(57)【要約】【課題】同軸線路の外導体と放射素子の間隔が広くても、放射抵抗の小さい放射素子を得ることにより、放射素子を多素子アレー化した場合においても同軸線路とのインピーダンス整合を容易に実現可能なアンテナ装置を得る。【解決手段】同軸線路３と、前記同軸線路３の長手方向に垂直となる方向に設けられ、かつ前記同軸線路３の外導体２を分断するスリット４と、前記同軸線路３の外導体２と前記スリット４を取り囲むように設けられた電気長が概ね１／４波長の筒状金属導体からなり、前記筒状金属導体の一方の端部を前記同軸線路３の外導体２と短絡した放射素子５とを備える。【選択図】図１
2009278464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同軸線路と、
前記同軸線路の長手方向に垂直となる方向に設けられ、かつ前記同軸線路の外導体を分断するスリットと、
前記同軸線路の外導体と前記スリットを取り囲むように設けられた電気長が概ね１／４波長の筒状金属導体からなり、前記筒状金属導体の一方の端部を前記同軸線路の外導体と短絡した放射素子と
を備えたアンテナ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナ装置において、
前記放射素子と前記同軸線路の外導体との間に誘電体を充填した
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のアンテナ装置を、前記同軸線路の長手方向に複数個配列してアレーアンテナとした
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
請求項３に記載のアンテナ装置において、
前記放射素子の隣り合う素子配列間隔を、前記同軸線路の管内波長の概ね１波長とした
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項５】
請求項３に記載のアンテナ装置において、
前記放射素子の隣り合う素子配列間隔を、前記同軸線路３の管内波長で所望の方向に波面が形成される電気長とした
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項に記載のアンテナ装置において、
前記同軸線路の一方の端部を無反射終端とした
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項７】
請求項１から５までのいずれか１項に記載のアンテナ装置において、
前記同軸線路の一方の端部に最も近いスリット４から前記一方の端部に向かう前記同軸線路の長手方向の距離が前記同軸線路の管内波長の概ねｎ／２（ｎ；整数）波長となる位置で、前記同軸線路の外導体と内導体とを短絡した
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項８】
請求項１から５までのいずれか１項に記載のアンテナ装置において、
前記同軸線路の一方の端部に最も近いスリットから前記一方の端部に向かう前記同軸線路の長手方向の距離が前記同軸線路の管内波長の概ね（２ｎ＋１）／４（ｎ；整数）波長となる位置で、記同軸線路の外導体２と内導体とを開放とした
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】
この発明は、同軸線路の外導体をスリットにより切断し、放射素子に電磁結合させるようにしたアンテナ装置に関し、特に放射素子を低インピーダンス化するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
この発明に関連するアンテナ装置として、同軸線路と、同軸線路の長手方向に垂直となる方向に設けられ、かつ同軸線路の外導体を分断するスリットと、同軸線路の外導体およびスリットを取り囲むように設けられた長さ概ね１／２波長の筒状金属導体の放射素子からなるアンテナ装置である（例えば特許文献１参照）。この従来のアンテナ装置の同軸線路に電波を給電すると、同軸線路の外導体を流れる電流がスリットにより分断されるので、スリットから電波が放射される。放射素子の長さは概ね１／２波長であるので、スリット上から放射された電波は同軸線路の外導体と放射素子に囲まれた空間内で共振し、放射素子の端部から電波が空間に放射されることになる。
【０００３】
また、別の関連するアンテナ装置として、同軸線路と、同軸線路の長手方向に垂直となる方向に設けられ、かつ同軸線路の外導体を分断するスリットと、スリットの両側に同軸線路の外導体を囲むように設けられた長さ概ね１／４波長の筒状金属導体ペアの放射素子からなるアンテナ装置である（例えば特許文献２参照）。この従来のアンテナ装置の同軸線路に電波を給電すると、同軸線路の外導体を流れる電流がスリットにより分断されるので、スリットから電波が放射される。スリット両側に設けられた筒状金属導体ペアはそれぞれ長さ概ね１／４波長であり、先端が開放されているので、放射素子としては概ねは１／２波長のダイポールアンテナを形成していることになる。このため、スリットから放射された電波は放射素子の表面で共振し、電波が空間に放射されることになる。
【０００４】
【特許文献１】特許第３２３２９４４号公報（図４）
【特許文献２】実公平６−４１３７７号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１のアンテナ装置において、同軸線路と当該アンテナ装置のインピーダンス整合を行うためには、全ての放射素子の放射抵抗の総和が同軸線路のインピーダンスと等しくする必要がある。したがって、各放射素子の放射抵抗は、同軸線路のインピーダンスよりも小さくする必要がある。特許文献１のアンテナ装置では、同軸線路の外導体と放射素子の間隔を狭くすることにより、放射抵抗を小さくすることが可能である。
【０００６】
しかし、放射素子が多素子の場合には各放射素子の放射インピーダンスを非常に小さくしなければならないので、同軸線路の外導体と放射素子の間隔を非常に狭くする必要があり、製造が困難になる、あるいは製造誤差の影響が大きくなるという課題があった。また、同軸線路の根元でインピーダンス変成器を設けることにより、同軸線路の外導体と放射素子の間隔を広くすることも可能であるが、インピーダンス変成器を設けたことにより、当該アンテナ装置が動作し得る周波数帯域が狭くなるという課題があった。
【０００７】
さらに、特許文献１のアンテナ装置においては、放射素子の配列間隔は同軸線路の管内波長の概ね１波長となる。このため、同軸線路の内導体と外導体の間に誘電体が充填される場合には、放射素子の配列間隔が小さくなり、隣接する放射素子端部の距離が短くなる。したがって、放射素子間の相互結合が大きくなり、当該アンテナ装置の入力反射特性の劣化や放射特性の劣化につながるという課題があった。
【０００８】
また、特許文献２のアンテナ装置においては、同軸線路と当該アンテナ装置の接続部分においてインピーダンス変成器を設けることにより、同軸線路とのインピーダンス整合を行っている。このため、インピーダンス変成器を設けたことにより、当該アンテナ装置が動作し得る周波数帯域が狭くなるという課題があった。
【０００９】
さらに、特許文献２のアンテナ装置においては、放射素子はスリットの両側の筒状金属導体のペアで形成される必要があり、放射素子の配列間隔は同軸線路の管内波長の概ね１波長となる。このため、同軸線路の内導体と外導体の間に誘電体が充填される場合には、放射素子の配列間隔が小さくなり、隣接する放射素子端部の距離が短くなる。したがって、放射素子間の相互結合が大きくなり、当該アンテナ装置の入力反射特性の劣化や放射特性の劣化につながるという課題があった。
【００１０】
この発明は前記のような課題を解決するためになされたもので、同軸線路の外導体と放射素子の間隔が広くても、放射抵抗の小さい放射素子を得ることにより、放射素子を多素子アレー化した場合においても同軸線路とのインピーダンス整合を容易に実現可能なアンテナ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係るアンテナ装置は、同軸線路と、前記同軸線路の長手方向に垂直となる方向に設けられ、かつ前記同軸線路の外導体を分断するスリットと、前記同軸線路の外導体と前記スリットを取り囲むように設けられた電気長が概ね１／４波長の筒状金属導体からなり、前記筒状金属導体の一方の端部を前記同軸線路の外導体と短絡した放射素子とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、同軸線路の外導体と放射素子の間隔が広くても、放射抵抗の小さい放射素子を得ることにより、放射素子を多素子アレー化した場合においても同軸線路とのインピーダンス整合が容易に実現可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置を示す構成図であり、図２は、その断面図である。これら図に示す実施の形態１に係るアンテナ装置は、内導体１と外導体２とで形成される同軸線路３と、同軸線路３の長手方向に垂直となる方向に設けられ、かつ同軸線路３の外導体２を分断するスリット４と、同軸線路３の外導体２とスリット４を取り囲むように設けられ、電気長が概ね１／４波長の筒状金属導体からなり、筒状金属導体の一方の端部を同軸線路３の外導体２と短絡した放射素子５とを備えている。ここで、同軸線路３の内導体１と外導体２のそれぞれの断面形状を例えば円形とし、同様に、放射素子５の断面形状も円形とする。なお、６は放射素子５の長さ、７は同軸線路３の外導体２と放射素子５との間隔を示す。
【００１４】
次に動作について説明する。同軸線路３に電波を入力すると、同軸線路の外導体２に流れる電流はスリット４による分断される。このため、スリット４には電界が励起され、同軸外導体２と放射素子５に囲まれた空間に電波が放射される。放射素子５の長さ６は概ね１／４波長であり、かつ同軸外導体２と放射素子５に囲まれた空間の一方は短絡端となっており、他方は開放端となっている。このため、スリット４から放射された電波は、同軸線路３の外導体２と放射素子５に囲まれた空間で共振し、その開放端から空間に放射される。
【００１５】
以上のように構成された実施の形態１に係るアンテナ装置では、放射素子５の片側を短絡しているので、放射抵抗が小さくなる。この特性を次に説明する。図３は、実施の形態１に係るアンテナ装置のインピーダンス特性を、特許文献１のアンテナ装置のインピーダンス特性と比較して示している。すなわち、図３において、横軸は規格化周波数、縦軸はインピーダンス値であり、実施の形態１に係るアンテナ装置の放射抵抗特性８ａ及びリアクタンス特性８ｂと、特許文献１のアンテナ装置の放射抵抗特性９ａ及びリアクタンス特性９ｂを示している。なお、同軸線路３の外導体２と放射素子５との間隔７は、いずれも同じ長さとしている。図３から理解されるように、リアクタンス特性８ｂと９ｂが０となる周波数、すなわち共振周波数において取り得る放射抵抗特性８ａと９ａの値は、実施の形態１に係るアンテナ装置の放射抵抗特性８ａの方が特許文献１のアンテナ装置の放射抵抗特性９ａと比べて小さくなることがわかる。
【００１６】
特許文献１のアンテナ装置において、実施の形態１に係るアンテナ装置と同じ低い放射抵抗特性を得るためには、間隔７を非常に小さくしなければならず、製造が困難になる、また製造誤差の影響を受けやすくなる。したがって、実施の形態１に係るアンテナ装置は、間隔７の長さが大きくても放射抵抗を小さくすることができるので、製造が容易であるという効果がある。また、同じ放射抵抗値を得るという条件下においては、特許文献１のアンテナ装置と比べて間隔７の長さが大きくなるので、製造誤差の影響を受けにくくなるという効果がある。
【００１７】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の断面図である。図４において、図１及び図２に示す実施の形態１と同一構成は同一符号を付してその説明は省略する。図４に示す実施の形態２においては、同軸線路３の外導体２と放射素子５との間に誘電体１０を充填している。本実施の形態２に係るアンテナ装置の動作原理は、前述した実施の形態１と同様である。
【００１８】
したがって、図４のように構成された実施の形態２に係るアンテナ装置では、同軸線路３の外導体２と放射素子５との間隔７の長さが大きくても放射抵抗を小さくすることができるので、製造が容易であるという効果がある。また、同じ放射抵抗値を得るという条件下においては、特許文献１のアンテナ装置と比べて間隔７の長さが大きくなるので、製造誤差の影響を受けにくくなるという効果がある。さらに、同軸線路３の外導体２と放射素子５との間に誘電体１０が充填されているので、同軸線路３の剛性を保つことができ、機械的な強度が増すという効果がある。
【００１９】
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３に係るアンテナ装置の断面図である。本実施の形態３では、例えば実施の形態１に係るアンテナ装置（以下、アンテナ素子１１と呼ぶ）を同軸線路３の長手方向に所定の配列間隔１２で複数個配置しアレーアンテナとする。配列間隔１２は、例えば同軸線路３の管内波長の概ね１波長とする。また、同軸線路３の一方の端部を無反射終端器１３により終端するものとする。
【００２０】
本実施の形態３では、アンテナ素子１１が同軸線路３の長手方向に管内波長の概ね１波長となる配列間隔で配列されているので、本アンテナ装置を等価回路で表現すると、図６のようになる。図６において、１４はアンテナ素子１１単体の放射抵抗Ｚｎ（ｎ＝１，２，・・・，ｎ）を表し、１５は同軸線路３の特性インピーダンスＺ０を表す。図６より、本アンテナ装置の入力インピーダンスは、下式（１）で与えられる。
【００２１】
【数１】
2009278464.tif 000003
【００２２】
これより、本アンテナ装置へ電波を給電したときの反射波を小さくするには、式（１）を同軸線路３の特性インピーダンス１５に近づける必要があるので、各アンテナ素子１１の放射抵抗１４をできるだけ小さくする必要がある。実施の形態１でも記述したように、本アンテナ装置を構成するアンテナ素子１１においては小さい放射抵抗を得ることが容易である。したがって、本アンテナ装置は反射波を小さくすることが容易であるという効果がある。すなわち、本アンテナ装置へ給電した電波を効率よく空間に放射できるという効果がある。
【００２３】
また、放射素子５の長さ６は概ね１／４波長であり、特許文献１に記載されている長さが概ね１／２波長の従来の放射素子と比べて、小さくなっている。つまり、放射素子５が従来と比べて小型化されている。したがって、実施の形態２に係るアンテナ装置においては、放射素子５間の相互結合量が小さくなり、反射特性および放射特性の劣化を抑圧できるという効果がある。
【００２４】
以上は、本アンテナ装置を送信用アンテナとして用いた場合についてその効果を説明するものであるが、本アンテナ装置を受信用アンテナとして用いた場合にも同様の効果を得る。また、図５に示す実施の形態３は、図１及び図２に示す実施の形態１に適用した例を示したが、図４に示す実施の形態２にも同様に実施できる。
【００２５】
実施の形態４．
図７は、この発明の実施の形態４に係るアンテナ装置の断面図である。本実施の形態４では、実施の形態３と同様に、例えば実施の形態１のアンテナ装置（以下、アンテナ素子１１と呼ぶ）を同軸線路３の長手方向に所定の配列間隔１２で複数個配置しアレーアンテナとする。そして、配列間隔１２、つまり放射素子５の隣り合う素子配列間隔１２を、同軸線路３の管内波長の概ね１波長とする。また、同軸線路３の一方の端部に最も近いアンテナ素子１１を構成するスリット４からの間隔１６の位置において同軸線路３の内導体１と同軸線路の外導体２を電気的に短絡し、かつ間隔１６を同軸線路３の管内波長の概ねｎ／２波長（ｎ；整数）になるように選定する。
【００２６】
本実施の形態４では、アンテナ素子１１が同軸線路３の長手方向に管内波長の概ね１波長となる配列間隔で配列され、かつ同軸線路３の一方の端部から管内波長の概ねｎ／２波長（ｎ；整数）の位置で短絡されているので、本アンテナ装置を等価回路で表現すると、図８のようになる。図８より、本アンテナ装置の入力インピーダンスは、下式（２）で与えられる。
【００２７】
【数２】
2009278464.tif 000004
【００２８】
これより、本アンテナ装置へ電波を給電したときの反射波を小さくするには、式（２）を同軸線路３の特性インピーダンス１５に近づける必要があるので、各アンテナ素子１１の放射抵抗１４の総和を同軸線路３の特性インピーダンス１５に近づける必要があり、アンテナ素子１１の数が多い多素子アレーアンテナの場合には、一つ当たりのアンテナ素子の放射抵抗１４を小さくする必要がある。実施の形態１でも記述したように、本アンテナ装置を構成するアンテナ素子１１においては小さい放射抵抗を得ることが容易である。したがって、本アンテナ装置は反射波を小さくすることが容易であるという効果がある。すなわち、本アンテナ装置へ給電した電波を効率よく空間に放射できるという効果がある。
【００２９】
また、本アンテナ装置は同軸線路３の一方の端部において短絡しており、無反射終端等による電力消費がないので、実施の形態３と比べて各アンテナ素子１１から電波を効率よく放射できるという効果がある。すなわち、実施の形態３と比べて高効率なアンテナ装置を得ることができるという効果がある。
【００３０】
また、放射素子５の長さ６は概ね１／４波長であり、特許文献１に記載されている長さが概ね１／２波長の従来の放射素子と比べて、小さくなっている。つまり、放射素子５が従来と比べて小型化されている。したがって、実施の形態４に係るアンテナ装置においては、放射素子５間の相互結合量が小さくなり、反射特性および放射特性の劣化を抑圧できるという効果がある。
【００３１】
以上は、本アンテナ装置を送信用アンテナとして用いた場合についてその効果を説明したが、本アンテナ装置を受信用アンテナとして用いた場合にも同様の効果を得る。また、図７に示す実施の形態４は、図１及び図２に示す実施の形態１に適用した例を示したが、図４に示す実施の形態２にも同様に実施できる。
【００３２】
実施の形態５．
図９は、この発明の実施の形態５に係るアンテナ装置の断面図である。本実施の形態では、例えば実施の形態１のアンテナ装置（以下、アンテナ素子１１と呼ぶ）を同軸線路３の長手方向に配列間隔１２で複数個配置しアレーアンテナとする。配列間隔１２は、例えば同軸線路３の管内波長の概ね１波長とする。また、同軸線路３の一方の端部に最も近いアンテナ素子１１を構成するスリット４からの間隔１７の位置において同軸線路３の内導体１と同軸線路の外導体２を電気的に開放し、かつ間隔１７を同軸線路３の管内波長の概ね（２ｎ＋１）／４波長（ｎ；整数）になるように選定する。
【００３３】
本実施の形態５では、アンテナ素子１１が同軸線路３の長手方向に管内波長の概ね１波長となる配列間隔で配列され、かつ同軸線路３の一方の端部から管内波長の概ね（２ｎ＋１）／４波長（ｎ；整数）の位置で開放されているので、本アンテナ装置の等価回路表現は、図８と同じになる。したがって、本アンテナ装置は反射波を小さくすることが容易であるという効果がある。すなわち、本アンテナ装置へ給電した電波を効率よく空間に放射できるという効果がある。また、本アンテナ装置は、同軸線路３の一方の端部において開放しており、無反射終端等による電力消費がないので、実施の形態３と比べて各アンテナ素子１１から電波を効率よく放射できるという効果がある。実施の形態３と比べて、すなわち、高効率なアンテナ装置を得ることができるという効果がある。
【００３４】
また、放射素子５の長さ６は概ね１／４波長であり、特許文献１に記載されている長さが概ね１／２波長の従来の放射素子と比べて、小さくなっている。つまり、放射素子５が従来と比べて小型化されている。したがって、実施の形態５に係るアンテナ装置においては、放射素子間の相互結合量が小さくなり、反射特性および放射特性の劣化を抑圧できるという効果がある。
【００３５】
以上は、本アンテナ装置を送信用アンテナとして用いた場合についてその効果を説明したが、本アンテナ装置を受信用アンテナとして用いた場合にも同様の効果を得る。また、図９に示す実施の形態５は、図１及び図２に示す実施の形態１に適用した例を示したが、図４に示す実施の形態２にも同様に実施できる。
【００３６】
実施の形態６．
図１０は、この発明の実施の形態６に係るアンテナ装置の断面図である。本実施の形態６では、例えば実施の形態１のアンテナ装置（以下、アンテナ素子１１と呼ぶ）を同軸線路３の長手方向に所定の配列間隔１８で複数個配置してアレーアンテナとする。配列間隔１８は、下式（３）により得られる間隔ｘとする。
【００３７】
【数３】
2009278464.tif 000005
【００３８】
式（３）において、λｇは同軸線路３の管内波長、λ０は自由空間の波長である。θ０は所望のビーム方向であり、図１１のように定義される。以上のように、構成されたアンテナ装置によれば、図１１のθ０方向に波面がそろうので、当該方向をメインビーム方向とするアンテナ装置を得ることができるという効果がある。
【００３９】
また、本アンテナ装置は、複数個のアンテナ素子１１からなるアレーアンテナであるので、実施の形態３同様に、反射波を小さくすることが容易であるという効果がある。すなわち、本アンテナ装置へ給電した電波を効率よく空間に放射できるという効果がある。さらに、放射素子５の長さ６は概ね１／４波長であり、特許文献１に記載されている長さが概ね１／２波長の従来の放射素子と比べて、小さくなっている。つまり、放射素子５が従来と比べて小型化されている。したがって、実施の形態６に係るアンテナ装置においては、放射素子間の相互結合量が小さくなり、反射特性および放射特性の劣化を抑圧できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置を示す構成図である。
【図２】図１の断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置のインピーダンス特性を、特許文献１のアンテナ装置のインピーダンス特性と比較して示す特性図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の断面図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係るアンテナ装置の断面図である。
【図６】図５に示すアンテナ装置の等価回路図である。
【図７】この発明の実施の形態４に係るアンテナ装置の断面図である。
【図８】図７に示すアンテナ装置の等価回路図である。
【図９】この発明の実施の形態５に係るアンテナ装置の断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態６に係るアンテナ装置の断面図である。
【図１１】図１０におけるビーム方向の説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  内導体、２  外導体、３  同軸線路、４  スリット、５  放射素子、６  放射素子５の長さ、７  同軸線路３の外導体２と放射素子５との間隔、１０  誘電体、１１  アンテナ装置（アンテナ素子）、１２，１８  配列間隔、１３  無反射終端器、１６，１７  同軸線路３の一方の端部に最も近いアンテナ素子１１を構成するスリット４からの間隔、θ０  ビーム方向。
【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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【図１１】
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