JPH0569323B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、広帯域アンテナ素子に単方向化した
アンテナ輻射特性を与える広帯域アンテナに関す
る。

（従来技術） 従来、この種の広帯域アンテナとしては、例え
ば第４図のものが知られている。

第４図において、１は広帯域アンテナのアンテ
ナ電極であり、例えば２条平面アルキメデス・ス
パイラルアンテナのアンテナ電極を示している。

このアンテナ電極１の形状としては、この他
に、多条ログ・スパイラルアンテナ、対数周期ア
ンテナ、その他に自己補対構造をもつた広帯域ア
ンテナが用いられる。

２はキヤビテイであり、アンテナ電極１でなる
広帯域アンテナの指向特性を単方向化するために
用いられ、キヤビテイ１の内壁面は電気的に良導
体となつている。

このキヤビテイ２の働きは、アンテナ電極１自
体の輻射特性が、アンテナ電極面の両側に輻射す
る双方向特性となつているため、キヤビテイ２内
となる片側のエネルギを反射若しくは吸収するこ
とによつて、アンテナ指向性を単方向化するもの
である。

例えば第４図にあつては、キヤビテイ１内に進
行する波は、キヤビテイ内での損失がほとんどな
いため、略完全に反射され、矢印３で示す方向に
単方向化されたアンテナ指向特性を与える。

ところで、キヤビテイ２を備えた広帯域アンテ
ナの輻射特性が、アンテナ電極１から直接自由空
間に輻射される直接波と、キヤビテイ２から再輻
射される間接波との干渉によつて決定されること
は広く知られている。即ち、キヤビテイ２の深さ
がアンテナ励振波長λのλ／４の奇数倍となる周
波数では、直接波と間接波が互いに矢印３で示し
たアンテナ正面方向で強め合うように干渉するた
め、アンテナ正面方向にピークをもつビーム幅の
狭い輻射パターンを発生する。またキヤビテイ深
さがλ／４の偶数倍となる周波数では、直接波と
間接波が打ち消し合うように干渉し、アンテナ正
面方向以外の方向に利得のピークをもつた所謂コ
ニカルパターンを発生する。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このようなキヤビテイを備えた
従来の広帯域アンテナ、特に第４図に示したよう
に無損失の反射体となるキヤビテイ２を備えた広
帯域アンテナにあつては、前述したように直接波
と間接波の干渉が強く発生するため、アンテナ輻
射パターンは強い周波数依存性を示し、広帯域に
亘つて輻射パターンの形状を略一定に保つ必要が
あるような用途には使用できないという問題があ
つた。

この問題は、キヤビテイの存在自体が引き起こ
す問題であるため、アンテナ素子がいかに広帯域
特性を示そうと解決できない問題である。実際に
は第４図の構造では、略一定の輻射パターンを保
つのは１オクターブが限界である。

一方、キヤビテイ２内に電波吸収体を満たし、
キヤビテイ内に進行するエネルギーを全て吸収し
て間接波を無くしてしまう方法も考えられる。

しかし、この場合、輻射パターンは数オクター
ブに亘つて略同形に維持できるが、吸収によるア
ンテナ利得の低下が著しいという別の問題が発生
する。

このようにキヤビテイ２内に電波吸収体を満た
したときのアンテナ利得が低下するメカニズムは
次の３点にあるものと考えられる。

(A) キヤビテイのインピーダンスが自由空間のイ
ンピーダンスに比べて小さくなり、直接波とキ
ヤビテイ内への波のとの比でキヤビテイのイン
ピーダンスが低くなり、キヤビテイ内への波が
吸収されて効率が低下する。

(B) アンテナ電極１の近傍にまで電波吸収体が接
近するとアンテナ電極１上を流れる電流が減衰
を受ける。これはアンテナ電流に伴なう電磁界
がアンテナ電極を中心に広がつて伝搬するため
である。

この様子を第５図に示すと、４はキヤビテイ
２内に充満された電波吸収体であり、広帯域の
アンテナ電極１にあつては電波の輻射が強く発
生する位置が周波数によつて異なり、低い周波
数領域になるほどアンテナ電極１の外側部分で
発生する。

例えば第５図のアンテナ電極２について輻射
領域が２１であつたとすると、輻射領域２１の
内側ではアンテナ電極１上の電流は輻射せずに
伝搬モードとなつており、この時の電気力線は
２２に示すように、アンテナ電極面１付近に集
中している。しかし、電気力線２２はアンテナ
電極面１の上下に若干の広がりをもつているた
め、アンテナ電極１に近接した電波吸収体４が
存在すると吸収を受け、その結果、アンテナ利
得が低下する。

(C) 更に第５図に示した輻射領域２１ではアンテ
ナ電極１からキヤビテイ２の底面に向かう２３
で示す電気力線が存在して強い輻射を示すが、
この電気力線２３が電波吸収体４を横切る時に
吸収減衰を受け、アンテナ利得の低下をもたら
す。

このような(A)〜(C)点の理由からキヤビテイ内に
電波吸収体を満たして広い周波数帯域で輻射パタ
ーンを略一定に維持できても、アンテナ利得が著
しく低下してしまうという問題があつた。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、このような従来の問題点鑑みてなさ
れたもので、アンテナ利得の低下を最小限度に抑
えてキヤビテイ内への輻射を吸収し、広い周波数
帯域に亘つてアンテナ輻射パターンを略一定の形
に維持できるようにした広帯域アンテナを提供す
ることを目的とする。

この目的を達成するために本発明にあつては、
広帯域アンテナ素子１とキヤビテイ２との組み合
わせにより単方向化したアンテナ輻射特性を与え
る広帯域アンテナにおいて、複数の板状抵抗体４
０をキヤビテイ２の中心軸に平行にかつキヤビテ
イ２の中心から放射状になるようにキヤビテイ２
内に配置したものである。

（作用） このような本発明の構成によれば、アンテナ素
子からキヤビテイ内に輻射された電磁波は、キヤ
ビテイ内でTEMモードに近い伝搬姿態になると
考えられ、キヤビテイの径に放射状又は枝状に板
状抵抗体が設けられていることから、キヤビテイ
内に輻射された電磁波は抵抗体によつて大きな減
衰を受け、このキヤビテイ構造により広帯域アン
テナはアンテナ素子からの直接波に依存して単方
向化されるため、周波数が変化しても輻射パター
ンはほとんど変化せず、周波数依存性の極めて低
い輻射パターンをもつた広帯域アンテナを得るこ
とができる。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示した説明図であ
る。

まず構成を説明すると、２はキヤビテイであ
り、アンテナ素子の装着側に開口した円筒形状を
持ち、キヤビテイ２の内壁面は電気的に良導体と
なつている。キヤビテイ２の開口面は第４図に示
したように、例えば２条平面アルキメデス・スパ
イラルアンテナのアンテナ電極が設けられるよう
になり、このアンテナ電極としては、この他に多
条ログ・スパイラルアンテナ、対数周期アンテ
ナ、更には自己補対型構造をもつアンテナのアン
テナ電極が配置されるようになる。

キヤビテイ２内には複数の板状抵抗体４０が配
置される。

この実施例において複数の板状抵抗体４０はキ
ヤビテイの中心軸２ａと平行で、且つキヤビテイ
中心から放射状となるように配置されている。

次に、第１図の実施例の作用を説明する。

第１図の実施例に示した本発明のキヤビテイ２
にあつては、内部に複数の板状抵抗体４０をキヤ
ビテイ中心軸２ａに平行で、且つキヤビテイ中心
に対し放射状に設けているため、キヤビテイ２の
内容積に占める抵抗体４０の割合はごく僅かであ
る。その結果、抵抗体４０の誘電率が高くてもキ
ヤビテイ内に占める容積が極めて少ないことか
ら、キヤビテイ２内の等価的な誘電率は小さく、
このため抵抗体４０をキヤビテイ内に設けてもキ
ヤビテイ内のインピーダンスを高い値に維持する
ことができる。

また、抵抗体４０がアンテナ電極に接する端面
にあつても、キヤビテイ開口面積に対する抵抗体
４０の端面が占める面積は極めて小さいため、従
来のようにキヤビテイ内を誘電体で満たした場合
に問題となつたアンテナ利得の低下も少なくて済
む。

更に、アンテナ電極の輻射領域においてもキヤ
ビテイ内容積に占める抵抗体４０の割合は極めて
小さく、マクロ的に見た電波吸収は小さく抑えら
れ、効率の低下は小さい。特に、スパイラルアン
テナ電極のように電流が角度方向に流れる構造を
もつアンテナ素子に対し本発明のキヤビテイを使
用した場合には、電流が抵抗体４０に略直角に流
れるため、抵抗体４０によつて吸収を受けるアン
テナ電極までの距離が極めて短いため、輻射領域
での抵抗体４０の存在による効率低下の改善はよ
り一層効果がある。

一方、キヤビテイ２内にアンテナ電極から輻射
された電磁波について考えると、キヤビテイ内で
は電磁波はTEMモードに近い伝搬姿態となつて
いると考えられ、このため径方向に放射状に配置
された抵抗体４０によつてキヤビテイ内に輻射さ
れた電磁波は大きな減衰を受ける。

この結果、本発明のキヤビテイにあつては、キ
ヤビテイ内に輻射さた間接波は充分に吸収され、
アンテナ電極からは自由空間に対し直接波で定め
る輻射パターンをもたらすため、広い周波数帯域
に亘つて輻射パターンの形を略同一に維持するこ
とのできる周波数依存性の極めて小さい輻射パタ
ーンをもつた広帯域アンテナを得ることができ
る。

第２図は本発明の他の実施例を示した説明図で
あり、キヤビテイ開口側から見た平面図で示して
いる。

この第２図の実施例にあつては、第１図の実施
例におけるキヤビテイ中心軸２ａに平行で、且つ
キヤビテイ中心から放射状に設けた複数の板状抵
抗体４０に加えて放射状に配置した板状抵抗体４
０より枝状に板状の抵抗体４２を配置するように
したことを特徴とする。

このように放射状に配置した抵抗体４０に加え
て枝状に抵抗体４２を配置することで、キヤビテ
イ内に輻射されたTEMモードに近い伝搬姿態に
なつていると考えられる電磁波の減衰吸収を更に
高めることができ、キヤビテイ内で間接波を充分
に減衰吸収し、輻射パターンの周波数依存性が極
めて少ない広帯域アンテナを実現するものであ
る。

更に、第１，２図でキヤビテイ２内に配置した
板状の抵抗体４０，４２としては、抵抗体がアン
テナ電極に近付くことでアンテナ電極上の電流吸
収による利得低下を更に抑えるため、抵抗体４
０，４２の高さをキヤビテイ２の深さと等しい高
さとせずにアンテナ電極と抵抗体４０，４２の両
端との間に所定の空間を設ける高さに設定しても
良い。

このように板状の抵抗体４０，４２の高さをア
ンテナ電極と抵抗体４０，４２の上端との間で所
定の空間を生ずるようにした場合、抵抗体４０，
４２によつてアンテナ電極を支持固定する機能を
もたせることができなくなる。

そこで第３図に示すように、キヤビテイ内に配
置する板状の抵抗体４０または４２として、抵抗
体が設けられている部分４４と抵抗体が設けられ
ていない部分４５をもつた構造とし、抵抗体の設
けられていない部分４５側がアンテナ電極側に位
置するようにキヤビテイ２内に配置すれば、抵抗
体が設けられていない部分４５の介在によりアン
テナ電極上の電流吸収による利得低下を防ぐと同
時に、アンテナ電極を支持固定する機能を抵抗体
４０，４２にもたせることができる。

（発明の効果） 以上説明してきたように本発明によれば、広帯
域アンテナ素子１とキヤビテイ２との組み合わせ
により単方向化したアンテナ輻射特性を与える広
帯域アンテナにおいて、複数の板状抵抗体４０を
キヤビテイ２の中心軸に平行にかつキヤビテイ２
の中心から放射状になるようにキヤビテイ２内に
配置したため、キヤビテイ内に電波吸収体を満た
したときのアンテナ利得の低下の原因となるキヤ
ビテイインピーダンスの低下、アンテナ電極の輻
射領域以外のアンテナ電流の吸収による利得低
下、更にアンテナ電極の輻射領域からキヤビテイ
内を通る電気力線の電波吸収体を横切ることによ
るアンテナ利得の低下のいずれも最小限に抑え、
アンテナ利得の低下をほとんど起こすことなくキ
ヤビテイ内に輻射された電磁波を吸収減衰するこ
とができ、この結果、利得低下の少ない広い周波
数範囲で単方向化されたアンテナ輻射パターンの
形を略一定に保つことのできる広帯域アンテナを
得ることができる。

更に、キヤビテイ内に板状の抵抗体を放射状、
更には枝状に張りめぐらしていることから、キヤ
ビテイ自体の機械的な強度も高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示した説明図、第
２図は本発明の他の実施例を示した平面図、第３
図は本発明で用いる抵抗体の他の実施例を示した
説明図、第４図は従来例を示した説明図、第５図
はキヤビテイ内に電波吸収体を満たしたときのア
ンテナ利得低下の原因を示した判断面図である。 １：アンテナ電極、２：キヤビテイ、２ａ：キ
ヤビテイ中心軸、４０：抵抗体（放射状配置）、
４２：抵抗体（枝状配置）、４４：抵抗をもつた
部分、４５：抵抗をもたない部分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 広帯域アンテナ素子１とキヤビテイ２との組
   み合わせにより単方向化したアンテナ輻射特性を
   与える広帯域アンテナにおいて、 複数の板状抵抗体４０をキヤビテイ２の中心軸
   に平行にかつキヤビテイ２の中心から放射状にな
   るようにキヤビテイ２内に配置したことを特徴と
   する広帯域アンテナ。 ２ 複数の板状抵抗体４２を複数の板状抵抗体４
   ０から枝状に分岐して配置したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の広帯域アンテナ。 ３ 前記板状抵抗体４０，４２としてアンテナ素
   子１側に抵抗をもたない部分４５を形成したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の広帯域
   アンテナ。