JPH0563110U - ブロードサイドアレイアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 使用周波数が広帯域でも、アンテナのメイン
ビームの左右に発生するナル点のうち、使用周波数が変
化してもその位置が一定ないずれか一方のナル点を利用
して、妨害波を除去可能なブロードサイドアレイアンテ
ナの提供。 【構成】 ブロードサイドアレイアンテナにおいて、ブ
ロードサイドアレイアンテナを構成する全アンテナ素子
群１〜４をその中心で２分割し、一方のアンテナ素子群
と他方のアンテナ素子群とが互いに位相が反転するよう
に配設するとともに、前記一方のアンテナ素子群の各ア
ンテナ素子１及び２に、設定された周波数Ｆ₀ のλ／２
に該当する長さの伝送路をそれぞれ付加した。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ブロードサイドアレイアンテナに係り、特にアンテナの電界指向性 のメインビームの左右に発生する輻射のない第１ナル（Ｎｕｌｌ）点のうち、い ずれか一方のナル点の角度を周波数に関係なく常に一定に保持可能なブロードサ イドアレイアンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】

複数個のアンテナ素子を配列し、全部又は一部のアンテナ素子を励振するアレ イアンテナが周知である。この種のアレイアンテナでは、アンテナ素子の種類、 配列方法、その励振方法等によって、単一のアンテナ輻射素子では得られない様 々の機能を持たせることができる。一般に、アレイアンテナでは、同一形状のア ンテナ素子が用いられる。

【０００３】 アンテナのメインビームの主輻射方向が、アンテナ素子の配列方向に直角の方 向となるアレイアンテナをブロードサイドアレイアンテナと称する。従来のブロ ードサイドアレイアンテナでは、そのメインビーム、サイドローブに注目し、各 アンテナ素子への給電レベル、給電位相をコントロールして、メインビームのビ ームチルトを行ったり、又はサイドローブレベルを抑圧する等の技術が主であり 、アンテナ輻射のナル点に着目し、妨害波を除去し得るように構成したブロード サイドアレイアンテナは、皆無であった。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

近年、電波の有効利用の要請が高まるにつれ、アンテナ輻射のナル点を利用し て妨害波とのＤ／Ｕ（希望信号対妨害信号比）を取る試みが進められている。と ころが、被帯域が約２０％以上の広帯域アンテナでは、メインビームの左右に発 生するナル点の角度が給電周波数により変化してしまうという問題があった。 このため、ナル点を利用して妨害波を除去する方法は、単一周波数であれば有 効であるが、広帯域で使用する時には、有効に利用することができなかった。

【０００５】 本考案は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、使用周波 数が広帯域でも、アンテナのメインビームの左右に発生するナル点のうち、使用 周波数が変化してもその角度が一定ないずれか一方のナル点を利用して、妨害波 を除去可能なブロードサイドアレイアンテナを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するため、本考案に係るブロードサイドアレイアンテナは、ブ ロードサイドアレイアンテナを構成する多数の全アンテナ素子群をその中心にお いて２分割し、一方のアンテナ素子群と他方のアンテナ素子群とが互いに位相が 反転するように配設するとともに、設定された指定周波数Ｆ₀ のλ／２に該当す る長さの伝送路をそれぞれ付加したことを特徴とする。

【０００７】

【作用】

以上のように構成して、ブロードサイドアレイアンテナのすべてのアンテナ素 子群に同位相で給電を行うと、指定周波数Ｆ₀ のλ／２に該当する長さの伝送路 をそれぞれのアンテナ素子に付加した前記一方のアンテナ素子群側に発生する第 １ナル点は、給電周波数に関係なく常に一定角度に発生する。

【０００８】

【実施例】

以下、図面を参照しつつ本考案の好適な実施例について説明する。

【０００９】 図１は、本考案に係る第１実施例のブロードサイドアレイアンテナの斜視図で ある。

【００１０】 このアレイアンテナは、ダイポールアンテナ１ー４をアンテナ素子として用い たブロードサイドアレイアンテナであり、アンテナ素子数は、４素子である。全 アンテナ素子群の中心で２分割されたアンテナ素子１、２と３、４とでは、給電 同軸ケーブルの中心導体と外部導体とが左右逆に接続され、位相反転を行ってい る。また、各アンテナ素子は、互いに距離Ｄを隔てて配置されている。５は反射 板である。

【００１１】 ここで、各アンテナ素子１、２及び３、４へそれぞれ接続されている同軸ケー ブル６、７及び８、９の長さは、８、９の長さをＬとすると、６、７の長さは、 Ｌ＋ｌとなっている。更に、ケーブル６、７及び８、９は、同相同振幅の２分配 整合器１０、１１を介して、それぞれ長さの等しい同軸ケーブル１２、１３に接 続されており、両同軸ケーブル１２、１３は、２分配整合器１０、１１と同じく 同相同振幅の２分配整合器１４を介して相互に接続されている。

【００１２】 ここでアレーアンテナの電界指向性Ｅは図２（Ａ）において、 アンテナ素子１の位相を０、電圧振幅を１、 アンテナ素子２の位相をφ₁ 、電圧振幅を１、 アンテナ素子２の位相をφ₂ 、電圧振幅を１、 アンテナ素子２の位相をφ₃ 、電圧振幅を１、 としたときに、次式(1) のようになる。

【００１３】

【数１】 今、アンテナ素子１、２に対して３、４のアンテナ素子は、アンテナ配置にて 位相が逆相になるように設定されている。 また、アンテナ素子１、２に給電するケーブルはアンテナ素子３、４に対して 給電するケーブルよりもｌだけ長いため、アンテナ素子３、４はアンテナ素子１ 、２に対してケーブル長ｌ（電気長ｌ’＝ｌ×短縮率）分だけ位相が進んでいる 。

【００１４】 従って、φ₁ ＝０とすれば、φ₂ ＝φ₃ ＝｛（２πｌ’）／λ｝−πとなり、 次式(2) のようになる。

【００１５】

【数２】 ここで、電界がナルになる条件（Ｅ＝０）が、 ｛（４πＤ）／ｓｉｎθ｝＋｛（２πｌ’）／λ｝−π＝−πであれば、次式 (3) となり、Ｅ＝０となる。

【００１６】

【数３】 ところで、｛（４πＤ）／ｓｉｎθ｝＋｛（２πｌ’）／λ｝−π＝−πとな るためには、｛（４πＤ）／ｓｉｎθ｝＝−｛（２πｌ’）／λ｝であり、従っ て−ｓｉｎθ＝ｌ’／２Ｄとなる。

【００１７】 つまり、上記のような給電を行うと、−θ＝ａｒｋｓｉｎ（ｌ’／２Ｄ）の角 度に電界ナルが発生する。

【００１８】 またこのナル角度はアレー間隔Ｄが決まってしまえば、ｌ’のみによって決定 され、これは周波数とは無関係となる。

【００１９】 図３（Ａ）−（Ｃ）は、アンテナ素子数が４素子、アンテナ素子としてλ／２ ダイポールアンテナ、アンテナ素子間隔Ｄ＝１５６．２５ｍ／ｍ、指定周波数Ｆ ₀ ＝９６０ＭＨｚとした時の各周波数９６０ＭＨｚ、８９０ＭＨｚ、８１０ＭＨ ｚでのアンテナの電界指向性の計算結果をそれぞれ示したグラフである。

【００２０】 従って、図１の同軸ケーブル６、７（長さＬ＋ｌ）は、同軸ケーブル８、９（ 長さＬ）よりも、ｌ（指定周波数のλ／２）×（１／ケーブル短縮率）だけ長く してある。つまり、電気長ｌ’＝指定周波数のλ／２＝１５６．２５ｍ／ｍであ る。

【００２１】 その結果、９６０ＭＨｚでは、アンテナ素子１、２、３、４全て、同相、同振 幅給電と、同一の電界指向性が得られる。

【００２２】 また、その時の第１ナル角度をθとすると、 θ=-arksin｛１５６．２５／（２×１５６．２５）｝＝−３０° となる。これにより、給電周波数を変化させても、第１ナル角度−３０度は変化 せず、常に第１ナル角度は−３０度に生じていることが理解される。但し、＋３ ０方向の角度に発生する第１ナル角度は周波数により変化する。

【００２３】 図４（Ａ）−（Ｃ）は、本考案のブロードサイドアレイアンテナの電界指向性 と比較するために、一般的な同相、同振幅給電でアンテナ素子数４素子、アンテ ナ素子としてλ／２ダイポールアンテナ、アンテナ素子間隔Ｄ＝１５６．２５ｍ ／ｍのブロードサイドアレイアンテナの９６０ＭＨｚ、８９０ＭＨｚ、８１０Ｍ Ｈｚでのアンテナの電界指向性がそれぞれ示す。

【００２４】 第１ナル角度は、正方向、負方向共に給電周波数を上記のように変化させると 、第１ナル角度が変化してしまうことが理解される。

【００２５】 図５は、各アンテナ素子に更に一定の位相差を付加し、電界の最大方向に傾け たビームチルトタイプのブロードサイドアレイアンテナに本考案を実施した第２ 実施例であり、一般にブロードサイドアレイアンテナの電界最大方向を０°では なく傾けたブロードサイドアレイアンテナは、ビームチルトタイプと呼ばれてい る。これは図２（Ｂ）に示すように各アンテナ素子の配列順に一定の位相を加え てゆくことにより、実現できる。このことは周知事実であり、これを具体化する ためにはこの位相に該当するケーブルを付加すれば良い（図２（Ｃ））。

【００２６】 このビームチルトを行ったブロードサイドアレイアンテナに本考案を適用した ものが図５に示したものであり、第２実施例である。

【００２７】 アンテナ素子数は４素子であり、全アンテナ素子群の中心で２分割されたアン テナ素子２１、２２と２３、２４との間では、第１実施例の場合と同様に給電同 軸ケーブルの中心導体と外部導体の接続を左右逆とし、位相反転を行っている。 各アンテナ素子へ接続される同軸ケーブル２６の長さは第１実施例と同様にＬ ＋ｌ、ケーブル２７の長さは第１実施例ではＬ＋ｌであるが、ビームチルトの具 体例も同時に実施するため、ビームチルト用としての付加ケーブルａが追加され る。従って、ケーブル２７の長さはＬ＋ｌ＋ａとなる。同様にケーブル２８は本 考案でのケーブルＬとビームチルトのためのケーブル２ａが付加され、Ｌ＋２ａ となる。また、ケーブル２９の長さは同様にＬ＋３ａとなっている。

【００２８】 ２５は反射板、３０、３１、３４は同相、同振幅の２分配整合器、３２、３３ は長さの等しい同軸ケーブルである。また、各アンテナ素子間隔は、Ｄとなって いる。

【００２９】 いま、アンテナ素子間隔Ｄ＝１５６．２５ｍ／ｍとし、指定周波数Ｆ₀ ＝９６ ０ＭＨｚとすると、 ｌ＝指定周波数Ｆ₀ のλ／２＝１５６．２５ｍ／ｍに該当する長さとなる。

【００３０】 また、ａはビームチルトを行うための位相差であり、チルト角を１０度とすれ が、 ａ＝Ｄ×ｓｉｎ１０度＝２７．１３ｍ／ｍに該当する長さとなる。

【００３１】 これを元にして、各周波数９６０ＭＨｚ、８９０ＭＨｚ、８１０ＭＨｚでアン テナの電界指向性を計算した結果が、図６（Ａ）−（Ｃ）にそれぞれ示されてい る。

【００３２】 これらの図にも示されているように、負方向の第１ナル点の角度は、給電周波 数を変化させても、ほとんど変化しないことが理解される。

【００３３】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案によれば、特に広帯域で使用する自動車電話、携 帯電話の基地局等において、自局エリア外の同一周波数を使用する他エリアから の妨害電波を効率良く除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係るブロードサイドアレイアンテナの
第１実施例を示す斜視図である。

【図２】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）はアンテナ素子の配列例を
示す図である。

【図３】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は本考案の第１実施例のア
ンテナの電界指向性の計算値を示すグラフである。

【図４】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は本考案の実施を行わなか
った時のブロードサイドアレイアンテナの電界指向性の
計算値を示すグラフである。

【図５】本考案に係るビームチルトを行ったブロードサ
イドアレイアンテナの第２実施例を示す斜視図である。

【図６】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は本考案の第２実施例のブ
ロードサイドアレイアンテナの電界指向性の計算値を示
すグラフである。

【符号の説明】

１ アンテナ素子 ２ アンテナ素子 ３ アンテナ素子 ４ アンテナ素子（２１、２２、２３、２４） ６ 給電同軸ケーブル ７ 給電同軸ケーブル ８ 給電同軸ケーブル ９ 給電同軸ケーブル １２ 給電同軸ケーブル １３ 給電同軸ケーブル（２６、２７、２８、２９、３
２、３３） １０ ２分配整合器 １１ ２分配整合器 １４ ２分配整合器 （３０、３１、３４）

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブロードサイドアレイアンテナにおい
   て、ブロードサイドアレイアンテナを構成する全アンテ
   ナ素子群をその中心で２分割し、一方のアンテナ素子群
   と他方のアンテナ素子群とが互いに位相が反転するよう
   に配設するとともに、前記一方のアンテナ素子群の各ア
   ンテナ素子に、設定された周波数Ｆ₀ のλ／２に該当す
   る長さの伝送路をそれぞれ付加したことを特徴とするブ
   ロードサイドアレイアンテナ。
2. 【請求項２】 ブロードサイドアレイアンテナにおい
   て、ブロードサイドアレイアンテナを構成する全アンテ
   ナ素子群をその中心で２分割し、一方のアンテナ素子群
   と他方のアンテナ素子群とが互いに位相が反転するよう
   に配設するとともに全アンテナ素子群の各アンテナ素子
   に対して互いに異なる位相差が与えられるような長さの
   伝送路をそれぞれ付加したことを特徴とするブロードサ
   イドアレイアンテナ。