
The directivity in the horizontal plane of vertical polarization is the directivity in the magnetic field of the dipole element 101 of the radiator 100.
The horizontal polarization in the horizontal plane is the in-plane directivity of the dipole element 102 of the radiator 100.

特開２０１１−２３９１９８号公報JP 2011-239198 A

周知のように、ダイポールアンテナにおいては、電界面内指向性のビーム幅が磁界面内指向性のビーム幅よりも狭くなるという傾向を示す。
上記した従来の偏波共用八木アンテナ（以下、従来アンテナと略称する）も、放射器１００がダイポールアンテナとしての構成を有するので、やはり上記した傾向を示すことになる。 As is well known, the dipole antenna shows a tendency that the beam width of the electric field in-plane directivity becomes narrower than the beam width of the magnetic field in-plane directivity.
The above-described conventional dual-polarization Yagi antenna (hereinafter abbreviated as a conventional antenna) also exhibits the above-described tendency because the radiator 100 has a configuration as a dipole antenna.

すなわち、図９及び図１０は、従来アンテナの垂直面内指向性及び水平面内指向性をそれぞれ示す。図９から明らかなように、実線で示す垂直偏波の垂直面内指向性（電界面内指向性である）のビーム幅は、点線で示す水平偏波の垂直面内指向性（磁界面内指向性である）のビーム幅よりも狭くなる。図示の例では、垂直偏波の垂直面内指向性のビーム幅が５３．８６°、水平偏波の垂直面内指向性のビーム幅が６４．６３°である。 That is, FIG. 9 and FIG. 10 show the directivity in the vertical plane and the directivity in the horizontal plane of the conventional antenna, respectively. As is clear from FIG. 9, the beam width of the vertical polarization indicated by the solid line in the vertical plane (the electric field directivity) is the vertical polarization of the horizontal polarization indicated by the dotted line (in the magnetic field plane). The beam width is narrower). In the illustrated example, the beam width of the vertical in-plane directivity of vertical polarization is 53.86 °, and the beam width of the vertical in-plane directivity of horizontal polarization is 64.63 °.

一方、図１０から明らかなように、点線で示す水平偏波の水平面内指向性（電界面内指向性である）のビーム幅は、実線で示す垂直偏波の水平面内指向性（磁界面内指向性である）のビーム幅よりも狭くなる。図示の例では、水平偏波の水平面内指向性のビーム幅が５３．７１°、垂直偏波の水平面内指向性のビーム幅が６３．７９°である。 On the other hand, as is clear from FIG. 10, the beam width of the horizontal polarization in the horizontal plane indicated by the dotted line (the electric field in-plane directivity) is the vertical polarization in the horizontal plane indicated by the solid line (in the magnetic field plane). The beam width is narrower). In the example shown in the drawing, the beam width of the horizontal polarization in the horizontal plane is 53.71 °, and the beam width of the vertical polarization in the horizontal plane is 63.79 °.

移動通信システムに適用する偏波共用八木アンテナは、各偏波において、電界面内指向性のビーム幅と磁界面内指向性のビーム幅との差をできるだけ小さくすることが望ましい。なぜなら、上記ビーム幅の差が大きいと、磁界面内指向性に基づくサービスエリアと電界面内指向性に基づくサービスエリアとが均一でなくなるという問題を生じるからである。
上記の従来アンテナは、前記したように上記ビーム幅の差が比較的大きく（約１０°）、このため上記の問題を生じる。 It is desirable that the dual-polarization Yagi antenna applied to the mobile communication system minimizes the difference between the beam width of the in-plane electric field directivity and the beam width of the in-plane magnetic field directivity for each polarization. This is because if the beam width difference is large, a service area based on the in-plane directionality of the magnetic field and a service area based on the in-plane directionality of the electric field are not uniform.
As described above, the above-described conventional antenna has a relatively large difference in the beam width (about 10 °), which causes the above-described problem.

そこで、本発明の目的は、各偏波における磁界面内指向性のビーム幅を電界面内指向性のビーム幅と同等にすることが可能な偏波共用八木アンテナを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a polarization-shared Yagi antenna that can make the beam width of the in-plane directionality in each polarization equal to the beam width of the in-plane directionality of the electric field.

本発明は、中心軸線に沿って配列する導波器、放射器及び反射器を用いて直交する第１、第２の偏波を共用する偏波共用八木アンテナである。
前記放射器は、前記第１の偏波の偏波面に沿いかつ前記中心軸線を中心として所定の間隔で対向する一対の第１のダイポールアンテナ素子と、前記第２の偏波の偏波面に沿いかつ前記中心軸線を中心として所定の間隔で対向する一対の第２のダイポールアンテナ素子と、を備える。また前記導波器は、前記一対の第１のダイポールアンテナ素子にそれぞれ対向する一対の第１の導波素子及び前記一対の第２のダイポールアンテナ素子にそれぞれ対向する一対の第２の導波素子を備える。
前記一対の第１のダイポールアンテナ素子の磁界面方向での作用の合成によって前記第１の偏波についての磁界面内指向性のビーム幅を狭めるとともに、前記一対の第２のダイポールアンテナ素子の磁界面方向での作用の合成によって前記第２の偏波についての磁界面内指向性のビーム幅を狭め、これによって上記の目的を達成している。
さらに、前記第１、第２のダイポールアンテナ素子は、隣接する端部相互がラップするように形成されている。そのため、放射器の小型化を図ることができる。 The present invention is a dual-polarization Yagi antenna that shares first and second orthogonal polarizations using a director, a radiator, and a reflector arranged along the central axis.
The radiator includes a pair of first dipole antenna elements facing the polarization plane of the first polarization and facing each other at a predetermined interval around the central axis, and along the polarization plane of the second polarization. And a pair of second dipole antenna elements facing each other at a predetermined interval around the central axis. The waveguide includes a pair of first waveguide elements facing the pair of first dipole antenna elements and a pair of second waveguide elements facing the pair of second dipole antenna elements, respectively. Is provided.
By combining the action of the pair of first dipole antenna elements in the direction of the magnetic field, the beam width of the in-plane directivity with respect to the first polarization is narrowed, and the magnetism of the pair of second dipole antenna elements is reduced. By combining the actions in the interface direction, the beam width of the in-plane directivity for the second polarization is narrowed, thereby achieving the above object.
Further, the first and second dipole antenna elements are formed such that adjacent end portions wrap. Therefore, the radiator can be reduced in size.

一形態として、前記第１、第２のダイポールアンテナ素子及び前記第１、第２の導波素子は、前記中心軸線を中心とする円周に沿った円弧状の外周形状を有するように形成される。
このように形成された前記第１、第２のダイポールアンテナ素子及び前記第１、第２の導波素子は、必要に応じて円筒状のカバーで覆われる。 As an embodiment, the first and second dipole antenna elements and the first and second waveguide elements are formed to have an arcuate outer peripheral shape along a circumference centered on the central axis. The
The first and second dipole antenna elements and the first and second waveguide elements formed in this way are covered with a cylindrical cover as necessary.

また、前記第１、第２のダイポールアンテナ素子は折返し構造を有するように形成することができる。 Also, the first, second dipole antenna element may be formed so as to have a folded structure.

前記反射器は一枚の金属板によって形成しても良い。この場合、この反射器によって前記円筒状のカバーを閉塞することも可能である。
前記第１の直線偏波及び第２の直線偏波は、例えば、水平偏波及び垂直偏波、または＋４５度偏波及び−４５度偏波である。 The reflector may be formed by a single metal plate. In this case, the cylindrical cover can be closed by the reflector.
The first linear polarization and the second linear polarization are, for example, horizontal polarization and vertical polarization, or +45 degree polarization and −45 degree polarization.

本発明によれば、一対の第１のダイポールアンテナ素子の磁界面方向での作用の合成によって第１の偏波についての磁界面内指向性のビーム幅が狭められ、また、一対の第２のダイポールアンテナ素子の磁界面方向での作用の合成によって第２の偏波についての磁界面内指向性のビーム幅が狭められる。従って、それぞれの偏波において、磁界面内指向性のビーム幅を電界面内指向性のビーム幅と同等にすることが可能となり、これによって、磁界面内指向性に基づくサービスエリアと電界面内指向性に基づくサービスエリアとの均一化を図ることができる。
また、八木アンテナの導波素子の数量は主に必要とされる利得で決定されるが、本発明によれば、磁界面内指向性のビーム幅が狭くなることに伴う利得の増大により、同じ利得を得るために必要な導波素子の数量を少なくすることが可能となる。これはアンテナ全長の短縮化に寄与する。 According to the present invention, by combining the actions of the pair of first dipole antenna elements in the direction of the magnetic field, the beam width of the in-plane directivity for the first polarization is narrowed, and the pair of second dipole antenna elements By combining the actions in the magnetic field direction of the dipole antenna element, the beam width of the in-magnetic field directivity for the second polarization is narrowed. Therefore, in each polarization, the beam width of the in-plane directionality of the magnetic field can be made equal to the beam width of the in-plane directionality of the electric field. Uniformity with the service area based on directivity can be achieved.
In addition, the number of waveguide elements of the Yagi antenna is mainly determined by the required gain. However, according to the present invention, the same gain is obtained due to the increase in gain accompanying the narrowing of the beam width in the in-plane direction of the magnetic field. It is possible to reduce the number of waveguide elements required to obtain the gain. This contributes to shortening the total antenna length.

本発明に係る偏波共用八木アンテナの実施形態を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows embodiment of the polarization shared Yagi antenna which concerns on this invention. 放射器の拡大図である。It is an enlarged view of a radiator. 導波器の素子ユニットの拡大図である。It is an enlarged view of the element unit of a director. 放射器の別の例を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows another example of a radiator. 放射器の更に別の例を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows another example of a radiator. 本発明に係る偏波共用八木アンテナの垂直偏波及び水平偏波の垂直面内指向性を例示したグラフである。It is the graph which illustrated the vertical in-plane directivity of the vertical polarization and horizontal polarization of the polarization shared Yagi antenna according to the present invention. 本発明に係るアンテナの垂直偏波及び水平偏波の水平面内指向性を例示したグラフである。It is the graph which illustrated the directivity in the horizontal surface of the vertical polarization and horizontal polarization of an antenna concerning the present invention. 従来の偏波共用八木アンテナの一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the conventional polarization shared Yagi antenna. 従来の偏波共用八木アンテナの垂直偏波及び水平偏波の垂直面内指向性を例示したグラフである。It is the graph which illustrated the vertical in-plane directivity of the vertical polarization and horizontal polarization of the conventional polarization shared Yagi antenna. 従来の偏波共用八木アンテナの垂直偏波及び水平偏波の水平面内指向性を例示したグラフである。It is the graph which illustrated the directivity in the horizontal plane of the vertical polarization and horizontal polarization of the conventional polarization shared Yagi antenna.

図１に、本発明に係る偏波共用八木アンテナの実施形態を示す。この偏波共用八木アンテナは、放射器１と、放射器１の後方に配置された反射器２と、放射器１の前方に配置された導波器３とを備えている。この偏波共用八木アンテナの中心軸線ｌ１は、この放射器１、反射器２及び導波器３の中心を貫通している。 FIG. 1 shows an embodiment of a polarization sharing Yagi antenna according to the present invention. This dual-polarization Yagi antenna includes a radiator 1, a reflector 2 disposed behind the radiator 1, and a waveguide 3 disposed in front of the radiator 1. The central axis 11 of the polarization-shared Yagi antenna passes through the centers of the radiator 1, the reflector 2 and the waveguide 3.

図２に放射器１を拡大して示す。この放射器１は、図１の中心軸線ｌ１を中心とする円周に沿って円弧状ダイポールアンテナ素子１１〜１４を均等な間隔で配列した構成を有する。相対向するダイポールアンテナ素子１１，１３は、上記円周の中心点を通る基準線ｌ２上にそれらの給電点が位置され、また、相対向するダイポールアンテナ素子１２，１４は、上記円周の中心点を通りかつ上記基準線ｌ２直交する基準線ｌ３上にそれらの給電点が位置されている。 FIG. 2 shows the radiator 1 in an enlarged manner. This radiator 1 has a configuration in which arc-shaped dipole antenna elements 11 to 14 are arranged at equal intervals along a circumference centered on the central axis 11 in FIG. The dipole antenna elements 11 and 13 facing each other have their feeding points positioned on a reference line 12 passing through the center point of the circumference, and the dipole antenna elements 12 and 14 facing each other are located at the center of the circumference. These feed points are located on a reference line 13 that passes through the points and is orthogonal to the reference line 12.

各ダイポールアンテナ素子１１〜１４の全長Ｌ１は、λを使用周波数帯域の中心周波数の波長とすると、約０．５λに設定される。この放射器１におけるダイポールアンテナ素子１１，１３（１２，１４）の間隔Ｄ１は、上記全長Ｌ１よりも長くなる。
放射器１のダイポールアンテナ素子１１〜１４は、誘電体基板上に貼着した金属箔（例えば銅箔）によって形成することができる。この金属箔からなるダイポールアンテナ素子１１〜１４は、いわゆる印刷配線パターンの作成手法を用いて形成することができる。 The total length L1 of each dipole antenna element 11-14 is set to about 0.5λ, where λ is the wavelength of the center frequency of the used frequency band. The distance D1 between the dipole antenna elements 11, 13 (12, 14) in the radiator 1 is longer than the total length L1.
Dipole antenna elements 11 to 14 of radiator 1 can be formed of a metal foil (for example, a copper foil) adhered on a dielectric substrate. The dipole antenna elements 11 to 14 made of the metal foil can be formed by using a so-called printed wiring pattern creation method.

反射器２は、直径が約０．７λの円形状金属板によって形成されている。
導波器３は、中心軸線ｌ１に沿って所定の間隔で配列する複数個（図示の例では３個）の素子ユニット３０を有する。
図３に拡大して示すように、素子ユニット３０は、外周が円弧形状を有する４つの導波素子３１〜３４を図１の中心軸線ｌ１を中心とする円周上に均等な間隔で配列した構成を有する。
導波素子３１〜３４の長さＬ２は及び導波素子３１，３３（３２，３４）間の距離Ｄ２は、該導波素子３１〜３４をそれぞれ図２に示す放射器１のダイポールアンテナ素子１１〜１４に対向させ得るように設定される。なお、導波素子３１〜３４は、上記ダイポールアンテナ素子１１〜１４と同様に、誘電体基板上に貼着された金属箔によって形成することができる。 The reflector 2 is formed of a circular metal plate having a diameter of about 0.7λ.
The director 3 has a plurality (three in the illustrated example) of element units 30 arranged at a predetermined interval along the central axis l1.
As shown in an enlarged view in FIG. 3, the element unit 30 has four waveguide elements 31 to 34 whose outer periphery has an arc shape arranged at equal intervals on the circumference centered on the central axis 11 in FIG. It has a configuration.
The length L2 of the waveguide elements 31-34 and the distance D2 between the waveguide elements 31, 33 (32, 34) are determined by the dipole antenna element 11 of the radiator 1 shown in FIG. It is set so that it can oppose -14. In addition, the waveguide elements 31-34 can be formed with the metal foil stuck on the dielectric substrate similarly to the said dipole antenna elements 11-14.

放射器１と反射器２との間隔及び放射器１と導波器３との間隔は、それぞれ例えば約０．１８λに設定される。また、導波器３における各素子ユニット３０の配列間隔も約０．１８λに設定される。
上記構成の本実施形態の偏波共用八木アンテナは、放射器１のダイポールアンテナ素子１１〜１４及び導波器３の導波素子３１〜３４が使用周波数帯域の周波数に共振する。
ここで、図２に示すように放射器１の基準線ｌ２が垂直に向けられているものとする。この場合、ダイポールアンテナ素子１１，１３は水平偏波の偏波面に沿うことになるので、水平偏波の放射素子として機能する。また、ダイポールアンテナ素子１２，１４は垂直偏波の偏波面に沿うことになるので、垂直偏波の放射素子として機能する。 The distance between the radiator 1 and the reflector 2 and the distance between the radiator 1 and the director 3 are set to about 0.18λ, for example. Further, the arrangement interval of the element units 30 in the waveguide 3 is also set to about 0.18λ.
In the polarization shared Yagi antenna of the present embodiment having the above-described configuration, the dipole antenna elements 11 to 14 of the radiator 1 and the waveguide elements 31 to 34 of the director 3 resonate at a frequency in the use frequency band.
Here, it is assumed that the reference line 12 of the radiator 1 is oriented vertically as shown in FIG. In this case, since the dipole antenna elements 11 and 13 are along the plane of polarization of horizontal polarization, they function as a radiation element of horizontal polarization. Further, since the dipole antenna elements 12 and 14 are along the polarization plane of the vertically polarized wave, they function as a vertically polarized radiation element.

水平偏波用のダイポールアンテナ素子１１，１３は、垂直方向にスタック配置されているので、それらの磁界面方向での作用が合成される。同様に、垂直偏波用のダイポールアンテナ素子１２，１４は、水平方向にスタック配置されているので、それらの磁界面方向での作用が合成される。この結果、上記放射器１によれば、水平偏波についての磁界面内指向性のビーム幅及び垂直偏波についての磁界面内指向性のビーム幅が共に狭められることになる。 Since the horizontally polarized dipole antenna elements 11 and 13 are stacked in the vertical direction, their actions in the magnetic field plane direction are combined. Similarly, since the vertically polarized dipole antenna elements 12 and 14 are stacked in the horizontal direction, their actions in the magnetic field plane direction are combined. As a result, according to the radiator 1, both the beam width of the in-magnetic field directivity for horizontal polarization and the beam width of the in-magnetic field directivity for vertical polarization are reduced.

従って、本実施形態の偏波共用八木アンテナによれば、それぞれの偏波において、磁界面内指向性のビーム幅を電界面内指向性のそれに近づけて、磁界面内指向性に基づくサービスエリアと電界面内指向性に基づくサービスエリアとの均一化を図ることが可能になる。
また、八木アンテナの導波素子の数量は主に必要とされる利得で決定されるが、本実施形態の偏波共用八木アンテナによれば、磁界面内指向性のビーム幅が狭くなるのに伴って利得が増加するので、同じ利得を得るために必要な導波素子３０の数量を少なくすることが可能となる。これはアンテナ全長の短縮化に寄与する。 Therefore, according to the polarization-shared Yagi antenna of this embodiment, in each polarization, the beam width of the in-plane directionality of the magnetic field is made close to that of the in-plane directionality of the electric field, and the service area based on the in-plane directionality of the magnetic field It is possible to make the service area uniform based on the directivity within the electric field plane.
The number of waveguide elements of the Yagi antenna is mainly determined by the required gain. However, according to the polarization shared Yagi antenna of this embodiment, the beam width of the in-plane directionality of the magnetic field is narrowed. As the gain increases, the number of waveguide elements 30 required to obtain the same gain can be reduced. This contributes to shortening the total antenna length.

ところで、放射器１及び導波器３は、屋外設置時の着水や着雪による悪影響を回避するため、カバーに収容することが望ましい。本実施形態では、放射器１のダイポールアンテナ素子１１〜１４及び導波器３の導波素子３１〜３４が円周上に位置するように配置されているので、上記カバーとして円筒形カバーを適用することができ、これはアンテナの小型化に寄与する。なお、上記カバーを使用する場合には、このカバーを閉塞するための蓋体として反射器２を利用することも可能である。 By the way, it is desirable that the radiator 1 and the director 3 are accommodated in a cover in order to avoid adverse effects due to water landing or snowfall during outdoor installation. In this embodiment, since the dipole antenna elements 11 to 14 of the radiator 1 and the waveguide elements 31 to 34 of the director 3 are arranged on the circumference, a cylindrical cover is applied as the cover. This contributes to the miniaturization of the antenna. In addition, when using the said cover, it is also possible to utilize the reflector 2 as a cover body for obstruct | occluding this cover.

図４は、放射器の別の例を示す。この放射器１０は、図２に示すダイポールアンテナ素子１１〜１４に代わるダイポールアンテナ素子１５〜１８を備えている。図示のように、ダイポールアンテナ素子１５〜１８は、隣接する端部相互がラップするように配置されている。すなわち、ダイポールアンテナ素子１５〜１８は、一端部の内周側に切欠部１５ａ〜１８ａをそれぞれ形成するとともに、他端部の外周側に切欠部１５ｂ〜１８ｂをそれぞれ形成し、これらの切欠部１５ａ〜１８ａ，１５ｂ〜１８ｂを利用して隣接する端部相互を接触することなくラップさせている。例えば、ダイポールアンテナ素子１５は、その内周側切欠部１５ａとダイポールアンテナ素子１８の外周側切欠部１８ｂとを利用してその一端部を該ダイポールアンテナ素子１８にラップさせ、また、その外周側切欠部１５ｂとダイポールアンテナ素子１６の内周側切欠部１６ａとを利用してその他端部を該ダイポールアンテナ素子１６にラップさせている。 FIG. 4 shows another example of a radiator. This radiator 10 includes dipole antenna elements 15 to 18 instead of the dipole antenna elements 11 to 14 shown in FIG. As shown in the figure, the dipole antenna elements 15 to 18 are arranged so that adjacent ends overlap each other. That is, each of the dipole antenna elements 15 to 18 has notches 15a to 18a formed on the inner peripheral side of one end, and notches 15b to 18b formed on the outer peripheral side of the other end, respectively. -18a, 15b-18b are used to wrap adjacent ends without contacting each other. For example, the dipole antenna element 15 wraps one end of the dipole antenna element 15 on the dipole antenna element 18 by using the inner circumference side cutout portion 15a and the outer circumference side cutout portion 18b of the dipole antenna element 18, and the outer circumference side cutout portion. The other end is wrapped around the dipole antenna element 16 by using the portion 15 b and the inner peripheral cutout portion 16 a of the dipole antenna element 16.

この放射器１０によれば、ダイポールアンテナ素子１５，１７（１６，１８）の間隔Ｄ３が図１に示すダイポールアンテナ素子１１，１３（１４，１６）の間隔Ｄ１よりも小さくなるので、外周形状が小型化される。上記放射器１０の素子間隔Ｄ３は、約０．４５λに設定されている。
なお、この小型化された放射器１０を適用する場合には、図３に示す導波素子ユニット３０の導波素子３１〜３４を放射器１０のダイポールアンテナ素子１５〜１８に対向させるために、図示の素子長Ｌ２及び素子間隔Ｄ２が例えば約０．３２λ及び約０．４λにそれぞれ設定される。つまり、放射器１０の形状に対応するように導波器３の形状も小型にされる。
このような放射器１０及び導波器３を使用すれば、上記した円筒形カバーとしてより細径なもの（例えば、内径が約０．５５λのもの）を使用することができ、これはアンテナの小型化と風荷重の軽減に寄与する。 According to this radiator 10, the distance D3 between the dipole antenna elements 15, 17 (16, 18) is smaller than the distance D1 between the dipole antenna elements 11, 13 (14, 16) shown in FIG. Miniaturized. The element interval D3 of the radiator 10 is set to about 0.45λ.
In addition, when applying this downsized radiator 10, in order to make the waveguide elements 31 to 34 of the waveguide element unit 30 shown in FIG. 3 face the dipole antenna elements 15 to 18 of the radiator 10, The illustrated element length L2 and element spacing D2 are set to, for example, about 0.32λ and about 0.4λ, respectively. That is, the shape of the waveguide 3 is also reduced to correspond to the shape of the radiator 10.
If the radiator 10 and the director 3 are used, a cylindrical cover having a smaller diameter (for example, an inner diameter of about 0.55λ) can be used. Contributes to downsizing and reduction of wind load.

図５は、放射器の更に別の例を示す。この放射器１０’は、折返しダイポールアンテナ（フォールデッドダイポールアンテナ）素子１９〜２２を備えている。この折返しダイポールアンテナ素子１９〜２２は、折返し部１９ｃ〜２２ｃを有する点を除き図４に示すダイポールアンテナ素子１５〜１８と同等な形状を有する。 FIG. 5 shows yet another example of a radiator. This radiator 10 'includes folded dipole antenna (folded dipole antenna) elements 19-22. The folded dipole antenna elements 19 to 22 have the same shape as the dipole antenna elements 15 to 18 shown in FIG. 4 except that the folded dipole antenna elements 19 to 22 have the folded portions 19c to 22c.

図６、図７は、上記放射器１０’を用いた場合の本発明に係る偏波共用八木アンテナの垂直面内指向性及び水平面内指向性をそれぞれ示す。
図６に示すように、この偏波共用八木アンテナによれば、実線で示す垂直偏波の垂直面内指向性（電界面内指向性である）のビーム幅が５４．３１°となり、また、点線で示す水平偏波の垂直面内指向性（磁界面内指向性である）のビーム幅が５４．５３°となる。
つまり、この偏波共用八木アンテナでは、ダイポールアンテナ素子１９，２１の磁界面方向での作用の合成によって水平偏波についての磁界面内指向性のビーム幅が狭められる結果、該ビーム幅が垂直偏波についての垂直面内指向性のビーム幅とほぼ同等になる。 6 and 7 show the directivity in the vertical plane and the directivity in the horizontal plane of the dual-polarization Yagi antenna according to the present invention when the radiator 10 'is used.
As shown in FIG. 6, according to this polarization-shared Yagi antenna, the beam width of the vertical in-plane directivity (which is in-field in-plane directivity) of the vertical polarization shown by the solid line is 54.31 °, The beam width of the vertical in-plane directivity (which is the in-plane magnetic field directivity) of the horizontal polarization indicated by the dotted line is 54.53 °.
That is, in this polarization-shared Yagi antenna, the beam width of the directivity in the magnetic field plane for the horizontal polarization is narrowed by combining the actions of the dipole antenna elements 19 and 21 in the magnetic field plane direction. It is almost the same as the beam width of directivity in the vertical plane for waves.

一方、図７に示すように、この偏波共用八木アンテナによれば、点線で示す水平偏波の水平面内指向性（電界面内指向性である）のビーム幅が５４．２７°となり、また、実線で示す垂直偏波の水平面内指向性（磁界面内指向性である）のビーム幅が５４．６１°となる。
つまり、この偏波共用八木アンテナでは、ダイポールアンテナ素子２０，２２の磁界面方向での作用の合成によって垂直偏波についての磁界面内指向性のビーム幅が狭められる結果、該ビーム幅が垂直偏波についての水平面内指向性のビーム幅とほぼ同等になる。
この結果、上記の偏波共用八木アンテナによれば、磁界面内指向性に基づくサービスエリアと電界面内指向性に基づくサービスエリアとの均一化を図ることができる。 On the other hand, as shown in FIG. 7, according to this polarization-shared Yagi antenna, the beam width of the horizontal polarization indicated by the dotted line in the horizontal plane directionality (that is, the electric field plane directionality) is 54.27 °. The beam width of the vertical polarization in the horizontal plane indicated by the solid line (which is the directivity in the magnetic field plane) is 54.61 °.
In other words, in this dual-polarization Yagi antenna, the beam width of the in-field directivity with respect to the vertical polarization is narrowed by synthesizing the actions of the dipole antenna elements 20 and 22 in the direction of the magnetic field. It becomes almost the same as the beam width of directivity in the horizontal plane for waves.
As a result, according to the polarization shared Yagi antenna, the service area based on the magnetic field in-plane directivity and the service area based on the electric field in-plane directivity can be made uniform.

上記の偏波共用八木アンテナは、次のような利点も有する。すなわち、前述した従来構成の偏波共用八木アンテナは、垂直偏波の指向性利得が１０．７５ｄＢｉ程度、水平偏波の指向性利得が１０．６ｄＢｉ程度である。これに対して、上記の偏波共用八木アンテナによれば、磁界面内指向性のビーム幅が狭くなること（指向性がシャープになること）に伴って該磁界面内指向性の指向性利得が増加するので、垂直偏波の指向性利得が１１．３ｄＢｉ程度、水平偏波の指向性利得が１１．２４ｄＢｉ程度となる。
上記のように指向性利得が増加すると、同じ利得を得るために必要な導波素子の数量を少なくすることが可能となり、これはアンテナ全長の短縮化に寄与する。すなわち、従来構成の偏波共用八木アンテナの全長が約１．０２λ程度であるのに対して、上記の偏波共用八木アンテナによれば、全長を約０．９１λ程度まで短縮することが可能になる。 The polarized wave Yagi antenna also has the following advantages. In other words, the above-described conventional dual-polarization Yagi antenna has a vertical polarization directivity gain of approximately 10.75 dBi and a horizontal polarization directivity gain of approximately 10.6 dBi. On the other hand, according to the above-mentioned Yagi antenna for both polarized waves, the directivity gain of the in-plane directionality of the magnetic field is reduced as the beam width of the in-plane directionality of the magnetic field becomes narrower (the directivity becomes sharper). Therefore, the directivity gain of vertical polarization becomes about 11.3 dBi and the directivity gain of horizontal polarization becomes about 11.24 dBi.
As described above, when the directivity gain increases, the number of waveguide elements necessary to obtain the same gain can be reduced, which contributes to shortening of the total antenna length. That is, the total length of the conventional dual-polarization Yagi antenna is about 1.02λ, whereas the dual-polarization Yagi antenna can reduce the total length to about 0.91λ. Become.

図２に示す放射器１や図４に示す放射器１０を用いる偏波共用八木アンテナも、磁界面内指向性のビーム幅を狭めるという作用をなすので、上記放射器１０’を用い偏波共用八木アンテナと同等の効果を得ることができる。 The dual-polarization Yagi antenna using the radiator 1 shown in FIG. 2 or the radiator 10 shown in FIG. 4 also has the effect of narrowing the beam width of the in-plane directionality of the magnetic field. The same effect as the Yagi antenna can be obtained.

本発明は上記実施形態に限定されず、他の種々の変形態様を含み得るものである。以下にその一例を示す。
・図２に示す放射器１の円弧状ダイポールアンテナ素子１１〜１４は、直線状のダイポールアンテナ素子に置換しても良い。その場合、図３に示す素子ユニット３０の導波素子３１〜３４も直線状のものに置換される。
・図２に示す放射器１のダイポールアンテナ素子１１〜１４は、折返しダイポールアンテナ素子に置換しても良い。。
・図１に示す反射板２は円形でなくても良く、また、１枚の金属板で形成する必要もない。
・共用する偏波は垂直偏波と水平偏波に限定されず、＋４５度偏波と−４５度偏波であっても良い。
・上記放射器１，１０，１０’は、誘電体基板にプリント形成されているが、適宜な厚さを有する汎用の金属板で形成しても良い。各導波器３０も同様である。なお、各導波器３０の内のいくつかをプリント形成し、他を汎用の金属板で形成することも可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can include other various modifications. An example is shown below.
The arc-shaped dipole antenna elements 11 to 14 of the radiator 1 shown in FIG. 2 may be replaced with linear dipole antenna elements. In that case, the waveguide elements 31 to 34 of the element unit 30 shown in FIG. 3 are also replaced with linear ones.
The dipole antenna elements 11 to 14 of the radiator 1 shown in FIG. 2 may be replaced with folded dipole antenna elements. .
The reflecting plate 2 shown in FIG. 1 does not have to be circular and does not need to be formed from a single metal plate.
-The shared polarization is not limited to vertical polarization and horizontal polarization, and may be +45 degree polarization and -45 degree polarization.
The radiators 1, 10, and 10 ′ are printed on a dielectric substrate, but may be formed of a general-purpose metal plate having an appropriate thickness. The same applies to each director 30. It is also possible to print some of the waveguides 30 and to form others using general-purpose metal plates.

１放射器
１１〜１４ダイポールアンテナ素子
１０放射器
１５〜１８ダイポールアンテナ素子
１５ａ〜１８ａ，１５ｂ〜１８ｂ切欠
１０’ 放射器
１９〜２２ダイポールアンテナ素子
１９ａ〜２２ａ，１９ｂ〜２２ｂ切欠
２反射器
３導波器
３０素子ユニット
３１〜３４導波素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Radiator 11-14 Dipole antenna element 10 Radiator 15-18 Dipole antenna element 15a-18a, 15b-18b Notch 10 'Radiator 19-22 Dipole antenna element 19a-22a, 19b-22b Notch 2 Reflector 3 Waveguide 30 Element unit 31-34 Waveguide element

Claims

中心軸線に沿って配列する導波器、放射器及び反射器を用いて直交する第１、第２の偏波を共用する偏波共用八木アンテナであって、
前記放射器は、
前記第１の偏波の偏波面に沿いかつ前記中心軸線を中心として所定の間隔で対向する一対の第１のダイポールアンテナ素子と、
前記第２の偏波の偏波面に沿いかつ前記中心軸線を中心として所定の間隔で対向する一対の第２のダイポールアンテナ素子と、を備え、
前記導波器は、前記一対の第１のダイポールアンテナ素子にそれぞれ対向する一対の第１の導波素子及び前記一対の第２のダイポールアンテナ素子にそれぞれ対向する一対の第２の導波素子を備え、
前記一対の第１のダイポールアンテナ素子の磁界面方向での作用の合成によって前記第１の偏波についての磁界面内指向性のビーム幅を狭めるとともに、前記一対の第２のダイポールアンテナ素子の磁界面方向での作用の合成によって前記第２の偏波についての磁界面内指向性のビーム幅を狭めるようにし、
前記第１、第２のダイポールアンテナ素子は、隣接する端部相互がラップするように形成されていることを特徴とする偏波共用八木アンテナ。 A dual-polarization Yagi antenna that shares first and second polarizations orthogonal to each other by using a director, a radiator, and a reflector arranged along a central axis,
The radiator is
A pair of first dipole antenna elements facing a predetermined distance along a plane of polarization of the first polarization and centering on the central axis;
A pair of second dipole antenna elements that are disposed along a plane of polarization of the second polarization and that are opposed to each other at a predetermined interval around the central axis,
The director includes a pair of first waveguide elements facing the pair of first dipole antenna elements and a pair of second waveguide elements facing the pair of second dipole antenna elements, respectively. Prepared,
By combining the action of the pair of first dipole antenna elements in the direction of the magnetic field, the beam width of the in-plane directivity with respect to the first polarization is narrowed, and the magnetism of the pair of second dipole antenna elements is reduced. By narrowing the beam width of the in-plane directivity for the second polarization by synthesizing the action in the interface direction ,
The polarization shared Yagi antenna, wherein the first and second dipole antenna elements are formed so that adjacent end portions are overlapped with each other .

前記第１、第２のダイポールアンテナ素子及び前記第１、第２の導波素子は、前記中心軸線を中心とする円周に沿った円弧状の外周形状を有するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の偏波共用八木アンテナ。 The first and second dipole antenna elements and the first and second waveguide elements are formed to have an arcuate outer peripheral shape along a circumference centered on the central axis. The polarization shared Yagi antenna according to claim 1, wherein

前記第１、第２のダイポールアンテナ素子及び前記第１、第２の導波素子を円筒状のカバーで覆ったことを特徴とする請求項２に記載の偏波共用八木アンテナ。 The dual-polarization Yagi antenna according to claim 2, wherein the first and second dipole antenna elements and the first and second waveguide elements are covered with a cylindrical cover.

前記第１、第２のダイポールアンテナ素子が折返し構造を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の偏波共用八木アンテナ。 The polarization shared Yagi antenna according to any one of claims 1 to 3 , wherein the first and second dipole antenna elements have a folded structure.

前記反射器が一枚の金属板によって形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の偏波共用八木アンテナ。 Dual-polarized Yagi antenna according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the reflector is formed by a single metal plate.

前記反射器が一枚の金属板によって形成され、この反射器によって前記円筒状のカバーを閉塞するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の偏波共用八木アンテナ。 The dual-polarization Yagi antenna according to claim 3, wherein the reflector is formed of a single metal plate, and the cylindrical cover is closed by the reflector.

前記第１の直線偏波及び第２の直線偏波は、水平偏波及び垂直偏波、または＋４５度偏波及び−４５度偏波であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の偏波共用八木アンテナ。 The first linearly polarized wave and a second linearly polarized wave may be any of claims 1-6, characterized in that the horizontal polarization and the vertical polarization, or + 45 ° polarization and -45 ° polarization, The polarization-shared Yagi antenna described in 1.