JPH01101006A - ブロードサイド・アレーアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明は、ブロードサイド・アレーアンテナに関する
。

Ｃ従来技術とその欠点コ 一般にＴＶ受信等に用いられるアレーアンテナは、アン
テナ素子の種類、配列方法、及び励磁の方法等により種
々のアンテナ機能を持たせることができる。また、指向
性合成により放射指向性の主ビームの幅を設定し、所望
の指向性を得ることができる。

こうしたアレーアンテナにおいて、複数のアンテナ素子
を直線上に配置し、アンテナ素子の配列方向と直角な方
向に放射が最大となるように構成されたブロードサイド
・アレーアンテナがある。

従来のブロードサイド・アレーアンテナは、各々のアン
テナ素子に給電する構成となっていた。

このため、各アンテナ素子に所定の振幅と位相をもつ電
力を供給することが必要となっている。しかしながら、
上記ブロードサイド・アレーアンテナの方向特性におい
てサイドロブを小さくするためには、各アンテナ素子の
間隔が１波長よりわずかに小さい適当な長さに設定され
る。このため、これに応じた振幅及び位相を持っ電力を
、各アンテナ素子に供給しなければならない。

このように従来のブロードサイド・アレーアンテナでは
、アンテナ素子間隔及び素子長等の設定に伴って、各ア
ンテナ素子への給電が複雑となりていた。

［発明の目的］ この発明は以上のような点に鑑みてなされたもので、ア
ンテナへの給電が簡単で、かつ指向性利得が良好なブロ
ードサイド・アレーアンテナを提供することを目的とす
る。

［発明ｐ要点コ この発明は、給電素子及び無給電素子を０．５〜１波長
間隔に配列し、相互誘導により上記無給電素子に放射電
流が流れるように構成するものである。

［発明の第１実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の第１実施例を説明する
。同図（ａ）、（ｂ）はこの発明の第１実施例に係わる
ブロードサイド・アレーアンテナの構成を示す正面図及
び側面図である。同図に示すブロードサイド・アレーア
ンテナは３本の円柱ダイポールを直線上に、かつ各素子
が上記直線に直角となるように配置して構成したもので
ある。

上記ブロードサイド・アレーアンテナの中央に位置する
アンテナ素子１は給電素子であり、両脇のアンテナ素子
２，３は無給電素子となっている。

上記実施例において、３本のアンテナ素子中、給電素子
はアンテナ索子ｌのみとなっている。このため、他の２
本のアンテナ素子２，３には上記アンテナ索子１に給電
した際の相互誘導によって放射電流を流し、電波を放射
するように構成している。

ここで、アンテナ素子１に流れる電流をＩ、アンテナ素
子２，３に流れる電流を１２、各アンテナ素子間隔をｄ
ｌ、アンテナ素子長ノーＪ！ｌ−λ／４としてアンテナ
素子１の中央に電圧Ｖをかけた場合を計算すると、アン
テナ素子２，３に流れる電流２Ｉ２／Ｉ、入力インピー
ダンスＶ／Ｉは以下のようになる。

ｄ−０，５０λの場合、 ２Ｉ２／Ｉ璽０．５７８　＋　ｊ　Ｏ，３２４、Ｖ　／
　Ｉ　−７５，５８＋　ｊ２１．２１ｄ　−０，５５λ
の場合、 ２　１２　／　Ｉ　　−０，５６８＋　ｊ　Ｏ，１９２
、Ｖ　／　Ｉ　　−８６，８４＋　ｊ　２５．８５ｄ−
０，６０λの場合、 ２　Ｉ　２　　／　Ｉ　　＝　０．５８６　　＋　ｊ　
Ｏ，０７４、Ｖ／　Ｉ　　−６１，１３＋　ｊ　３１．
８５ｄ　−０，８５λの場合、 ２　１２／　Ｉ　　−０，５６［１−ｊ　Ｏ，０５２、
Ｖ　／　Ｉ　　−５８，４６＋　ｊ　３９．３７ｄ謹０
．７０λの場合、 ２１２／　Ｉ　−０，５４８−ｊ　Ｏ，２０Ｂ、Ｖ／Ｉ
糟５９．４８　＋　ｊ　４７．４３ｄ　−０，７５λの
場合、 ２１２　／　Ｉ　−０，４６８−ｊ　Ｏ，３ｇ４、Ｖ　
／　Ｉ　−８５，１６＋　３５４．２８ここで、相対利
得Ｇｈは例えばｄ−０，８５λの場合、電界強度をＥｏ
とすると以下のようになる。

（１，５８８Ｅｏ　）　２７３．１３ Ｇ　ｈ−ｘ　−−３，０８８−４，８７（ｄＢ）Ｅ　ｏ
５８．４に れより、各素子間隔における相対利得Ｇｈは以下のよう
になる。

ｄ　−０，５０λ、Ｇ　ｈ　−２，４０９−３，８２ｄ
Ｂｄ−０，５５λ、Ｇｈ膳２．６８３−４．２９ａＢｄ
舗０．６０λ、Ｇ　ｈ　−２，９３４諺４．６７ｄＢｄ
　−０，Ｂ５λ、Ｇ　ｈ　−３，０８８讃４．８７ｄＢ
ｄ　−０，７０λ、Ｇ　ｈ　−２，９４７−４，８９ａ
Ｂｄ　−０，７５λ、Ｇｈ■２．４１９−３．８４ｄＢ
上記したように、利得Ｇｈが最大となるのは、ｄ　−０
，６５λの時でＧ　ｈ　−３，０８８となる。

このように、上記素子間隔ｄ　−０，６５λにおける無
給電素子の電流■２は、Ｉ　２−　（０，５８８−ｊ　
Ｏ，０５２）Ｉであり、この場合第２項は無視できる値
であるため、給電素子の電流Ｉと同相の電流が流れる。

また、入力インピーダンスＶ／Ｉは、Ｖ／ｌ−５８，４
８＋　ｊ　３９Ｊ７　　（Ω）であり、給電線と充分に
整合のとれる値となっている。

以上のように、給電素子及び複数の無給電素子で構成さ
れたブロードサイド・アレーアンテナにおいて、給電素
子に流れる電流による相互誘導によって無給電素子に放
射電流を流すことができる。

次に、給電素子と無給電素子に流れる電流が同相となる
条件下において、アンテナ素子長は、半波長（λ／２）
より若干短い方が効果が大きい。

これを第１図から第３図までを参照して説明する。

第２図、第３図はそれぞれ５本、７本のアンテナ素子か
らなるブロードサイド・アレーアンテナの構成を示す図
である。何れのブロードサイド・アレーアンテナも中央
に位置するアンテナ素子のみが給電素子であり、その他
のアンテナ素子は無給電素子となっている。ここで、上
記のような構成のブロードサイド・アレーアンテナの素
子長及び素子間隔を以下のように設定する。

３本の場合、Ｉｚ／ノー０．９４、ｄ　＞　／　Ｊ２−
２．９５本の場合、ノ１／、ｌ’−０，９４、ｄ、／ノ
ー２８９１２／、ｆｆ−０．９４、ｄ２／ノー３．４７
本の場合、１１／ｉ＝０．９４、ｄ１／ノー２．９１２
／Ｉ！−０，９４、ｄ２／ノー３．４Ｉ！ｓ／ｉ−０，
９８、ｄ３／ノー３．６上記のように多値に設定した場
合の利得を、第４図においてＯ印で示す。第４図の横軸
はＡ／λ２　（Ａはアンテナ素子配置面積）であり、縦
軸は指向性利得Ｇｈで次式で与えられる。

ただし、ηは開口能率で１００％の場合を第４図中に破
線で示している。また、図中ａは３素子、ｂは５素子、
Ｃは７素子からなるアンテナの利得を示している。なお
、ロ、Δ印は後述する第２実施例におけるブロードサイ
ド・アレーアンテナの利得値を示すものである。

第４図に示すように、何れの素子数のアンテナも開口能
率は１００％より低くなっている。しかし、３素子の場
合では素子配列面積を波長の２乗で除したＡ／λ２は、
ノーノ１−λ／４、ｄ−〇、Ｂ５λに設定したアンテナ
と、素子長及び素子間隔を上記のように設定したアンテ
ナの何れも０．７にほぼ等しいが、利得Ｇｈはノーノ１
−λ／４と設定した場合は４．８７ｄＢでありたちのが
、７．７ｄＢに上昇している。

このように、無給電素子を給電素子よりわずかに短い適
当な値に設定し、素子間隔を０．５〜１λとすることに
より高利得のブロードサイド・アレーアンテナを構成す
ることができる。これは５素子及び７素子で構成された
アンテナについても同様である。

なお、上記実施例ではダイポールアンテナを配列して構
成したブロードサイド・アレーアンテナについて説明し
たが、この発明は垂直偏波用または円偏波用の素子を用
いることにより、各種偏波の送受信用アンテナを構成す
ることも可能である。

［発明の第２実施例］ 以下、第５図を参照してこの発明の第２実施例を説明す
る。同図（ａ）、（ｂ）はこの発明の第２実施例に係わ
るブロードサイド・アレーアンテナの構成を示す正面図
及び側面図である。同図に示すようにブロードサイド・
アレーアンテナ１１は、３本の無給電素子と２本の給電
素子からなり、各素子が交互に配置されている。そして
アンテナの放射方向と垂直に、アンテナ素子から距離Ｓ
を隔てて反射板１２が取付けられている。この反射板１
２は、上記アンテナ１１の開口面積以上の面積をもち、
金属板または金属メツシュ等で構成されている。

そして、この反射板■２を取付けることにより、上記ブ
ロードサイド・アレーアンテナ１１は単指向性となって
いる。

上記のような構成において素子と反射板との間隔ＳがＳ
−λ／４，３λ／４のとき、素子長、素子間隔を以下の
ように設定した際のアンテナの利得を、第４図中にＳ−
λ／４の場合をΔ印、Ｓ−３λ／４の場合を０印で示し
ている。

Ｓ−λ／４としたとき、 ３素子の場合、ｌ！ｌ／ノー０．９２、ｄ、＃’−３，
２５素子の場合、ノ、／ノー０．９２、ｄ１／ｌ！−３
，４，１’２／ノ纏０．９２、ｄ２／ｌ！目３，８７素
子の場合、ノ１７ノー０．８８、ｄｘ／ｉ−３，６ノ２
／ノー０．９０、ｄ２／ｌ’−３，８Ｉ！３７ノー０．
９２、ｄｓ／ノー３，８Ｓ−３λ／４としたとき、 ３素子の場合、Ｉｓ／ｌ−０，９０、ｄｔ／ノー３．０
５素子の場合、ノ１／ノー０．９０、ｄｉ／、ｆｆ−３
，０１２／Ｊ！−０，９４、ｄ２／ノー３．８７素子の
場合、ノ１／ノー０．９０、ｄ１／ノー３．０１２／ノ
■０．９４、ｄ２／ノ噂３．８′ノ３／ノー０６９６、
ｄ３／ノー４．０また、５素子からなる上記ブロードサ
イド・アレーアンテナの、Ｓ−３λ／４の場合の指向特
性を第６図に示している。第６図（ａ）はダイポールを
水平に切った面の水平面指向性を示し、第６図（ｂ）は
ダイポールの中央を垂直に切った面の垂直面指向性を示
している。

このように反射板を取付けることにより、何れの本数で
構成されたブロードサイド・アレーアンテナでも、第４
図中にΔ印、０印で示すように利得が向上し、また単指
向性として機能し、サイドロブを低く押え効率の良い放
射を行なうことができる。　　　　　。

なお、素子本数３本、５本の構成によるアンテナにおい
て、開口能率が１００％を越えた値があるが、これは開
口面積を素子長×索子間隔としたためで、有効面積が少
なめに算出されているためである。

また、上記アンテナの利得をさらに増加させるには、ア
ンテナ素子長、及び素子間隔を上記設定した値で構成さ
れたブロードサイド・アレーアンテナを上下、左右に配
列し、それぞれのアンテナに並列給電することにより達
成できる。この場合の指向性は、各アンテナの配列を考
慮することにより、さらにサイドロブレベルを減少させ
ることができる。

なお、上記実施例では反射板１２は金属板または金属メ
ツシュにより構成したが、ビル等の壁面に用いられるコ
ンクリートまたはモルタル壁が反射板となるようにアン
テナを設置することにより、上記実施例と同様の効果を
得ることができる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、給電素子及び無給電素
子を０．５〜１波長間隔に配列し、相互誘導により上記
無給電素子に放射電流が流れるように構成することによ
り、ブロードサイド・アレーアンテナへの給電箇所が減
少し、アンテナの構成が簡単となりコストダウンが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例に係わる３素子からなる
ブロードサイド・アレーアンテナの構成を示す図、第２
図は同実施例における５素子からなるブロードサイド・
アレーアンテナの構成を示す図、第３図は同実施例にお
ける７素子からなるブロードサイド・アレーアンテナの
構成を示す図、第４図は素子配列面積と利得との関係を
示す図、第５図はこの発明の第２実施例に係わる反射板
を取付けたブロードサイド・アレーアンテナの構成を示
す図、第６図はブロードサイド・アレーアンテナの指向
特性を示す図である。 １．２．３・・・アンテナ素子、１１・・・ブロードサ
イド・アレーアンテナ、１２・・・反射板。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 （ａ）　　　　　　　　（ｂ） 第１図 １Ｉ２図 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）給電素子及び無給電素子を０．５〜 １波長間隔に配列し、相互誘導により上記無給電素子に
   放射電流が流れるように構成したことを特徴とするブロ
   ードサイド・アレーアンテナ。
2. （２）上記給電素子及び無給電素子の配列方向と平行に
   、単指向性を得るための反射板を具備したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のブロードサイド・アレ
   ーアンテナ。