JPH02214309A - 二重モードログ周期ダイポールアンテナ - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は一般にログ周期ダイポールアンテナ、特に１７
２波長および１波長の各ダイポール素子長に対して和お
よび差パターンを生成することができる二重モードログ
周期ダイポールアンテナに関する。

［従来技術］ ログ周期ダイポールアンテナ構造はアンテナ技術におい
て良く知られている。このような構造の論議は文献（’
　Ｂ　ｒｏａｄｂａｎｄ　　Ｌ　ｏｇａｒｌｔｈｍｌｃ
ａｌ　ＩｙＰｅｒｉｏｄｉｃ　Ａｎｔｅｎｎａ　　５ｔ
ｒｕｃｔｕｒｅｓ　　、　Ｒ，Ｈ。

ＤｕＨａｓｅ１氏他、　１９８５７年、　　Ｉ　ＲＥ　
　ＮａｔｌｏｎａｌＣｏｎｖｅｎｔｉｏｎ　、Ｒｅｃｏ
ｒｄ　、　　Ｐａｒｔ　１　、１１９乃至１２８頁）お
よび文献（“Ｌ　ｏｇ　　Ｐ　ｅｒｌｏｄｌｃ　Ｄ　１
ｐｏｌｅＡ　ｒｒｅｙｓ　　、　　Ｉ　ＲＥ　　Ｔ　ｒ
ａｎｓ、　Ａ　ｎｔｅｎｎａＰｒｏｐａｇ、、　Ｖｏｌ
、ＡＰ−８、２６０乃至２６７頁、　１９６０年５月）
に２裁されている。

［発明の解決すべき課題］ しかしながら、モノパルスおよび方向探知装置における
使用に関してＶＨＦ帯域に対して方向探知能力を備える
ために２つの分離したログ周期アレイが必要である。こ
のようなアンテナシステムは典型的に大型であり、２つ
のアンテナの電気特性は整合が難しい。さらに、単一モ
ードのダイポールアンテナは和パターンだけを放射し、
目標検出装置に必要な位相情報を提供することができな
い。

［課題解決のための手段］ 二重モード環境において動作する通常の単一モードダイ
ボールアンテナの限界を克服するために、本発明は方向
性和パターンを生成することができ、入射エネルギの到
達方向を決定するために差パターンを生成することもで
きる二重モードログ周期ダイポールアンテナ２０を提供
する。アンテナは支持構造に結合された順次長さが増加
する複数のダイポールアンテナラジェータを有する。

アンテナ２０は、その入力端部に位置された先端から外
方向に広くなるようにテーパーを形成している。各ラジ
ェータはアンテナの縦軸を横断する方向に延在する分離
した左、中央および右のラジェータを有する。各ラジェ
ータの右および中央素子は第１のダイポールアンテナア
レイに対応し、各ラジェータの中央および左の各ラジェ
ータ素子は第２のダイポールアンテナアレイに対応する
。

一方は選択された入力ラジェータの右および中央の素子
に結合され、他方が入力ラジェータの対応した左および
中央の素子に結合されている２つの入力ポートがアレイ
の入力端部に設けられている。第１の伝送ラインは第１
のダイポールアレイの各ラジェータの交互の右および中
央素子を互いに接続し、第２の伝送ラインは第２のダイ
ポールアレイの各ラジェータの交互の中央および左素子
を互いに接続する。

ハイブリッドカップラはアンテナとの間でエネルギを伝
送するために使用され、各入力ポートに同位相および逆
位相のエネルギを供給するように構成されている。アン
テナは各人力ポートにおいて直列に給電され、励起スキ
ムに応じて和および差パターンを生成する。

１実施例において、各セクション中のダイポール素子は
一直線上にあり、アレイは共通平面上にある。別の実施
例において、左および右のダイポール素子は一直線上で
共通平面上にあり、一方中央素子はそれらの各ラジェー
タ素子に平行に設けられているがそれからずらされてい
る。中央素子は、左および中央ダイポール素子を含む平
面に平行な平面に設けられている。

ダイポールアンテナは広帯域幅にわたって和および差パ
ターンを提供し、一方適切な人力インピーダンスを維持
する。アンテナは、電磁スペクトルのＨＦ、ＶＨＦまた
はＵＨＦ領域における方向探知アンテナとして動作され
ることができる。このアンテナは、通常の方向探知装置
に必要とされる２つの通常のダイポールアンテナを不要
にするものである。

［実施例］ 第１ａ図を参照すると、本発明の原理による二重モード
ログ周期ダイポールアンテナ２０の一態様が示されてい
る。アンテナ２０は非導電支持構造を含み、これは例え
ばエポキシファイバガラスのような誘電材料でもよい。

支持構造は、複数のダイポールラジェータ２４を取付け
２つの縦方向の支持部材２２ａおよび２２ｂから構成さ
れている。ダイポールラジェータ２４は例えばアルミニ
ウムのような導電材料から構成されている。

各ダイポールラジェータ２４は、参照のために左、中央
および右ラジェータ素子として記される３つの一直線導
電ロッドのまたはワイヤから成る。各ラジェータ２４の
右および中央ダイポールラジェータ素子は第１のダイポ
ールアレイを構成し、一方各ラジエータの左および中央
ダイポール放射素子は第２のダイポールアレイを構成す
る。ラジェータ２４はそれぞれ類似した３部分形態で構
成されている。

各ラジェータ２４の電気長はアンテナ２０の前端に位置
されたアンテナ２０の入力ラジェータである第１のラジ
ェータ２４ａを備えたスタートからアンテナ２０の反対
側の端部における最後のラジェータ２４ｂを備えた最終
のものまで増加する。各ラジェータの物理的な長さはま
たいくつかの最長ラジェータを除いてアンテナの長さに
したがって増加する。アンテナ２０のコンパクト化を容
易にするために最長波長の放射線を放射するラジェータ
は物理的に短くされ、インダクタンス素子２６によって
電子的に長くされる。インダクタンス素子２Ｂは第１ｃ
図においてさらに明確に示されている。

技術的に良く知られているので詳細な説明は省略するが
、２つの通常の人力ポート２８は、第１のラジェータ２
４ａにおけるアンテナ２０の前端に設けられている。２
つの入力ポート２８は別々に各アンテナアレイの放射素
子を互いに接続するために使用される各伝送ラインに結
合されている。特に、第１ｂ図を参照すると、各伝送ラ
インは複数の導電素子３２を含み、各アレイの交互の右
および中央ラジェータ素子を交差するように接続する。

簡単に述べると、接続は第１のラジェータの中央ラジェ
ータ素子と第２のラジェータの右ラジェータ素子との間
で行われ、次にその右ラジェータ素子は第３のラジェー
タの中央ラジェータ素子に接続され、以下そのように行
われる。同様に、第１のラジェータの右ラジェータ素子
は第２のラジェータの中央ラジェータ素子に接続され、
次にこのラジェータ素子は第３のラジェータの右ラジェ
ータ素子に接続され、以下そのように行われる。

左および中央ラジェータ素子は類似の方法で互いに接続
されている。

技術的に良く知られており、ここでは論じられない通常
のハイブリッドカップラは、アンテナ２゜との間でエネ
ルギを結合するために入力ポート２８に結合されている
。通常の同軸またはツインリード伝送ライン３０は、ア
ンテナ２０に結合された送信器または受信器に結合する
ためにハイブリッドカップラに結合されている。

本発明のアンテナ２０は電磁スペクトルのＩＦ。

ＶＨＦまたはＵＨＦ領域において動作される。アンテナ
２０は方向探知アンテナとして良好に適合される。

アンテナ２０の一般的な動作に関して、その放射応答特
性は単一のダイポールアンテナが２つの別々の給電ライ
ンによって励起されるときに生成される応答特性に類似
している。２つの給電ラインは各ラジェータの端部から
等距離に設けられている。

同位相エネルギで両給電ラインを動作することによって
、ラジェータはＬ−λ／２で共振し、共通の中央給電λ
／２ダイポールラジェータの電流分布特性を生成する。

しかしながら、両給電ラインが位相エネルギが１８０°
ずれて付勢された場合、ラジェータはＬ−λで共振し、
λダイポールラジェータの電流分布特性を生成する。こ
れらの特有の電流分布は同位相の場合には和パターンを
、位相がずれている場合には差パターンを生成する。

アンテナ２０に対する設計事項は以下の式によって制御
される。各ラジェータの幾何学的なディメンションはロ
グ演算的に増加し、以下のように定められた幾何学的な
比率τの逆数によって限定される。

１＝Ｌｍ　Ｊｍｌ−九Ｕ、袖−猪耐 τ　Ｌ、　　ＩＩ、　　ｔｌ、、　　ｄｎＤｎここでＬ
は素子長であり、Ｒは先端からのアレイに沿った素子の
距離であり、ｄは素子間の間隔であり、Ｄは素子の直径
であり、ｎはｎ番目の素子である。上記の他に、間隔係
数は次のように定められる： この式からアンテナ２０の先端角度が決定されることが
可能であり、次のように表すことができる。

ａ層２　ｔｒｏｔ”（盟 アンテナ２０において使用される交互の給電ラインは、
放射素子間のエネルギにおける１８０　’の位相シフト
をもたらす。この位相シフトは、アンテナ２０から短い
ラジェータの方向にエネルギを向けさせる連続位相変化
を形成する。

第１図のアンテナは、雑誌（“ＲｅｄｕｃｅｄＳ　ｉｚ
ｅ　Ｌ　ｏｇ　　Ｐ　ｅｒｌｏｄｌｅ　　Ａ　ｎｔｅｎ
ｎａｓ　　　Ｔ　ｈｅＭ　１ｃｒｏｖａｖｅ　　１　ｏ
ｕｒｎａｌ、　　Ｖ　ｏｆ、　　■、　　Ｎｏ、１２．
　３７乃至４２頁、　１９６４年１２月）に概略されて
いる理論による変数τによる設計を使用する。このアン
テナに対する設計パラメータはτ−０，８７，σ−０，
０６およびα−５８，９”のように選択された。設計は
最初に機械的に長さを短くされた３つの最長素子を備え
た２０個の素子を含み、インダクタンス負荷はそれらの
電気長の範囲を増加するように設けられた。

しかしながら、アレイの長さ内に付加的な低周波素子を
提供するために０．９７のτが７つの最長素子として選
択された。この増加されたτはそれらの長さに対してで
はなく、素子間隔に適用された。

これは実効的なα角度が一定であることを可能にするも
のである。したがって、アンテナ設計は最終的に機械的
に短くされてインダクタンス負荷された４個の電気的に
最長の素子を有する２１個の素子を含んだ。さらに最低
周波素子は技術的に良く知られた方法でインピーダンス
整合のために抵抗性に負荷された。

上記の実施例は、設計の動作特性を予測するために数字
的電気コード（ＮＥＣ３）シミュレーションプログラム
として知られているコンピュータシミュレーションプロ
グラムを使用して分析された。このプログラムは米国海
軍によって開発されたものであり、カリフォルニア州モ
ンタレイのＮ　ａｖａｌ　　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎ
ｔｅｒから得ることができる。第２ａ図は典型的な中間
帯域のＥ平面和パターンを示す。ボアサイトにおける最
大利得は６．ＬｄＢｉである。パターンは７０．０°の
３ｄＢのビーム幅および２０．４ｄ　Ｂの前方対後方比
率を有する。

対応したＨ平面パターンは第２ｂ図に示されている。こ
のパターンは１３２＠の３ｄＢビ一ム幅を有する。第２
Ｃ図は典型的なＥ平面の差パターンを示す。ボアサイト
から外れた３３．０”に位置された最大利得は５．４９
ｄ　Ｂ　ｉである。第２図のグラフはｄＢｉで測定され
たパワーパターンである。

第３ａ図は和モードのＶＳＷＲ（電圧定在波比率）およ
び周波数帯域に対する利得を示す。

ＶＳＷＲは全帯域にわたって２．０　：　１よりも小さ
く、８．０ｄＢｉ以上の利得が典型的にほとんどの帯域
の上で認められる。第３ｂ図は差パターンのＶＳＷＲお
よび利得を示す。ＶＳＷＲはまた周波数帯域の非常に低
い端部を除いて２．０　：　１よりも小さい。帯域の上
半分に対する利得は８．Ｏｄ　Ｂ　ｉ以上である。しか
しながら、最長素子の抵抗負荷のために利得は低端部で
急速に降下する。

第４図を参照すると、本発明の原理による別のアンテナ
形状が示されている。このアンテナにおいて各ラジェー
タの中央ラジェータ素子はラジェータの右および左素子
から横断方向に変位される。

ラジェータの中央素子は共通平面上にあり、左および右
素子も共通平面上にある。中央素子を支持するために支
持構造を適切に修正する必要がある。

しかじな、がら、詳細に論じられないがこのような構造
を形成することは非常に簡単である。

したがって、広い帯域幅にわたって和および差パターン
を提供し、一方適切な入力インビーダンスを維持する新
しく改善されたダイポールアンテナがもたらされる。ア
ンテナは電磁スペクトルのＨＦ、ＶＨＦまたはＵＨＦ領
域において方向探知アンテナとして動作されることがで
きる。このアンテナは一般に方向探知装置で必要とされ
る２個の通常のダイポールアンテナを不要にするもので
ある。

上記の実施例は、本発明の原理の適用を表す多数の種々
の特有の態様のいくつかを説明するものに過ぎないこと
を理解すべきである。明らかに、当業者により本発明の
技術的範囲を逸脱することなく多数の種々の別の装置が
容易に設計されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図乃至第１Ｃ図は、本発明の原理による二重モー
ドログ周期ダイポールアンテナの一実施例を示す。 第２ａ図乃至第２Ｃ図は第１図のアンテナによって与え
られる放射パターンを表すグラフを示す。 第３ａ図および第３ｂ図は第１図のアンテナに対する和
モード利得およびＶＳＷＲ，並びに差モ周期ダイポール
アンテナの第２の実施例を示す。 ２０・・・二重モードログ周期ダイポールアンテナ、２
２ａ　、　２２ｂ・・・支持部材、２４・・・ダイポー
ルラジェータ、２ト・・インダクタンス素子、２Ｂ・・
・人力ポート、３２・・・導電素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）非導電性の支持構造と、 アンテナの縦軸を横断する方向に延在する分離した左、
   中央および右ラジエータ素子をそれぞれ有して支持基体
   に取付けられ、各ラジエータの右および中央の各ラジエ
   ータ素子は第１のダイポールアンテナに対応し、各ラジ
   エータの中央および左の各ラジエータ素子は第２のダイ
   ポールアンテナに対応しており、ラジエータ素子の長さ
   が順次増加している複数のダイポールラジエータと、一
   方は選択されたラジエータの右および中央素子に結合さ
   れ、他方は選択されたラジエータの左および中央素子に
   結合されている２つの入力ポートと、 第１のアレイの各ラジエータの交互の右および中央素子
   を互いに接続する第１の伝送ラインと、第２のアレイの
   各ラジエータの交互の中央および左素子を互いに接続す
   る第２の伝送ラインとを含む二重モードログ周期ダイポ
   ールアンテナ。 （２）各ラジエータの左、中央および右素子は実質的に
   一直線上にある請求項１記載のアンテナ。 （３）複数のラジエータは実質的に共通平面上にある請
   求項２記載のアンテナ。 （４）各ラジエータの左、中央および右素子は実質的に
   一直線上にあり、複数のラジエータは実質的に共通平面
   上にある請求項１記載のアンテナ。 （５）各ラジエータの左および右素子は実質的に一直線
   上にあり、各ラジエータの中央素子はそれらの対応した
   右および左素子に平行であり、予め定められた距離でそ
   こから分離されている請求項１記載のアンテナ。 （６）各ラジエータの右および左素子は実質的に一直線
   上にあり、各ラジエータの中央素子は実質的に共通平面
   上にある請求項４記載のアンテナ。 （７）各入力ポートはスリーブタイプのダイポール構造
   を含む請求項１記載のアンテナ。（８）各入力ポートは
   ツインリードダイポール構造を含む請求項１記載のアン
   テナ。 （９）各入力ポートに導電結合されたハイブリッドカッ
   プラを含む請求項１記載のアンテナ。