(57)【要約】【課題】電波の到来方向測角用アンテナは、無指向性で、アンテナ利得が大きいのが望ましく線状アンテナによるアレーアンテナが適用される。ダイポールアンテナ素子の円形アレーアンテナは支柱とブームで大地上方に設置され、大地からの影響は受けにくいが、支柱とブームからの影響を受け、特にブームに誘起した不要電流からの再放射は放射特性を劣化する。【解決手段】円筒状の一方の端面が導体により閉塞された第一の円筒状導体と、同構造で、第一の円筒状導体と端面が対向し、所定の間隔を有し、かつ同軸で大地と垂直に配置された第二の円筒状導体と、第二の円筒状導体の内部を貫通して第二の円筒状導体の端平面部から引き出され、外導体が第二の円筒状導体の前記端平面部に、中心導体が第一の円筒状導体の端平面部に接続される同軸線路と、第一および第二の円筒状導体の端平面部間に設けられた絶縁体を備える。【選択図】図１
2006074473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の一方の端面が導体により閉塞され、大地に対して垂直に配置された第一の円筒状導体と、
同じく、円筒状の一方の端面が導体により閉塞され、前記第一の円筒状導体と導体により閉塞されている端面が対向し、かつ同軸で、前記第一の円筒状導体と第一の所定の間隔を有して、大地側に第二の所定の間隔を有し配置された第二の円筒状導体と、
前記第二の円筒状導体の内部を貫通して前記第一の円筒状導体側の第二の円筒状導体の端平面部に引き出され、外導体が前記第二の円筒状導体の前記端平面部に、中心導体が前記第一の円筒状導体の前記第二の円筒状導体の端平面部と対向する端平面部に接続される同軸線路と、
前記第一および第二の円筒状導体の相対する端平面部で挟まれる空間に設けられた給電部絶縁体とを備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記第一および第二の円筒状導体の軸方向の長さを設計周波数で略０．２５波長とし、それら二つの円筒状導体径を設計周波数で０．０２波長から０．０５波長、それら二つの円筒状導体間の距離を設計周波数で０．０１波長から０．０４波長の値に設定することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記第二の円筒状導体の大地側の端面部から大地までの同軸線路を覆い、かつ第二の円筒状導体を大地に支持する支持絶縁体が設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記同軸線路は、第二の円筒状導体を貫通する一部分の中心導体径と外導体内径が他の部分とは異なる径で形成されたことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記同軸線路はその外導体が前記第二の円筒状導体の内部側面に近接して配置されていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のアンテナ装置。
【請求項６】
第二の円筒状導体を貫通する前記同軸線路の外導体に不要電流を吸収する吸収材料が配置されることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は広帯域に亘って定利得特性を必要とする、例えば、方測用のアンテナに属する。
【背景技術】
【０００２】
未知方向からの到来電波を捕らえ、その到来方向を測角（探知）する際に用いられるアンテナとしては、あらゆる方向からの電波に対応するために理想的には無指向性を有するのが望ましい。とはいうものの、全方向で無指向性となるアンテナは現実的ではなく、かつ、ターゲットとする電波は遠方から伝搬してくることを考えると、通常は水平面近傍で無指向性となるアンテナを適用するのが妥当である。この理由から、モノポールアンテナやダイポールアンテナ等の線状アンテナが従来から広く適用されている。線状アンテナは構造が簡単でモデル化が容易であるため、シミュレーションによるアンテナ特性の評価も容易に可能で、さらに、実測値との対応も取れることも上記用途への適用が多いものと考える。
【０００３】
また、測角する電波はどの周波数帯で伝搬しているかわからないので、それに用いるアンテナは広帯域特性を有する必要がある。特に、電波を検知できるのに必要なある最低限利得以上の値を広帯域において満足する「定利得特性」を有することが求められる。
【０００４】
またさらに、より遠方からの到来電波を探知するためにアンテナ利得を稼ぐという目的からアンテナ素子を複数配列したアレーアンテナが用いられる。この場合、水平面内の全周囲方向での測角精度の向上、および偽像を生じにくくするという観点から、アンテナ素子は円形に配列することが多い。その素子としてモノポールアンテナを用いる場合、設置する大地あるいは地導体の状態、例えば、その大きさや表面形状により、特に仰角方向の放射パターンが影響を受ける。
【０００５】
一方、例えば、Ｊ．Ｄ．ＫＲＡＵＳ著「ＡＮＴＥＮＮＡＳ−Ｓｅｃｏｎｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ」のＰ．７４２の図１６−２７（ｂ）に示されているような給電構造のダイポールアンテナを素子とした場合は図８に示すような円形アレーアンテナの構造となる。図において、２１はダイポールアンテナ、２２は各ダイポールアンテナ２１を支えるブームで、ダイポールアンテナ２１への給電線路を兼ねている。２３は支柱で、ダイポールアンテナ２１を大地から上方に配置させるために必要な構造体であり、直接大地に建たせたり、車両、船舶等の移動手段に建てられる。図に示すように、大地上方にダイポールアンテナ２１が設置されるので、大地からの影響は受けにくいが、支柱２３およびブーム２２からの影響を大きく受け放射特性が劣化することが懸念される。特に、相互結合によりブーム２２に誘起した不要電流からの再放射は、ダイポールアンテナ２１からの主偏波に対する交差偏波として効いてくるので避ける必要がある。
【０００６】
【非特許文献１】J.D.KRAUS著「ANTENNAS-Second  Edition」Electrical Engineering Series  McGRAW-HILL  P.742 図16-27(b)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように到来電波を捕らえ、その到来方向を測角（探知）する際に用いられるアンテナは、あらゆる方向からの電波に対応するため無指向性を有するのが望ましい。この理由から、モノポールアンテナやダイポールアンテナ等の線状アンテナが従来から広く適用されている。またさらに、より遠方からの到来電波を探知するためにアンテナ利得を稼ぐという目的からアンテナ素子を複数配列したアレーアンテナが用いられる。ダイポールアンテナを素子とした場合は支柱およびブームにより、大地上方にダイポールアンテナが設置される円形アレーアンテナの構造となるので、大地からの影響は受けにくいが、支柱およびブームからの影響を大きく受け放射特性が劣化する。特に、相互結合によりブームに誘起した不要電流からの再放射は、ダイポールアンテナからの主偏波に対する交差偏波として効いてくる。
この発明は以上のような課題を解決するためのもので、広帯域に亘って定利得特性を有するアンテナを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るアンテナ装置は、
円筒状の一方の端面が導体により閉塞され、大地に対して垂直に配置された第一の円筒状導体と、
同じく、円筒状の一方の端面が導体により閉塞され、前記第一の円筒状導体と導体により閉塞されている端面が対向し、かつ同軸で、前記第一の円筒状導体と第一の所定の間隔を有して大地側に第二の所定の間隔を有し配置された第二の円筒状導体と、
前記第二の円筒状導体の内部を貫通して前記第一の円筒状導体側の第二の円筒状導体の端平面部に引き出され、外導体が前記第二の円筒状導体の前記端平面部に、中心導体が前記第一の円筒状導体の前記第二の円筒状導体の端平面部と対向する端平面部に接続される同軸線路と、
前記第一および第二の円筒状導体の相対する端平面部で挟まれる空間に設けられた給電部絶縁体とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
この発明は、円筒状導体のアンテナ素子を２つ同軸でかつ大地と垂直にして大地上方に配置されるものであるから大地と円筒状導体との間に支持物を置いて支持が可能であるから支柱およびブームで支持する必要がなく、大地および支柱やブームから影響を受けることがなく放射特性の劣化が少なくなる効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置の構造を示すものである。図において、１は導電材料で円筒状に形成され一方の端平面部分が板状導電材料で閉塞された第一の円筒状導体、２は同じく導電材料で円筒状に形成され一方の端平面部分が板状導電材料で閉塞された第二の円筒状導体で、前記第一の円筒状導体１とは所定の間隔を有して大地側に同軸で、かつだいちと垂直に載置される。３は中心導体４と外導体５を有する同軸線路であり、前記第二の円筒状導体２と同軸に、第二の円筒状導体２の内部を第二の円筒状導体２の内壁とは接触せずに貫通している。同軸線路３の中心導体４は、第二の円筒状導体２における前記第一の円筒状導体１側の対向する端平面部から引き出されて前記第一の円筒状導体１の第二の円筒状導体２に向き合う端平面に接続されている。同軸線路３の外導体５は、前記第二の円筒状導体２の前記第一の円筒状導体１に向き合う端平面部に接続される。この際、中心導体４は第二の円筒状導体２の端平面部とは導通しないように構成される。
【００１１】
６は給電部絶縁体であり、第一の円筒状導体１と第二の円筒状導体２とが対向して形成される空間に設けられている。また、第一の円筒状導体１および第二の円筒状導体２の伸長（軸）方向の長さをＬ１とし、第一の円筒状導体１と第二の円筒状導体２とが対向して形成される空間の間隔、即ち給電部絶縁体６の伸長方向の長さをＬ２とする。
なお、第一、第二の円筒状導体は、一方の端平面部分が板状導電材料で閉塞された構成としたが、第一、第二の円筒状導体は、両端平面部分が板状導電材料で閉塞されたものであってもよい。
【００１２】
以上のように構成されたアンテナ装置について、次に動作について説明する。
同軸線路３の中心導体４は第一の円筒状導体１の端平面部に接続され、同軸線路３の外導体５は第二の円筒状導体２の端平面部に接続される構造を採っている。従って、同軸線路３を伝わってきた入力信号は、第一の円筒状導体１および第二の円筒状導体２の端平面部において、一方は中心導体４を伝わり第一の円筒状導体１の端平面上を流れ、他方は第二の円筒状導体２の端平面部上を逆位相で流れる（図２参照）。図２において、第一の円筒状導体１の周壁と第二の円筒状導体２の周壁上に流れる同軸線路３からの電流は同相となり、それらの電流から電磁界が放射され、アンテナとして動作する。図２に示す部分がアンテナ装置の給電部ということになる。
【００１３】
さて、ここにおいて、第一の円筒状導体１と第二の円筒状導体２の伸長（軸）方向の長さＬ１を設計周波数ｆ０の略１／４波長に設定する。このとき、第一の円筒状導体１と第二の円筒状導体２とが対向して形成される空間の間隔Ｌ２をパラメータとしたときのアンテナ利得の周波数特性を図３に示す。この図では、第一および第二の円筒状導体１および２の直径Ｄを設計周波数ｆ０での０．０３波長、給電部絶縁体６の比誘電率を４に設定した場合のものである。この図からＬ２の値を設計周波数ｆ０において０．００５波長以上とすることで広帯域に亘って一定の利得が得られることがわかる。なお、図３において設定した直径Ｄや比誘電率（１〜６程度）を変えても、電気長としてＤは設計周波数ｆ０の略０．０２波長から０．０５波長、Ｌ２は設計周波数ｆ０の略０．０１波長から０．０４波長の値とすることで定利得特性を得ることができることは確認している。
【００１４】
以上のようにこの実施の形態では、同軸線路３の端部の構造を図１に示すようにすることで平衡―不平衡変換器を必要としない簡単な構造でアンテナ装置を構成することが可能である。
【００１５】
また、給電部絶縁体６の比誘電率を調整することで同軸線路３との整合を取ることが可能である。さらに、この給電部絶縁体６を第一の円筒状導体１と第二の円筒状導体２とが対向して形成される空間に備えることでアンテナの給電部を保護することができる。
【００１６】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２によるアンテナ装置の概略構成図を示している。図において、前記実施の形態１と同様のものについては説明を省略する。７は大地を表し、８は第二の円筒状導体２の大地側の端部から大地７まで伸長している同軸線路３を覆うように設けられた支持絶縁体である。
【００１７】
アンテナ本体の機能動作については、実施の形態１と同様であるので、ここでは省略する。
支持絶縁体８を図に示すように設けることで、支持絶縁体８が第二の円筒状導体２を大地７に支持するので、大地７に対してアンテナ本体を略垂直に自立して配置することが可能である。これにより、大地７の影響を低減するべく、大地７の上方にアンテナ本体を配置する場合、従来使用していた支柱やブームを設ける必要は無くなり、それらによる影響も防ぐことができる。
【００１８】
図では、同軸線路３を大地７の内部に這わす構造としている。これは、同軸線路３上に流れる不要電流からの放射を防ぐためである。この詳細は実施の形態４以降で述べることとする。
【００１９】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３によるアンテナ装置の概略構成図を示している。図において、前記実施の形態１と同様のものについては省略する。９は同軸線路３の途中に設けられた、その中心導体４の径と外導体５の内径を他の部分とは変えた１／４波長変成器である。
【００２０】
アンテナ本体の機能動作については前記実施の形態１と同様であるのでここでは省略する。
同軸線路３の途中に設けた、その中心導体径と外導体内径が他の部分とは変えられた１／４波長変成器９は、その径寸法を調整することで同軸線路３の特性インピーダンスを変えることができ、かつ、その電気長を略１／４管内波長に設定することで変成器として働く。すなわち、アンテナ本体と同軸線路３との整合に役立つ。また、第二の円筒状導体２の内側、あるいは支持絶縁体８の内部にこの変成器９を配置できるので、アンテナの小形化につながる。
【００２１】
実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態４によるアンテナ装置内部の同軸線路の配線を示す概略構成図である。図において、前記実施の形態１と同様のものについては説明を省略する。１０は第二の円筒状導体２の内部壁面近傍に沿って配線された同軸線路である。
【００２２】
アンテナ本体の機能動作については前記実施の形態１と同様であるのでここでは省略する。
前記実施の形態１〜３のように第二の円筒状導体２と同軸に同軸線路３を配線している場合、仮に給電部での不整合等で同軸線路３上に不要電流が発生すると、同軸モードの働きによって不要電流が入力側に流れる。同軸線路長によって不要共振現象を発生し、アンテナ特性が劣化する周波数が生じる恐れもある。しかし、図に示すように同軸線路１０を配線することで同軸モードの発生を抑えることができる。よって、不要電流によるアンテナ特性の劣化を低減できる。
【００２３】
実施の形態５．
図７はこの発明の実施の形態５によるアンテナ装置内部の同軸線路の配線を示す概略構成図である。図において、前記実施の形態１と同様のものについてはその説明を省略する。１１は第二の円筒状導体２と支持絶縁体８の内部に位置する同軸線路３上に複数個装荷されたフェライトコアである。
【００２４】
アンテナ本体の機能動作については前記実施の形態１と同様であるのでここでは省略する。
前記実施の形態４で述べたように、不整合等により同軸線路３上に誘起された不要電流を抑えるために、図に示すように不要電流吸収材料、例えば、フェライトコア等を複数個装荷する。これらを装荷する間隔は上限周波数での１／４波長以下が望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
通信波方探用のダイポールアンテナへ適用され、支柱、ブームを必要としない構成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の実施の形態１によるアンテナ装置の構造を示す概略構成図である。
【図２】実施の形態１のアンテナ装置における信号の流れを説明する概略構成図である。
【図３】実施の形態１のアンテナ装置におけるアンテナ利得の周波数特性図である。
【図４】この発明の実施の形態２によるアンテナ装置の概略構成図である。
【図５】この発明の実施の形態３によるアンテナ装置の概略構成図である。
【図６】この発明の実施の形態４によるアンテナ装置内部の同軸線路の配線を示す概略構成図である。
【図７】この発明の実施の形態５によるアンテナ装置内部の同軸線路の配線を示す概略構成図である。
【図８】従来のダイポールアンテナ素子によるアンテナ装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００２７】
１：第一の円筒状導体、２：第二の円筒状導体、３：同軸線路、４：中心導体、５：外導体、６：給電部絶縁体、７：大地、８：支持絶縁体、９：１／４波長変成器、１０：同軸線路、１１：フェライトコア。
【図１】
2006074473.tif 000003
【図２】
2006074473.tif 000004
【図３】
2006074473.tif 000005
【図４】
2006074473.tif 000006
【図５】
2006074473.tif 000007
【図６】
2006074473.tif 000008
【図７】
2006074473.tif 000009
【図８】
2006074473.tif 000010