(57)【要約】【課題】反射板を介さずに電波を放射するアンテナであっても、発熱線が配置される方向に制限されずに、偏波の放射を妨げることなく、積雪による通信性能の劣化を防ぐアンテナ装置を得る。【解決手段】地導体１と放射導体２との間に高周波電圧を印加する給電部３と、放射導体２を覆うように配置されたレドーム４と、レドーム４に配置され、放射導体２から放射される偏波の放射を妨げない程度の高い電気抵抗率を有する発熱線５とを備えた。  発熱線５は、放射導体２から放射される偏波の放射を妨げない程度の高い電気抵抗率を有するので、発熱線５が偏波の方向に直角でない成分を含むように配置されていても、偏波の放射を妨げることがない。  よって、反射板を介さずに電波を放射するアンテナであっても、発熱線５が配置される方向に制限されずに、偏波の放射を妨げることなく、積雪による通信性能の劣化を防ぐアンテナ装置が得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地導体と放射導体との間に高周波電圧を印加する給電部と、
前記放射導体を覆うように配置された誘電体と、
前記誘電体に配置され、前記放射導体から放射される偏波の放射を妨げない程度の高い電気抵抗率を有する発熱線とを備えたアンテナ装置。
【請求項２】
地導体に略平行に配置された回転対称形の放射導体と、
前記地導体と放射導体との間に高周波電圧を印加する第１の給電部と、
前記第１の給電部から９０度回転対称となる位置に配置され、前記地導体と放射導体との間に高周波電圧を印加する第２の給電部と、
前記放射導体を覆うように配置された誘電体と、
前記誘電体に配置され、前記放射導体から放射される偏波の放射を妨げない程度の高い電気抵抗率を有する発熱線とを備えたアンテナ装置。
【請求項３】
前記発熱線は、
電気抵抗率が２００Ω／ｍ以上であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記放射導体は、
回転対称形であり、
微小な導体片が付加されたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記放射導体は、
回転対称形であり、
微小な切り欠きが付加されたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項６】
地導体と放射導体との間に高周波電圧を印加する給電部と、
前記放射導体を覆うように配置された誘電体と、
前記誘電体に配置され、メッシュ状に形成され、かつ発熱される導体に、周期的に穴が配列されたものからなり、前記放射導体から放射される電波を透過する導体板とを備えたアンテナ装置。
【請求項７】
前記誘電体に配置され、前記放射導体から放射される偏波の放射を妨げない程度の高い電気抵抗率を有する発熱線を備えたことを特徴とする請求項６記載のアンテナ装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置を複数個配列してアレーアンテナが形成されたことを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に屋外での使用に好適な平面アンテナからなるアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
屋外に設置されるアンテナ装置においては、降雪によりアンテナまたはアンテナを覆っているカバーに雪が積もり、通信性能を劣化させてしまうという課題がある。
この課題に対し、アンテナに積もった雪を溶かすためのヒーターを装着することで、通信性能劣化を防ぐ方法が取られている。
例えば、下記特許文献１に記載されるパラボラアンテナ用融雪装置では、衛星電波を受信するためのパラボラアンテナにおいて、アンテナ反射板の裏面に発熱部を設けてアンテナ反射板に積雪する雪を溶かす方法が開示されている。
また、下記特許文献２に記載される誘電体レンズアンテナでは、直列に接続した複数の発熱線をレンズアンテナの表面に配置し、レンズアンテナに付着する雪を溶かす方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１９９８６８号公報
【特許文献２】特開２００５−１２４２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１に記載のパラボラアンテナ用融雪装置では、発熱部がアンテナの動作に影響しないようにするため、発熱部をパラボラアンテナの裏面に設ける必要がある。
したがって、反射板を介さないで電波を放射するアンテナに対しては、この方法を用いることはできない。
また、前記特許文献２に記載のレンズアンテナでは、レンズを通過する電波の主偏波に対して、ほぼ垂直な方向に発熱線を配置することにより、主偏波の放射を妨げないようにしている。
このため、発熱線が配置される方向に制限があり、発熱線の配置方向に自由度がない。
さらに、直交偏波共用のアンテナにおいては、主偏波の放射を妨げないように発熱線を配置することができない。
【０００５】
本発明は、反射板を介さずに電波を放射するアンテナであっても、発熱線が配置される方向に制限されずに、偏波の放射を妨げることなく、積雪による通信性能の劣化を防ぐアンテナ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のアンテナ装置は、地導体と放射導体との間に高周波電圧を印加する給電部と、放射導体を覆うように配置された誘電体と、誘電体に配置され、放射導体から放射される偏波の放射を妨げない程度の高い電気抵抗率を有する発熱線とを備えた。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、発熱線は、放射導体から放射される偏波の放射を妨げない程度の高い電気抵抗率を有するので、発熱線が偏波の方向に直角でない成分を含むように配置されていても、偏波の放射を妨げることがない。
よって、反射板を介さずに電波を放射するアンテナであっても、発熱線が配置される方向に制限されずに、偏波の放射を妨げることなく、積雪による通信性能の劣化を防ぐアンテナ装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１による他のアンテナ装置を示す構成図である。
【図３】アンテナ装置のインピーダンス特性を示すスミスチャート図である。
【図４】本発明の実施の形態２によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図５】本発明の実施の形態３によるアンテナ装置の放射導体を示す構成図である。
【図６】本発明の実施の形態３によるアンテナ装置の他の放射導体を示す構成図である。
【図７】本発明の実施の形態４によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図８】本発明の実施の形態４によるアンテナ装置の導体板を示す構成図である。
【図９】本発明の実施の形態５によるアンテナ装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図である。
図１（ａ）は正面透視図、図１（ｂ）はｙ軸方向から見た側面透視図である。
図１において、１は地導体、２は放射導体、３は給電部、４はレドーム、５は発熱線である。
【００１０】
地導体１は、有限の大きさを持つ導体であり、アンテナ装置のグランドとして機能する。
放射導体２は、地導体１に対して所定の間隔を空けて、略平行に配置された導体である。
放射導体２は、所望の周波数で共振するように寸法が選定されており、ここでは、正方形で示している。
地導体１と放射導体２の間には、給電部３において、高周波電圧が印加される。
【００１１】
レドーム４は、放射導体２に関して地導体１と反対側に、放射導体２を覆うように配置され、主として誘電体を用いて構成されている。
レドーム４は、地導体１、放射導体２、および給電部３を外部から保護する役割を有する。
【００１２】
発熱線５は、レドーム４の内部または表面（放射導体２と反対側の面）もしくは裏面（放射導体２側の面）に配置されている。
発熱線５には、電気抵抗が極めて大きい導線を使用する。
電気抵抗率が、数１００Ω／ｍ以上（例えば、２００Ω／ｍ以上）のものを用いるのが望ましい。
より好ましくは、１０００Ω／ｍ以上のものを用いるのが良い。
【００１３】
図１（ａ）では、発熱線５は、複数の細線を略平行に複数配列されているが、発熱線５の配置方法は、これに限定するものではなく、図２に示すように、波線状の発熱線６、格子状の発熱線７、階段状の発熱線８、および渦巻状の発熱線９など、自由な配列が可能である。
このとき、発熱線５の向きは、放射導体２が放射する電波の主偏波の向きを含んでいても良い。
また、発熱線５が配置される面は、１層に限定するものではなく、２層以上にわたって配置しても良い。
【００１４】
次に動作について説明する。
送信アンテナと受信アンテナの動作には、可逆性が成り立つので、本実施の形態１によるアンテナ装置を送信アンテナとして用いた場合のみ説明し、受信アンテナとして用いた場合の説明は省略する。
【００１５】
給電部３において、地導体１と放射導体２に高周波電圧が印加されると、放射導体２で共振が生じ、電波が放射される。
放射される電波の主偏波の向きは、図１（ａ）の例では、ｘ軸方向に平行である。
【００１６】
電波の主偏波と平行に導体が配置されていると金属に電流が誘起され、これが二次波源となって散乱電磁界を生じる。
放射導体２の近くにこのような金属が配置されると、アンテナのインピーダンス特性の劣化や放射効率低下の原因となる。
【００１７】
ここで一例として、電磁界およびアンテナ解析に広く使用されるＦＤＴＤ法による数値計算例を示す。
図３（ａ）は放射導体３から１０ｍｍの間隔を空けて発熱線５を配列した場合のインピーダンス特性を表すスミスチャート図である。
図３（ａ）のグラフは、発熱線５の電気抵抗率を通常の発熱線相当の１０Ω／ｍとした結果である。
図３（ａ）には、比較のために発熱線５が無い場合のインピーダンス特性も示している。
【００１８】
インピーダンス軌跡がスミスチャートの中心に近いほどインピーダンス整合が得られていることを表している。
通常の発熱線相当の電気抵抗率を持つ発熱線５の場合では、インピーダンス軌跡がスミスチャートの中心から大きく外れており、インピーダンス特性が劣化していることがわかる。
【００１９】
一方、本実施の形態１によるアンテナ装置では、発熱線５の電気抵抗率を極めて大きくしている。
図３（ｂ）は、発熱線５の電気抵抗率を１０００Ω／ｍとした場合のインピーダンス特性を表すスミスチャート図である。
インピーダンス軌跡がスミスチャートの中心に近づいており、インピーダンス特性の劣化を抑えられていることがわかる。
【００２０】
このことから、電気抵抗率の極めて高い導線を発熱線５に使用することで、アンテナの性能を劣化させることなく、レドーム４に発熱線５を配置することができる。
降雪時および着雪時には、発熱線５に電圧が印加され、発熱線５で発生する熱によってレドーム４の表面に付着した雪を溶かすことができる。
発熱線４の電気抵抗率が高いので、所望の発熱量を得るために高電圧が必要となるが、電力の大きさは小さいので、簡易なトランスを用いることで高電圧を供給することが可能である。
【００２１】
以上により、本実施の形態１によれば、発熱線５は、放射導体２から放射される偏波の放射を妨げない程度の高い電気抵抗率を有するので、発熱線５が偏波の方向に直角でない成分を含むように配置されていても、偏波の放射を妨げることがない。
よって、反射板を介さずに電波を放射するアンテナであっても、発熱線５が配置される方向に制限されずに、偏波の放射を妨げることなく、積雪による通信性能の劣化を防ぐアンテナ装置が得られる。
また、発熱線５の配置に自由度があるため、レドーム４の表面上の熱分布を適切に設計することが可能である。
【００２２】
実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２によるアンテナ装置を示す構成図である。
図４（ａ）は正面透視図、図４（ｂ）はｙ軸方向から見た側面透視図である。
図４において、前記実施の形態１と同一または同等の部分については同じ符号を付け、説明を省略する。
【００２３】
本実施の形態２によるアンテナ装置と前記実施の形態１との相違点は、２つの給電部１１，１２を設けた点である。
このとき、放射導体２の形状を正方形や円形などの回転対称形とすれば、２つの直線偏波を放射する偏波共用アンテナを構成することができる。
長方形のように、ｘ軸方向とｙ軸方向の長さが異なる場合でも、動作周波数の異なる偏波共用アンテナを構成することが可能である。
なお、給電部１１，１２は、互いに９０度回転対称となる位置に配置されている。
【００２４】
また、給電部１１，１２に入力する高周波信号の振幅比と位相差を制御できる回路を備えれば、任意の向きの直線偏波または円偏波など、所望の偏波を放射することが可能となる。
例えば、一方の給電部１１に印加する電圧と他方の給電部１２に印加する電圧の振幅を等しくし、位相差を９０度とすれば、円偏波が放射される。
前記実施の形態１で説明したように、発熱線５の電気抵抗率を極めて高くすることによって偏波の向きによらず発熱線５の配置を可能としている。
これは、言い換えれば、放射素子２から放射される電波の偏波がどのようなものであっても、発熱線５によるアンテナ性能の劣化を防ぐことができる。
【００２５】
以上により、本実施の形態２によれば、前記実施の形態１の構成に加えて、回転対称形の放射導体２と、９０度回転対称となる位置に配置された給電部１１，１２とを備えたので、反射板を介さずに電波を放射するアンテナであって、２つの直線偏波を放射する偏波共用アンテナであっても、発熱線５が配置される方向に制限されずに、偏波の放射を妨げることなく、積雪による通信性能の劣化を防ぐアンテナ装置が得られる。
【００２６】
実施の形態３．
図５は本発明の実施の形態３によるアンテナ装置の放射導体を示す構成図である。
図５において、１５ａ，１５ｂは微小な導体片からなる摂動素子である。
なお、放射導体２は、正方形だけでなく、円形としても良い。
【００２７】
放射導体が正方形や円形であるマイクロストリップアンテナでは、２つの共振が縮退している。
このとき、放射導体２に摂動素子１５ａ，１５ｂを設けることによって、２つの縮退を分離し、円偏波を得ることができる。
したがって、前記実施の形態１の放射導体２を、本実施の形態３の放射導体２に置き換えれば、給電部が１つの場合でも円偏波放射が可能で、積雪によるアンテナ性能の劣化を防ぐことができるアンテナ装置を得ることができる。
【００２８】
前記実施の形態１で説明したように、発熱線５の電気抵抗率を極めて高くすることによって偏波の向きによらず発熱線５の配置を可能としているので、円偏波であっても発熱線５によるアンテナ性能の劣化を防ぐことができる。
なお、出っ張り形状の摂動素子１５ａ，１５ｂの代わりに、図６のように、切り欠き形状の摂動素子１６ａ，１６ｂを用いても同様に円偏波放射が可能である。
【００２９】
以上により、本実施の形態３によれば、前記実施の形態１の構成に加えて、放射導体２に摂動素子１５ａ，１５ｂ、あるいは摂動素子１６ａ，１６ｂを備えたので、給電部３が１つの場合でも円偏波を放射することが可能となり、円偏波を放射するアンテナであっても、発熱線が配置される方向に制限されずに、偏波の放射を妨げることなく、積雪による通信性能の劣化を防ぐアンテナ装置が得られる。
【００３０】
実施の形態４．
図７は本発明の実施の形態４によるアンテナ装置を示す構成図であり、ｙ軸方向から見た側面透視図である。
図７において、前記実施の形態１と同一または同等の部分については同じ符号を付け、説明を省略する。
【００３１】
本実施の形態３によるアンテナ装置と前記実施の形態１との相違点は、発熱線５の代わりに導体板２０を設けた点である。
図８は導体板２０の構造の一例を示す図である。
導体板２０は、メッシュ状に形成され、かつ発熱される導体２１に、周期的に所定の大きさの穴２２が配列されたものからなる。
穴２２の寸法および配列間隔を適切に設計することにより、導体板２０をアンテナの動作周波数帯の電波のみを透過する周波数選択板として動作させることができる。
【００３２】
なお、図８では穴２２の形状を円形としたが、所望の周波数選択特性が得られれば、穴２２の形状を矩形または十字形など自由に選択できる。
また、直交偏波共用アンテナや円偏波アンテナの場合には、穴２２の形状は、回転対称形や対称形を選択することが望ましい。
降雪時には、導体２１を発熱させることによって、レドーム４の表面に積もる雪を溶かし、アンテナ性能の劣化を防ぐことができる。
導体２１を発熱させる方法としては、導体２１に電流を流して発熱させる方法がある。
また、前記実施の形態１で示した発熱線５を、穴２２に重ならないようにレドーム４に取り付けて、発熱線５に電流を流して熱を伝導させる方法などが考えられる。
【００３３】
以上により、本実施の形態４によれば、レドーム４に配置され、メッシュ状に形成され、かつ発熱される導体２１に、周期的に穴２２が配列されたものからなり、放射導体２から放射される電波を透過する導体板２０とを備えたので、偏波の放射を妨げることなく、積雪による通信性能の劣化を防ぐアンテナ装置が得られる。
さらに、前記実施の形態１で示した発熱線５をレドーム４に備えれば、雪を溶かす効果を向上させることができる。
なお、給電部が１つの場合について説明したが、前記実施の形態２で説明した給電部が２つの場合や、円偏波を放射する場合に対しても同様の効果を得ることができる。
【００３４】
実施の形態５．
図９は本発明の実施の形態５によるアンテナ装置を示す構成図である。
図９（ａ）は正面透視図、図９（ｂ）はｙ軸方向から見た側面透視図である。
図９において、前記実施の形態１と同一または同等の部分については同じ符号を付け、説明を省略する。
【００３５】
前記実施の形態１から前記実施の形態４に記載した、いずれかのアンテナ装置を複数個、任意の形状に配列することによって、アレーアンテナを得ることができる。
図９において、地導体１上に複数の放射導体２ａ，２ｂを配置し、放射導体２ａは、給電部３ａにより高周波電圧が印加され、放射導体２ｂは、給電部３ｂにより高周波電圧が印加される。
このようにして、アレーアンテナを構成することができる。
【００３６】
ここでは、２素子配列として説明したが、任意の素子数、任意の配列のアレーアンテナに対しても同様である。
レドーム４は、アレーアンテナ全体を覆うように配置され、同様に発熱線５も、レドーム全体を加熱することができるように配列する。
発熱線５の動作については、前記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００３７】
以上により、本実施の形態５によれば、前記実施の形態のうちのいずれかのアンテナ装置を複数個配列して、アンテナをアレー化し、各々の励振振幅と位相を制御することによって、高利得化やビーム走査といった所望の指向性制御を可能にすることができる。
【００３８】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１  地導体、２，２ａ，２ｂ  放射導体、３，３ａ，３ｂ，１１，１２  給電部、４  レドーム、５〜９  発熱線、１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ  摂動素子、２０  導体板、２１  導体、２２  穴。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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