JP3201736B2 - 多層媒質誘電体アンテナ - Google Patents
多層媒質誘電体アンテナInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、多層媒質誘電体ア
ンテナに関する。
ンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、誘電体線路を用いたアンテナ（以
下、誘電体アンテナという）は、誘電体線路に表面波モ
ードを励振するために、導波管の開口部や電磁ホーン等
の一次アンテナ素子が用いられ、実用化がなされてい
る。
下、誘電体アンテナという）は、誘電体線路に表面波モ
ードを励振するために、導波管の開口部や電磁ホーン等
の一次アンテナ素子が用いられ、実用化がなされてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の誘電体アンテナには、以下のような欠点が
あった。すなわち、誘電体アンテナに表面波モードを励
振するためには、上述のように一次アンテナ素子が用い
られるため、伝送線路を通して送られてくる伝送エネル
ギーを放射エネルギーに変換する場合、給電部分からの
直接放射が存在して表面波モードへの変換効率が悪く、
設計の段階で指向性を予測することが極めて困難であっ
た。
ような従来の誘電体アンテナには、以下のような欠点が
あった。すなわち、誘電体アンテナに表面波モードを励
振するためには、上述のように一次アンテナ素子が用い
られるため、伝送線路を通して送られてくる伝送エネル
ギーを放射エネルギーに変換する場合、給電部分からの
直接放射が存在して表面波モードへの変換効率が悪く、
設計の段階で指向性を予測することが極めて困難であっ
た。
【０００４】本発明は、上記のような従来技術の有する
欠点を除去すべくなされたものであって、平行２本線路
のＴＥＭモードを多層媒質のハイブリットダイポールモ
ード（表面波モード）に結合させ、ＴＥＭモードのエネ
ルギーをハイブリットダイポールモードに効率よく変換
し得るかつ小型な多層媒質アンテナを提供することを目
的とする。
欠点を除去すべくなされたものであって、平行２本線路
のＴＥＭモードを多層媒質のハイブリットダイポールモ
ード（表面波モード）に結合させ、ＴＥＭモードのエネ
ルギーをハイブリットダイポールモードに効率よく変換
し得るかつ小型な多層媒質アンテナを提供することを目
的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、線路径がｄ、
線路長がＬ、線路間隔がＳとされる平行２本線路と、こ
の平行２本線路を円形同心状に覆う比誘電率がεr1で外
径がｒ1 とされる第１媒質と比誘電率がεr2で外径がｒ
2 とされる第２媒質とで構成される誘電体線路からなる
多層媒質誘電体アンテナであって、前記平行２本線路の
長さＬは0.5 λ 0 〜３λ0 （λ0 ；使用周波数の波長）
とされ、前記第１媒質の外径ｒ1 と第２媒質の外径ｒ2
の比ｒ1 ／ｒ2 の大きさは0.1 〜0.9 とされ、前記線路
間隔Ｓは0.1 ｒ1 〜0.4 ｒ1 とされることを特徴とする
多層媒質誘電体アンテナである。なお、前記第２媒質の
外径ｒ2 は0.5 λ0 より小さいのが望ましい。
線路長がＬ、線路間隔がＳとされる平行２本線路と、こ
の平行２本線路を円形同心状に覆う比誘電率がεr1で外
径がｒ1 とされる第１媒質と比誘電率がεr2で外径がｒ
2 とされる第２媒質とで構成される誘電体線路からなる
多層媒質誘電体アンテナであって、前記平行２本線路の
長さＬは0.5 λ 0 〜３λ0 （λ0 ；使用周波数の波長）
とされ、前記第１媒質の外径ｒ1 と第２媒質の外径ｒ2
の比ｒ1 ／ｒ2 の大きさは0.1 〜0.9 とされ、前記線路
間隔Ｓは0.1 ｒ1 〜0.4 ｒ1 とされることを特徴とする
多層媒質誘電体アンテナである。なお、前記第２媒質の
外径ｒ2 は0.5 λ0 より小さいのが望ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施の形
態について、図面を参照して詳しく説明する。図１は本
発明に係わる多層媒質誘電体アンテナの一実施例を示す
正面図、図２はそのＡ−Ａ矢視断面図である。
態について、図面を参照して詳しく説明する。図１は本
発明に係わる多層媒質誘電体アンテナの一実施例を示す
正面図、図２はそのＡ−Ａ矢視断面図である。
【０００７】これらの図において、１は誘電体線路であ
り、線路径ｄ、線路長Ｌ、線路間隔Ｓとされ、材質がた
とえば銅などの表面に銀めっきを施した良導体とされる
平行２本線路２と、この平行２本線路２を円形同心状に
覆う多層媒質３とで構成される。この多層媒質３は、た
とえば比誘電率がεr1で外径がｒ1 とされる第１媒質３
ａと、比誘電率がεr2で外径がｒ2 とされる第２媒質３
ｂとの多層媒質とされる。４は平行２本線路２の一方の
端部２ａ間に接続される負荷抵抗である。５は平行２本
線路２の他方の端部２ｂ間に回線６を介してＴＥＭモー
ドを給電する高周波発振装置である。
り、線路径ｄ、線路長Ｌ、線路間隔Ｓとされ、材質がた
とえば銅などの表面に銀めっきを施した良導体とされる
平行２本線路２と、この平行２本線路２を円形同心状に
覆う多層媒質３とで構成される。この多層媒質３は、た
とえば比誘電率がεr1で外径がｒ1 とされる第１媒質３
ａと、比誘電率がεr2で外径がｒ2 とされる第２媒質３
ｂとの多層媒質とされる。４は平行２本線路２の一方の
端部２ａ間に接続される負荷抵抗である。５は平行２本
線路２の他方の端部２ｂ間に回線６を介してＴＥＭモー
ドを給電する高周波発振装置である。
【０００８】このように、多層媒質誘電体アンテナ７を
構成することによって、高周波発振装置５から給電され
たＴＥＭモードの伝送エネルギーは、平行２本線路２の
中心と円形断面を有する多層媒質３の中心とが一致する
場合は主としてハイブリットダイポールモードが励振さ
れる。その結果、ＴＥＭモードの伝送エネルギーの大部
分が多層媒質の誘電体線路１のハイブリットダイポール
モードに変換される。そして、このエネルギーが誘電体
線路１の矢示Ｒの軸方向に強い指向性を持ったエンドフ
ァイヤ型の電磁波として放射される。
構成することによって、高周波発振装置５から給電され
たＴＥＭモードの伝送エネルギーは、平行２本線路２の
中心と円形断面を有する多層媒質３の中心とが一致する
場合は主としてハイブリットダイポールモードが励振さ
れる。その結果、ＴＥＭモードの伝送エネルギーの大部
分が多層媒質の誘電体線路１のハイブリットダイポール
モードに変換される。そして、このエネルギーが誘電体
線路１の矢示Ｒの軸方向に強い指向性を持ったエンドフ
ァイヤ型の電磁波として放射される。
【０００９】このアンテナは、線路の各部から一様に電
磁波を放射する連続した波源からなるアレイアンテナの
一種と考えられる。アレイの各波源の指向性はＨ面が８
の字形、Ｅ面が無指向性でループアンテナと同じ指向性
を持っている。したがって、全体の指向性は矢示Ｒの軸
方向にエンドファイヤの指向性を持ち、Ｈ面がＥ面より
やや鋭い指向性を持つ。そこで、平行２本線路２のＴＥ
Ｍモードと誘電体線路１のハイブリットダイポールモー
ドとのインピーダンスマッチングがよいため、高い放射
効率が得られることになる。なお、指向性パターンは第
１媒質３ａの比誘電率εr1または線路間隔Ｓ、あるいは
線路長Ｌを変化させることによって制御することができ
る。
磁波を放射する連続した波源からなるアレイアンテナの
一種と考えられる。アレイの各波源の指向性はＨ面が８
の字形、Ｅ面が無指向性でループアンテナと同じ指向性
を持っている。したがって、全体の指向性は矢示Ｒの軸
方向にエンドファイヤの指向性を持ち、Ｈ面がＥ面より
やや鋭い指向性を持つ。そこで、平行２本線路２のＴＥ
Ｍモードと誘電体線路１のハイブリットダイポールモー
ドとのインピーダンスマッチングがよいため、高い放射
効率が得られることになる。なお、指向性パターンは第
１媒質３ａの比誘電率εr1または線路間隔Ｓ、あるいは
線路長Ｌを変化させることによって制御することができ
る。
【００１０】ここで、第１媒質３ａとしては比誘電率ε
r1が１である空気が適当であるが、空気以外にその比誘
電率εr1が2.55程度のテフロンやポリエチレンなどを用
いて位相速度を遅らせ、指向性を制御することができ
る。また、第２媒質３ｂとしては水とかチタン酸バリウ
ム系セラミック誘電体など、比誘電率εr2がたとえば２
以上の高いもので誘電体損失の小さいものがよい。
r1が１である空気が適当であるが、空気以外にその比誘
電率εr1が2.55程度のテフロンやポリエチレンなどを用
いて位相速度を遅らせ、指向性を制御することができ
る。また、第２媒質３ｂとしては水とかチタン酸バリウ
ム系セラミック誘電体など、比誘電率εr2がたとえば２
以上の高いもので誘電体損失の小さいものがよい。
【００１１】つぎに、多層媒質誘電体アンテナ７の長
さ、すなわち平行２本線路２の線路長Ｌは実用上、0.5
λ0 〜３λ0 （λ0 ；使用周波数の波長）とするのが適
当であるが、平行２本線路２のＴＥＭモードによってＨ
Ｅ11モードが励振されるまでの過渡的な部分から電磁波
が放射され、ＨＥ11モードが確立されてしまうと電磁波
が放射されなくなるため、線路が長くなると誘電体損失
の影響が大きくなる。したがって、ＨＥ11モードの伝送
モードが確立される前に電磁波として放射してしまった
方が誘電体損失の影響を受けにくいので、たとえば１λ
0 〜２λ0 のように比較的短い線路にした方が望まし
い。
さ、すなわち平行２本線路２の線路長Ｌは実用上、0.5
λ0 〜３λ0 （λ0 ；使用周波数の波長）とするのが適
当であるが、平行２本線路２のＴＥＭモードによってＨ
Ｅ11モードが励振されるまでの過渡的な部分から電磁波
が放射され、ＨＥ11モードが確立されてしまうと電磁波
が放射されなくなるため、線路が長くなると誘電体損失
の影響が大きくなる。したがって、ＨＥ11モードの伝送
モードが確立される前に電磁波として放射してしまった
方が誘電体損失の影響を受けにくいので、たとえば１λ
0 〜２λ0 のように比較的短い線路にした方が望まし
い。
【００１２】また、多層媒質誘電体アンテナ７の外径、
すなわち第２媒質３ｂの外径ｒ2 は、誘電体線路１にＨ
Ｅ11モードが生起される大きさとして0.5 λ0 より小さ
いのが望ましく、その値は第２媒質３ｂの比誘電率εr2
を大きくすることによって小さくすることができる。す
なわち、第２媒質３ｂの比誘電率εr2をたとえば90とす
れば、第２媒質３ｂの外径ｒ2 を0.11λ0 と小さくでき
る。
すなわち第２媒質３ｂの外径ｒ2 は、誘電体線路１にＨ
Ｅ11モードが生起される大きさとして0.5 λ0 より小さ
いのが望ましく、その値は第２媒質３ｂの比誘電率εr2
を大きくすることによって小さくすることができる。す
なわち、第２媒質３ｂの比誘電率εr2をたとえば90とす
れば、第２媒質３ｂの外径ｒ2 を0.11λ0 と小さくでき
る。
【００１３】一方、第１媒質３ａの外径ｒ1 について
は、第２媒質３ｂの外径ｒ2 との比ｒ 1 ／ｒ2 を0.1 〜
0.9 にするのが望ましい。その理由は、ｒ1 ／ｒ2 が0.
1 未満では内径が小さ過ぎて平行２本線路２の線路間隔
Ｓを適当に取れなくなり、また0.9 超えでは層厚が薄く
なってＴＥＭモードとＨＥ11モードとのモード間の結合
が減少する恐れが大であるからである。
は、第２媒質３ｂの外径ｒ2 との比ｒ 1 ／ｒ2 を0.1 〜
0.9 にするのが望ましい。その理由は、ｒ1 ／ｒ2 が0.
1 未満では内径が小さ過ぎて平行２本線路２の線路間隔
Ｓを適当に取れなくなり、また0.9 超えでは層厚が薄く
なってＴＥＭモードとＨＥ11モードとのモード間の結合
が減少する恐れが大であるからである。
【００１４】さらに、平行２本線路２の線路間隔Ｓにつ
いては0.1 ｒ1 〜0.4 ｒ1 とするのが望ましい。その理
由について、発明者らが実験した結果を以下に説明す
る。すなわち、線路径ｄを２mmφとし、線路長Ｌを1.1
λ0 （＝386mm 一定）とした平行２本線路２に、第１媒
質３ａとして外径ｒ1 が30.6mmφの空気（比誘電率εr1
＝１）を用い、第２媒質３ｂとして比誘電率εr2が90で
外径ｒ2 が38.6mmφのチタン酸バリウム系セラミック誘
電体を用いて本発明の多層媒質誘電体アンテナを構成
し、線路間隔Ｓを４mmから16mmまで２mm間隔で変化させ
て、放射効率を調べた。なお、このとき使用した電磁波
の中心周波数は860MHzである。
いては0.1 ｒ1 〜0.4 ｒ1 とするのが望ましい。その理
由について、発明者らが実験した結果を以下に説明す
る。すなわち、線路径ｄを２mmφとし、線路長Ｌを1.1
λ0 （＝386mm 一定）とした平行２本線路２に、第１媒
質３ａとして外径ｒ1 が30.6mmφの空気（比誘電率εr1
＝１）を用い、第２媒質３ｂとして比誘電率εr2が90で
外径ｒ2 が38.6mmφのチタン酸バリウム系セラミック誘
電体を用いて本発明の多層媒質誘電体アンテナを構成
し、線路間隔Ｓを４mmから16mmまで２mm間隔で変化させ
て、放射効率を調べた。なお、このとき使用した電磁波
の中心周波数は860MHzである。
【００１５】図３から明らかなように、本発明の多層媒
質誘電体アンテナの放射効率は線路間隔Ｓが４〜12mmの
範囲において、点線で示した従来の半波長ダイポールア
ンテナの放射効率を上回っている。したがって、線路間
隔Ｓが４〜12mmの間に、多層媒質線路と強く結合する線
路間隔Ｓの最適値が存在することがわかる。以上の実験
の結果から、上記したように、放射効率を高めるには、
線路間隔Ｓは第１媒質３ａの外径ｒ1 に対して0.1 〜0.
4 にするのがよいのである。
質誘電体アンテナの放射効率は線路間隔Ｓが４〜12mmの
範囲において、点線で示した従来の半波長ダイポールア
ンテナの放射効率を上回っている。したがって、線路間
隔Ｓが４〜12mmの間に、多層媒質線路と強く結合する線
路間隔Ｓの最適値が存在することがわかる。以上の実験
の結果から、上記したように、放射効率を高めるには、
線路間隔Ｓは第１媒質３ａの外径ｒ1 に対して0.1 〜0.
4 にするのがよいのである。
【００１６】なお、上記の例において媒質の断面形状を
円形として説明したが、本発明はこれに限るものではな
く、たとえば、楕円あるいは正方形などにしても同様の
作用効果を得ることができる。
円形として説明したが、本発明はこれに限るものではな
く、たとえば、楕円あるいは正方形などにしても同様の
作用効果を得ることができる。
【００１７】
【実施例】線路径ｄが２mmφ、線路長Ｌが386 mm（＝1.
09λ0 ）、線路間隔Ｓが４mm（Ｓ／ｒ1 ＝0.13）とされ
る平行２本線路と、第１媒質に比誘電率εr1が１、外径
ｒ 1 が30.6mmφとされる空気を用い、第２媒質に比誘電
率εr2が90、外径ｒ2 が38.6mmφ（ｒ1 ／ｒ2 ＝0.79）
とされるチタン酸バリウム系セラミック誘電体を用いた
多層媒質で構成される多層媒質誘電体アンテナの一端に
200 Ωの負荷抵抗を接続して、もう一端に高周波発振装
置から850MHzのＴＥＭモードを給電した。そのときの水
平面指向性の特性を図４に示した。この図から明らかな
ように、指向性利得が９dBのきわめてシャープなＨ面の
指向性が得られることがわかる。
09λ0 ）、線路間隔Ｓが４mm（Ｓ／ｒ1 ＝0.13）とされ
る平行２本線路と、第１媒質に比誘電率εr1が１、外径
ｒ 1 が30.6mmφとされる空気を用い、第２媒質に比誘電
率εr2が90、外径ｒ2 が38.6mmφ（ｒ1 ／ｒ2 ＝0.79）
とされるチタン酸バリウム系セラミック誘電体を用いた
多層媒質で構成される多層媒質誘電体アンテナの一端に
200 Ωの負荷抵抗を接続して、もう一端に高周波発振装
置から850MHzのＴＥＭモードを給電した。そのときの水
平面指向性の特性を図４に示した。この図から明らかな
ように、指向性利得が９dBのきわめてシャープなＨ面の
指向性が得られることがわかる。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の多層媒質
誘電体アンテナによれば、平行２本線路の長さＬは0.5
λ0 〜３λ0 とされ、第１媒質の外径ｒ1 と第２媒質の
外径ｒ 2 の比ｒ1 ／ｒ2 の大きさは0.1 〜0.9 とされ、
線路間隔Ｓは0.1 ｒ1 〜0.4 ｒ 1 とされることを特徴と
するので、変換効率がよく、かつ指向性を設計段階で予
測し得る小型のアンテナを提供することが可能である。
誘電体アンテナによれば、平行２本線路の長さＬは0.5
λ0 〜３λ0 とされ、第１媒質の外径ｒ1 と第２媒質の
外径ｒ 2 の比ｒ1 ／ｒ2 の大きさは0.1 〜0.9 とされ、
線路間隔Ｓは0.1 ｒ1 〜0.4 ｒ 1 とされることを特徴と
するので、変換効率がよく、かつ指向性を設計段階で予
測し得る小型のアンテナを提供することが可能である。
【図１】本発明に係わる多層媒質誘電体アンテナの一実
施例を示す正面図である。
施例を示す正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】放射効率の変化状況を示す特性図である。
【図４】本発明の多層媒質誘電体アンテナで得られた水
平面指向性の特性図である。
平面指向性の特性図である。
１ 誘電体線路 ２ 平行２本線路 ３ 多層媒質 ３ａ 第１媒質 ３ｂ 第２媒質 ４ 負荷抵抗 ５ 高周波発振装置 ６ 回線 ７ 多層媒質誘電体アンテナ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01Q 1/42 H01Q 9/16 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (2)
- 【請求項１】 線路径がｄ、線路長がＬ、線路間隔がＳ
とされる平行２本線路と、この平行２本線路を円形同心
状に覆う比誘電率がεr1で外径がｒ1 とされる第１媒質
と比誘電率がεr2で外径がｒ2 とされる第２媒質とで構
成される誘電体線路からなる多層媒質誘電体アンテナで
あって、 前記平行２本線路の長さＬは0.5 λ0 〜３λ0 （λ0 ；
使用周波数の波長）とされ、前記第１媒質の外径ｒ1 と
第２媒質の外径ｒ2 の比ｒ1 ／ｒ2 の大きさは0.1 〜0.
9 とされ、前記線路間隔Ｓは0.1 ｒ1 〜0.4 ｒ1 とされ
ることを特徴とする多層媒質誘電体アンテナ。 - 【請求項２】 前記第２媒質の外径ｒ2 は0.5 λ0 より
小さいことを特徴とする請求項１記載の多層媒質誘電体
アンテナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13455397A JP3201736B2 (ja) | 1997-05-26 | 1997-05-26 | 多層媒質誘電体アンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13455397A JP3201736B2 (ja) | 1997-05-26 | 1997-05-26 | 多層媒質誘電体アンテナ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10327013A JPH10327013A (ja) | 1998-12-08 |
| JP3201736B2 true JP3201736B2 (ja) | 2001-08-27 |
Family
ID=15131019
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13455397A Expired - Fee Related JP3201736B2 (ja) | 1997-05-26 | 1997-05-26 | 多層媒質誘電体アンテナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3201736B2 (ja) |
-
1997
- 1997-05-26 JP JP13455397A patent/JP3201736B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10327013A (ja) | 1998-12-08 |
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