(57)【要約】【課題】Ｆ／Ｂ比を向上できる半円ラジアルアンテナを提供する。【解決手段】２つの半円ラジアルアンテナ素子１１、１２を所定の間隔でアレイ配置し、半円ラジアルアンテナ１０を構成する。アンテナ素子１１、１２は、それぞれ半円状の上部導波板２１と下部導波板２２とを所定の間隔で対向配置すると共に直線端部を短絡壁２３により短絡し、上部導波板２１と下部導波板２２との間に半円ラジアル導波路２４を構成する。半円ラジアルアンテナ１０の上面及び下面には、外周縁に沿って馬蹄形状のチョーク形成板２６、２７を所定の間隔で装着し、チョーク２８、２９を形成する。アンテナ素子１１の上部導波板２１及びアンテナ素子１２の下部導波板２２には、それぞれ短絡壁２３から約λ／４離れた中心位置に給電部３１を設ける。上記チョーク２８、２９を形成することにより、アンテナ後方領域への不要放射を減少してＦ／Ｂ比を向上する。【選択図】　　図１
2004080418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔を保って積層配置される複数の半円ラジアルアンテナ素子と、
前記積層配置される最上層の半円ラジアルアンテナ素子の上面の外周縁に沿って形成され、アンテナ後方領域への不要放射を阻止する第１のチョークと、
前記積層配置される最下層の半円ラジアルアンテナ素子の下面の外周縁に沿って形成され、アンテナ後方領域への不要放射を阻止する第２のチョークとを具備し、
前記各半円ラジアルアンテナ素子は、半円状の上部導波板及び下部導波板を所定の間隔で対向配置して構成する半円ラジアル導波路と、前記上部導波板及び下部導波板の直線端部を短絡する短絡壁と、前記上部導波板あるいは下部導波板の前記短絡壁側中心部に設けられる給電部とからなることを特徴とする半円ラジアルアンテナ。
【請求項２】
前記積層配置される半円ラジアルアンテナ素子の間に仕切板を設けたことを特徴とする請求項１記載の半円ラジアルアンテナ。
【請求項３】
前記各半円ラジアルアンテナ素子を構成する上部導波板及び下部導波板の外周面に沿ってテーパ部を形成し、前記テーパ部の設定角度により垂直面ビームの放射角度を設定することを特徴とする請求項１又は２記載の半円ラジアルアンテナ。
【請求項４】
請求項１、２又は３記載の半円ラジアルアンテナにおいて、給電部が設けられた上部導波板あるいは下部導波板に短絡壁側から透孔を設け、この透孔内に給電用リード線を挿通させて給電部に給電することを特徴とする半円ラジアルアンテナ。
【請求項５】
前記チョークは、深さを約０．２５λ、高さを約０．１〜０．２５λに設定したことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の半円ラジアルアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、数ＧＨｚ〜数十ＧＨｚの周波数帯で使用されるアレイ配置した半円ラジアルアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、数ＧＨｚ〜数十ＧＨｚ帯の電波をビーム状に放射するアンテナとして広角ビーム特性を有する半円ラジアルアンテナが実用化されている。
【０００３】
上記半円ラジアルアンテナは、半円状の上部導波板と下部導波板とを所定の間隔の間隔を保って対向配置すると共に、その基部（直線端部）を短絡壁により短絡して上部導波板と下部導波板との間に半円ラジアル導波路を構成し、上記半円ラジアル導波路に外部から給電するようにしたもので、半値幅１２０°程度の広角ビーム特性とすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように半円ラジアルアンテナは、広角ビーム特性が得られるものであるが、更に利得の向上が望まれており、最近ではアレイ化したものが考えられている。しかし、半円ラジアルアンテナを単にアレイ化したものでは、Ｆ／Ｂ比（ｆｒｏｎｔ　ｔｏ　ｂａｃｋ　ｒａｔｉｏ）が十数ｄＢ程度あり、あまり高いＦ／Ｂ比を得ることができなかった。
【０００５】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、アレイ化して利得を向上すると共にＦ／Ｂ比を改善することができる半円ラジアルアンテナを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る半円ラジアルアンテナは、所定の間隔を保って積層配置される複数の半円ラジアルアンテナ素子と、前記積層配置される最上層の半円ラジアルアンテナ素子の上面の外周縁に沿って形成され、アンテナ後方領域への不要放射を阻止する第１のチョークと、前記積層配置される最下層の半円ラジアルアンテナ素子の下面の外周縁に沿って形成され、アンテナ後方領域への不要放射を阻止する第２のチョークとを具備し、前記各半円ラジアルアンテナ素子は、半円状の上部導波板及び下部導波板を所定の間隔で対向配置して構成する半円ラジアル導波路と、前記上部導波板及び下部導波板の直線端部を短絡する短絡壁と、前記上部導波板あるいは下部導波板の前記短絡壁側中心部に設けられる給電部とからなることを特徴とする。
【０００７】
上記のように半円ラジアルアンテナ素子を積層してアレイ化することによりアンテナ利得を向上でき、且つ最上層の半円ラジアルアンテナ素子の上面及び最下層の半円ラジアルアンテナ素子の下面の外周縁に沿ってチョークを形成するアンテナ後方領域への不要放射を減少してＦ／Ｂ比を向上することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
（第１実施形態）
この第１実施形態は、半円ラジアルアンテナを２素子配列した場合の構成例について示したものである。図１及び図２は、本発明の第１実施形態に係る半円ラジアルアンテナの基本構成図を示したもので、図１は外観斜視図、図２は縦断面図である。
【０００９】
図１、図２に示すように半円ラジアルアンテナ１０は、２つの半円ラジアルアンテナ素子１１、１２を所定の間隔でアレイ配置、すなわち積層配置している。上記アンテナ素子１１、１２の間隔（中心部間）ｄは、約０．５λに設定される。
【００１０】
上記アンテナ素子１１、１２は、それぞれ半径ＲＰＬが約２．０８λの半円状の上部導波板２１と下部導波板２２とを所定の間隔例えば０．２５λ（λ／４λ）程度の間隔Ｓを保って対向配置すると共に、その基部（直線端部）を短絡壁２３により短絡し、上部導波板２１と下部導波板２２との間に半円ラジアル導波路２４を構成している。すなわち、この半円ラジアル導波路２４は、基部が短絡壁２３により短絡され、円周部が開口した状態に形成される。この場合、アンテナ素子１１の短絡壁２３とアンテナ素子１２の短絡壁２３は、連続的に形成している。
【００１１】
また、半円ラジアルアンテナ１０の上面及び下面、すなわち、上部側に位置するアンテナ素子１１の上部導波板２１の上面、及び下部側に位置するアンテナ素子１２の下部導波板２２の下面には、外周縁に沿って馬蹄形状のチョーク形成板２６、２７を所定の間隔を保って装着し、チョーク２８、２９を形成している。この場合、チョーク形成板２６、２７は、基部を上部導波板２１または下部導波板２２に固着し、チョーク２８、２９の底部を短絡する。すなわち、図３に示すようにアンテナ素子１１の上側外周面及びアンテナ素子１２の下側外周面に沿って、前面（円周部）を開口した深さＲｃｈ、高さがＺｃｈのチョーク２８、２９を形成する。上記チョーク２８、２９の深さＲｃｈは約０．２５λ、高さＺｃｈは０．１〜０．２５λ、好ましくは０．１〜０．１５λの範囲で設定する。
【００１２】
そして、アンテナ素子１１の上部導波板２１及びアンテナ素子１２の下部導波板２２には、それぞれ短絡壁２３から一定の間隔Ｄｐｒｏ例えばλ／４離れた中心位置に給電部（プローブ）３１が設けられる。上記上部導波板２１及び下部導波板２２は、半径ＲＰＬの半円状に形成され、その半径ＲＰＬの値は約２．０８λに設定される。
【００１３】
上記給電部３１としては、例えば図３に示すような同軸コネクタ３２が使用され、その中心部より半円ラジアル導波路２４内に給電ピン３３が突出して設けられる。この給電ピン３３の直径Ｗｐｒｏは約０．０４λ、突出長さＬｐｒｏは約０．１７５λに設定される。
【００１４】
上記第１実施形態で示したように２つのアンテナ素子１１、１２を積層してアレイ配置することによりアンテナ利得を向上でき、且つ、アンテナ素子１１の上側及びアンテナ素子１２の下側にチョーク２８、２９を設けることにより、アンテナ後方領域への不要放射を阻止してＦ／Ｂ比を改善することができる。
【００１５】
図４は、上記半円ラジアルアンテナ１０の周波数を１２．５ＧＨｚ（波長λ＝２４．０ｍｍ）とし、各部の寸法を次のように設定し、チョーク２８、２９の高さＺｃｈを変化させた場合のＦ／Ｂ比を示したものである。
【００１６】
ＲＰＬ　＝２．０８λ
Ｌｐｒｏ＝０．１７５λ
Ｗｐｒｏ＝０．０４λ
Ｓ　　＝０．２６λ
Ｄｐｒｏ＝０．２５λ
ｄ　　＝０．５０λ
Ｒｃｈ　＝０．２５λ
Ｚｃｈ　＝可変（ｖａｒｉａｂｌｅ）
上記図４は、横軸にＺｃｈ（チョーク２８、２９の高さ）をとり、縦軸にＦ／Ｂ［ｄＢ］をとって示した。また、図中の実線はｘ−ｙ平面（水平面）のＦ／Ｂ比、破線はｙ−ｚ平面（垂直面）のＦ／Ｂ比を示している。この場合、図１及び図２に示すように、給電点（原点）を通ってアンテナの短絡壁２３と平行する方向をｘ軸、このｘ軸と直交する正面方向をｙ軸、上記ｘ、ｙ軸の原点から垂直に向かう方向をｚ軸としている。
【００１７】
上記図４の特性図から明らかなようにチョーク２８、２９の高さＺｃｈを適切に選ぶことで、ｘ−ｙ平面及びｙ−ｚ平面内で、２５ｄＢ以上のＦ／Ｂ比が得られる。特にチョーク２８、２９の高さＺｃｈが０．２５λ以下のときにＦ／Ｂ比の改善効果が大きく、チョーク２８、２９を設けない場合（Ｚｃｈ＝０）に比較し、概ね０．１〜０．１５λのときに１０ｄＢ以上改善することができた。
【００１８】
また、図５は、各部の寸法を上記のように設定した半円ラジアルアンテナ１０において、チョーク２８、２９の高さＺｃｈを「Ｚｃｈ＝０」、「Ｚｃｈ＝０．０８７５λ」、「Ｚｃｈ＝０．１４５８λ」に変化させた場合、すなわち、図４におけるａ点、ｂ点、ｃ点におけるｘ−ｙ平面（水平面）、ｙ−ｚ平面（垂直面）の放射パターンを示したものである。
【００１９】
上記図５に示した放射パターンからも明らかなように、チョーク２８、２９を設けない場合（Ｚｃｈ＝０）には後方への放射がかなり有るが、チョーク２８、２９を設けることによってアンテナ後方領域（−ｙ軸領域）への不要放射が非常に少なくなり、Ｆ／Ｂ比が改善されるていることが分かる。また、チョーク２８、２９の高さＺｃｈを変化させても、ｘ−ｙ平面、ｙ−ｚ平面共に略一定のビーム幅が維持されていることも分かる。
【００２０】
なお、上記第１実施形態では、アンテナ素子１１、１２の間隔ｄを０．５λに設定した場合について示したが、上記間隔ｄは、例えば０．２５〜１λの範囲で任意に可変設定することができる。上記間隔ｄによってｙ−ｚ平面（垂直面）のビーム幅を調整でき、間隔ｄを増加させると配列効果によってビーム幅を絞ることができる。上記間隔ｄを変化させてもｘ−ｙ平面（水平面）では、一定のビーム幅が維持されている。
【００２１】
また、上記第１実施形態では、アンテナ素子１１、１２にチョーク形成板２６、２７を装着してチョーク２８、２９を形成した場合について示したが、上部導波板２１、下部導波板２２の外周面に沿ってチョーク２８、２９を形成しても良い。
【００２２】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について説明する。
図６は、本発明の第２実施形態に係る半円ラジアルアンテナ１０の縦断面図である。この第２実施形態に係る半円ラジアルアンテナ１０は、上記第１実施形態において、２つのアンテナ素子１１、１２の間に例えば金属製の仕切板３５を設けたものである。
【００２３】
上記のようにアンテナ素子１１、１２の間に仕切板３５を設けることにより、交差偏波を抑制して初期の特性を得ることができる。
【００２４】
（第３実施形態）
次に本発明の第３実施形態について説明する。
図７は、本発明の第３実施形態に係る半円ラジアルアンテナ１０の縦断面図である。この第３実施形態は、上記第１実施形態における半円ラジアルアンテナ１０において、アンテナ素子１１、１２を構成する上部導波板２１及び下部導波板２２の外周面に互いに対向するようにテーパ部３７を形成したものである。この場合、アンテナ素子１１、１２間、すなわちアンテナ素子１１の下部導波板２２及びアンテナ素子１２の上部導波板２１の外周面にも対向するようにテーパ部３８を形成する。その他の構成は、第１実施形態における半円ラジアルアンテナ１０と同様の構成であるので、詳細な説明は省略する。
【００２５】
上記のようにアンテナ素子１１、１２を構成する上部導波板２１及び下部導波板２２の外周面にテーパ部３７、３８を形成し、そのテーパ角度を調整することにより、アンテナ素子１１、１２から放射される垂直面ビームの放射角度を調整することができる。
【００２６】
また、図８に示すように上部導波板２１及び下部導波板２２にテーパ部３７のみを設け、上記図７におけるアンテナ素子１１、１２間のテーパ部３８を省略しても良い。このようにアンテナ素子１１、１２間のテーパ部３８を省略した場合においても、図７に示したようにテーパ部３７、３８を設けた場合と略同様の効果を得ることができる。
【００２７】
なお、図７に示したようにテーパ部３７、３８を設けた場合、あるいは図８に示したようにテーパ部３７のみを設けた場合において、更に、上記第２実施形態に示したようにアンテナ素子１１、１２間に仕切板３５を設けても良いことは勿論である。
【００２８】
（第４実施形態）
次に本発明の第４実施形態について説明する。
図９は、本発明の第４実施形態に係る半円ラジアルアンテナ１０の縦断面図である。この第４実施形態では、アンテナ素子１１の下部導波板２２に給電部３１を設けると共に、アンテナ素子１２の上部導波板２１に給電部３１を設けている。また、上記アンテナ素子１１の下部導波板２２及びアンテナ素子１２の上部導波板２１には、上記給電部３１から短絡壁２３を通って外部に通じる透孔４１ａ、４１ｂを設け、この透孔４１ａ、４１ｂ内にリード線４２ａ、４２ｂを挿通させて外部から給電する。すなわち、外部の給電端子４３に供給される信号を２分配器４４で２分配し、その一方の分配信号を上記リード線４２ａによりアンテナ素子１１の下部導波板２２に設けた給電部３１に給電する。また、２分配器４４で２分配した他方の信号を１８０°移相器４５で位相反転し、上記リード線４２ｂによりアンテナ素子１２の上部導波板２１に設けた給電部３１に給電する。
【００２９】
上記図９の例では、アンテナ素子１１の下部導波板２２及びアンテナ素子１２の上部導波板２１に給電部３１を設けたが、図１０に示すようにアンテナ素子１１、１２の下部導波板２２にそれぞれ給電部３１を設け、図９の場合と同様に透孔４１ａ、４１ｂ内にリード線４２ａ、４２ｂを挿通させて外部から給電するようにしても良い。図１０の場合には、外部の給電端子４３に供給される信号を２分配器４４で２分配し、そのままリード線４２ａ、４２ｂを介して給電部３１に給電する。
【００３０】
上記第４実施形態で示したように、短絡壁２３の背面側から給電部３１に給電する構成とすることにより、アンテナ素子を３素子以上アレイ配置する場合に、各アンテナ素子への給電を容易に行なうことができる。
【００３１】
なお、上記各実施形態では、２つのアンテナ素子１１、１２をアレイ配置する場合について示したが、更に多数のアンテナ素子をアレイ配置する場合においても、同様にして実施し得るものである。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、複数にアンテナ素子をアレイ配置してなる半円ラジアルアンテナにおいて、アンテナ外周面の上側及び下側にチョークを設けることにより、アンテナ後方領域への不要放射を減少してＦ／Ｂ比を著しく改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半円ラジアルアンテナの構成を示す外観斜視図。
【図２】同実施形態における半円ラジアルアンテナの縦断面図。
【図３】同実施形態における給電部分を示す一部断面図。
【図４】同実施形態におけるチョークの高さＺｃｈを変化させた場合のＦ／Ｂ比を示す図。
【図５】同実施形態におけるｘ−ｙ平面（水平面）及びｙ−ｚ平面（垂直面）の放射パターンを示す図。
【図６】本発明の第２実施形態に係る半円ラジアルアンテナの構成を示す縦断面図。
【図７】本発明の第３実施形態に係る半円ラジアルアンテナの構成を示す縦断面図。
【図８】同実施形態における応用例を示す半円ラジアルアンテナの縦断面図。
【図９】本発明の第４実施形態に係る半円ラジアルアンテナの構成を示す縦断面図。
【図１０】同実施形態における応用例を示す半円ラジアルアンテナの縦断面図。
【符号の説明】
１０…半円ラジアルアンテナ
１１．１２…半円ラジアルアンテナ素子
２１…上部導波板
２２…下部導波板
２３…短絡壁
２４…半円ラジアル導波路
２６、２７…チョーク形成板
２８、２９…チョーク
３１…給電部
３２…同軸コネクタ
３３…給電ピン
３５…仕切板
３７、３８…テーパ部
４１ａ、４１ｂ…透孔
４２ａ、４２ｂ…リード線
４３…給電端子
４４…２分配器
４５…１８０°移相器
【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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【図１０】
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