(57)【要約】      （修正有）【課題】専用のインピーダンス整合回路を用いることなく広範囲の入出力インピーダンスを実現できるため、アンテナの放射器として用いた場合にアンテナ自体の寸法を小型化できる。【解決手段】入出力インピーダンスを設定可能なアンテナ素子であって、直線状ダイポールエレメント１、２とＶ型導体エレメント３、４とを並列接続している。そして、直線状ダイポールエレメント１、２とＶ型導体エレメント３、４とを並列接続することにより、前記Ｖ型導体エレメント３、４の長さ、開き角度を適宜選定することにより、広範囲のインピーダンスを実現する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入出力インピーダンスを設定可能なアンテナ素子であって、
直線状ダイポールエレメントとＶ型導体エレメントとを並列接続したことを特徴とするアンテナ素子。
【請求項２】
前記直線状ダイポールエレメントと前記Ｖ型導体エレメントとの接続点が給受端である請求項１に記載のアンテナ素子。
【請求項３】
前記Ｖ型導体エレメントの開き角度が調整可能である請求項１に記載のアンテナ素子。
【請求項４】
前記直線状ダイポールエレメント及び前記Ｖ型導体エレメントが放射素子と組み合わされた請求項１に記載のアンテナ素子。
【請求項５】
前記放射素子に加えて、前記直線状ダイポールエレメント及び前記Ｖ型導体エレメントが反射素子と組み合わされた請求項４に記載のアンテナ素子。
【請求項６】
前記直線状ダイポールエレメント及び前記Ｖ型導体エレメントが、前記放射素子と前記反射素子との間に配置された請求項５に記載のアンテナ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入出力インピーダンスが設定可能なアンテナ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
アンテナ装置として、ダイポールを用いた各種のアンテナ装置が開発されている（特許文献１〜特許文献６）。
【０００３】
これらのアンテナ装置は、無指向性での放射効率を高める、或いは広帯域化を実現することを主に開発の目的としている。確かに、これらの特性がアンテナ装置に対して要求されているからである。
【特許文献１】特開２００７−１９６１５号公報
【特許文献２】特許第３７８０５６号公報
【特許文献３】特許第３０６１９９０号公報
【特許文献４】特開平１１−６８４４６号公報
【特許文献５】特開２００３−８３４４号公報
【特許文献６】特開２００６−１９１３３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アンテナ装置は、その特性上、放射効率の向上、広帯域化の確保が重要な要素であるが、給電源とアンテナとのインピーダンスマッチングを取ることで初めてそれらを実現することができるものである。
【０００５】
インピーダンスマッチングを取る整合回路が開発されているが、その大半がアンテナとは独立した独自の回路として構成されているものであるから、アンテナ装置のサイズが大型化されてしまうこととなる。
【０００６】
本発明の目的は、インピーダンスマッチングの整合回路を持たずに、アンテナ自体の構成要素を用いて広範囲にインピーダンスを設定可能なアンテナ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明に係るアンテナ素子は、入出力インピーダンスを設定可能なアンテナ素子であって、直線状ダイポールエレメントとＶ型導体エレメントとを並列接続したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、直線状ダイポールエレメントとＶ型導体エレメントとを並列接続したため、前記Ｖ型導体エレメントの長さ、開き角度を適宜選定することにより、広範囲のインピーダンスを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。
【００１０】
本発明の実施形態に係るアンテナ素子は図１に示すように基本的な構成として、直線状ダイポールエレメント１，２とＶ型導体エレメント３，４とを並列に接続したものである。この構成を図１（ｂ）に示す座標系を用いて具体的に説明する。
【００１１】
図１（ｂ）において、ｘ軸方向とｙ軸方向とは直交しており、ｚ軸方向はｘ軸方向とｙ軸方向とにそれぞれ直交しており、ｘ―ｙ−ｚの３軸方向により３次元空間を表現している。
【００１２】
図１（ｂ）において、前記直線状ダイポールエレメントは、対をなす直線状ダイポールエレメント１，２を含み、直線状ダイポールエレメント１，２はｚ軸方向に沿って配置し、その内端１ａ，２ａをｚ軸上に対向させている。
【００１３】
さらに、前記Ｖ型導体エレメントは、対をなすＶ型導体エレメント３，４を含み、Ｖ型導体エレメント３，４はｚ―ｘ面上に配置し、一方のＶ型導体エレメント３の内端３ａは、一方の直線状ダイポールエレメント１の内端１ａに接続してあり、他方のＶ型導体エレメント４の内端４ａは、他方の直線状ダイポールエレメント２の内端２ａに接続してある。
【００１４】
さらに、Ｖ型導体エレメント３，４はｚ−ｘ面上に角度αをもって開いた状態となっている。すなわち、Ｖ型導体エレメント３，４の内端３ａ，４ａ間の間隔に対して、その外端３ｂ，４ｂ間の間隔が拡がっており、Ｖ型導体エレメント３，４相互間の角度が開き角度αに設定してある。
【００１５】
ダイポールエレメント１の外端１ｂ、ダイポールエレメント２の外端２ｂ、Ｖ型導体エレメント３の外端３ｂ及びＶ型導体エレメント４の外端４ｂは、電気的に開放端となっている。
【００１６】
直線状ダイポールエレメント１，２の内端１ａ，２ａとＶ型導体エレメント３，４の内端３ａ，４ａとは電気的且つ機械的に接続してあり、その内端１ａと３ａとの接続点、その内端２ａと４ａとの接続点はそれぞれ給受電点Ｆ１，Ｆ２である。また、Ｖ型導体エレメント３，４の内端３ａ，４ａは、直線状ダイポールエレメント１，２の内端１ａ，２ａに拡開可能に連結して開き角度αを調整可能になっている。
【００１７】
また、Ｖ型導体エレメント３，４は、直線状ダイポールエレメント１，２に対してｚ−ｘ面に配置したが、これに限られるものではなく、ｚ−ｙ面に配置してもよく、さらには直線状ダイポールエレメント１，２に対して傾斜した姿勢に配置してもよいものである。
【００１８】
本発明の実施形態では、Ｖ型導体エレメント３，４の長さ、開き角度αを選定することにより、広範囲でのインピーダンスを実現するものであるから、給受電点Ｆ１，Ｆ２には、給受電回路５が直接接続される。
【００１９】
本発明の実施形態に係るアンテナ素子は、受信用アンテナに加えて送信用アンテナの放射器として用いることができるものであり、送信用アンテナに組み込んだ場合に給受電点Ｆ１，Ｆ２は送信信号の給電を行うための給電点として作用し、受信用アンテナに組み込んだ場合に給受電点Ｆ１，Ｆ２は受信信号の受電を行うための受電点として作用するが、以下の説明では、受信用アンテナに組み込んだ場合を説明する。したがって、給受電点Ｆ１，Ｆ２は受電点として作用し、給受電回路５は受電回路として作用する。
【００２０】
次に、直線状ダイポールエレメント１，２とＶ型導体エレメント３，４との寸法関係について説明する。直線状ダイポールエレメント１，２はλ／４（λ：使用波長）で設定している。前記λ／４には、λ／４を中心として±数％が含まれるものである。また、Ｖ型導体エレメント３，４は、直線状ダイポールエレメント１，２の長さより短く設定してある。Ｖ型導体エレメント３，４の直線状ダイポールエレメント１，２に対する長さの割合、及びＶ型導体エレメント３，４間に開く角度αは、所望とする入力（出力）インピーダンスを設定し、図２に示すシミュレーションによって適宜求める。
【００２１】
図３は、本発明の実施形態に係るアンテナ素子を八木・宇田アンテナの放射器として組み込んだ例を示すものである。すなわち、直線状ダイポールエレメント１，２とＶ型導体エレメント３，４とを基準として、その前方に放射素子６，７，８を平行に配列して設けている。放射素子６，７，８は、その長さを前方の位置を取るに従って短く設定してある。
【００２２】
また、直線状ダイポールエレメント１，２とＶ型導体エレメント３，４とを基準として、その後方に反射素子９を設け、反射素子９側に放射される電磁波を反射素子９で放射素子６，７，８側に反射させている。なお、反射素子９を設けたが、これに代えて放射素子６，７，８の少なくも１本を直線状ダイポールエレメント１，２及びＶ型導体エレメント３，４の前後に配置してもよいものである。
【００２３】
次に、本発明の実施形態に係るアンテナ素子を八木・宇田アンテナの放射器として用いた図３の構成に基づいて、入力インピーダンスについてシミュレーションして、本発明の実施形態に係るアンテナ素子の有効性について検証する。
【００２４】
図２は前記シミュレーションした結果を示すものである。このシミュレーションでは、直線状ダイポールエレメント１，２の長さをｌｄ、Ｖ型導体エレメント３，４の長さをｌｖとし、長さｌｄをλ／４（λ：使用波長）の固定値に設定している。
【００２５】
さらに、Ｖ型導体エレメント３，４の開き角度αを、４５°、６０°、７５°、９０°、１０５°にそれぞれ設定し、長さｌｄとλ／４（λ；波長）との比を、０．８、１．０、１．２、１．４にそれぞれ設定して、シミュレーションを行っている。
【００２６】
シミュレーションは、給電回路５からアンテナ素子（直線状ダイポールエレメント１，２及びＶ型導体エレメント３，４）に最大の電力が給電されるようにするための条件に基づいて行っている。
【００２７】
給電回路５からアンテナ素子（直線状ダイポールエレメント１，２及びＶ型導体エレメント３，４）を見た場合のインピーダンスは、等価的にＺ＝Ｒ＋ｊＸである。そして、給電回路５からアンテナ素子に給電される平均電力ＰＬは、
ＰＬ＝１／２｜Ｉ｜２Ｒｅ（Ｚ）で表される。また、Ｒｅは、Ｚ＝Ｒ＋ｊＸの実部を表している。
図２では横軸に抵抗成分Ｒを、縦軸にリアクタンス成分Ｘを取っている。
【００２８】
図２から明らかなように、ｌV／ｌd＝０．８５に設定してあるので、ｖ型エレメントは直線状エレメントより短い。直線状エレメントの長さが０．２５波長の場合、開き角α＝４５°〜１０５°の間で入力インピーダンスは７５＋ｊ３０Ω〜６０＋ｊ４０Ωの範囲で、直線状エレメントが０．２７５波長の場合、開き角α＝４５°〜１０５°の間で入力インピーダンスは１９０−ｊ３５Ω〜１２０＋ｊ９０Ωの範囲で単調に変化した。
【００２９】
図２に示すシミュレーション結果から明らかなように、Ｖ型導体エレメントの長さｌｖ、開き角度αを選定することにより、広範囲の入力インピーダンスを得られることが分かる。
【００３０】
以上のように、本発明の実施形態によれば、直線状ダイポールエレメントとＶ型導体エレメントとを並列接続したため、前記Ｖ型導体エレメントの長さ、開き角度を適宜選定することにより、広範囲のインピーダンスを実現できる。
【００３１】
さらに、八木・宇田アンテナの放射器として用いた場合、特別なインピーダンス整合回路を必要としないものである。さらに、八木・宇田アンテナの放射器として用いる場合、シミュレーションが可能であるため、アンテナ設計を容易に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明によれば、専用のインピーダンス整合回路を用いることなく広範囲の入出力インピーダンスを実現できるため、アンテナの放射器として用いた場合にアンテナ自体の寸法を小型化できることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】（ａ）は本発明の実施形態に係るアンテナ素子を示す斜視図、（ｂ）は本発明の実施形態に係るアンテナ素子の座標系を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るアンテナ素子による入力インピーダンスをシミレーションした結果を示す特性図である。
【図３】本発明の実施形態に係るアンテナ素子を八木・宇田アンテナの放射器として用いた場合を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３４】
１，２  直線状ダイポールエレメント
３，４  Ｖ型導体エレメント
５  給受電回路
Ｆ１，Ｆ２  給受電点
【図１】
2010098691.tif 000003
【図２】
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【図３】
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