JPH08973U - 円形アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 放送用アンテナ等に用いて好適の円形アンテ
ナに関し、特に給電手段と導波空間との整合を考慮した
円形アンテナに関する。 【構成】 相互に離隔する一対の金属円板１,２を周壁
４で結合して導波空間Ｓを構成し、上記一対の金属円板
の一方１に電力放射用スロット１aを形成するととも
に、他方の金属円板２にはその中心部に給電用開口２a
を形成し、この開口２aに接続された給電部に円錐形整
合体５をその円錐頂部を給電用開口２aの中心に向けて
同心的に配設し、給電部に接続された同軸線路の内部導
体３bを上記円錐頂部に結線するとともに、同軸線路の
外部導体３aを給電用開口２aの周縁に結合して、同軸線
路と導波空間Ｓとの接続部での電力の反射を防ぎ給電電
力を有効に取出せるようにした点に特徴を有する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、放送用アンテナ等に用いて好適の円形アンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来の円形アンテナとしては、図１に示すような同軸型のものaや、図２に示 すような導波管型のものbが各種提案されているが、このような従来の円形アン テナではいずれの場合も、同軸線路cや導波管dのごとき給電部と導波空間ｅとの 間での整合がとれず、これにより同軸線路cや導波管ｄと導波空間ｅとの接続部 で電力の反射が起きるため、給電パワ−を有効に取り出すことができないという 問題点がある。

【０００３】 なお、図１,図２中の符号c１は同軸線路の内部導体、c２は同軸線路の外部導 体、fは金属板から成るスロットg付きの円形アンテナ上側部、hは金属板から成 る円形アンテナ下側部、iは終端抵抗体、jは給電用開口をそれぞれ示している。

【考案が解決しようとする課題】

本考案は、上述のような問題点を解決しようとするもので、給電部と導波空間 との間での整合を的確にとることができるようにした、円形アンテナを提供する ことを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

このため、本考案の円形アンテナは、相互に離隔する一対の金属円板を周壁で 結合して構成された導波空間において、上記一対の金属円板の一方に電力放射用 スロットをそなえるとともに、他方の金属円板にはその中心部に給電用開口をそ なえ、同開口に接続された給電部に整合体をそなえて、同整合体の頂部が上記給 電用開口の中心に向けて同心的に配設され、上記給電部に接続された同軸線路の 内部導体が上記頂部に連結されるとともに、上記同軸線路の外部導体が上記給電 用開口の周縁に結合されていることを特徴としている。

【０００５】

【作用】

上述の本考案の円形アンテナでは、導波空間内に配置された整合体が給電手段 と導波空間との接続部での電力の反射を防ぐ作用を行なう。

【０００６】 また、同整合体が給電手段としての同軸線路内と導波空間内とにおいて、給電 電力の電界方向を正確に90°変換、すなわち正確なモード変換を行なう。

【０００７】

【実施例】

以下、図面により本考案の一実施例としての同軸形円形アンテナについて説明 すると、図３はその中央縦断斜視図、図４はその中央縦断面図、図５はその他の 例を図４に対応させて示す中央縦断面図であり、各図中同じ符号はほぼ同様の部 分を示している。

【０００８】 図３,図４に示すごとく、相互に離隔して対向するように一対の金属円板１,２ が配設されており、一方の金属円板１には、電力放射用開口としての複数のスロ ット（又はスリット）１aが同心円上あるいは螺旋上等に形成されている。

【０００９】 また、他方の金属円板２の中央部には、この金属円板２と同軸的に給電用円形 開口２aが形成されており、この開口２aに給電部としての同軸線路３が接続され ている。

【００１０】 そして、これらの金属円板１,２の周縁部を連結する金属製周壁４が設けられ ており、これらの金属円板１,２および金属製周壁４で、その内部に金属壁で囲 まれた導波空間Ｓが形成される。

【００１１】 ところで、導波空間Ｓ内には、θ（≒45°）のテ−パ面をもつ円錐形をした金 属製の整合体５が、その円錐頂部を開口２aに向けて配設されている。かかる整 合体５の配設状態を更に詳しく説明すると、整合体５の底面部は金属円板１にこ れと同軸的に取り付けられており、したがって整合体５の頂部は開口２aの中心 軸線上に存在していることになる。

【００１２】 なお、同軸線路３の外部導体３aは開口２aに接続され、同軸線路３の内部導体 ３bは整合体５の円錐頂部に接続されている。

【００１３】 本実施例の円形アンテナは上述のごとく構成されているので、円錐形状の整合 体５の作用によって、同軸線路３と導波空間Ｓとの接続部で電力の反射が起きる ことはなく、これにより給電パワ−を有効に取り出すことができる。

【００１４】 また、円錐形状の整合体５によって、電界の方向を、同軸線路３内では図４に 矢印Ａで示す方向から、導波空間Ｓ内では図４に矢印Ｂで示す方向へ正確に90° だけ変換することができる、即ち正確なモ−ド変換が可能であるので、有効な給 電パワ−の取り出しに一層寄与しうるのである。

【００１５】 ところで、図５に示すごとく、円錐形状の整合体５の円錐頂部に接続される内 部導体３bにおける接続端部３cの太さを他の内部導体部分と異なるように（例え ば細く）して、更にかかる接続端部３cの長さを線路波長λの１／４に設定する ことにより、この接続端部３cにおけるインピ−ダンスＺ₀₂の２乗Ｚ₀₂ ²が、給電 する線路３のインピ−ダンスＺ₀₃と導波空間Ｓにおけるインピ−ダンスＺ₀₁との 積Ｚ₀₁Ｚ₀₃と等しくなるように、即ちＺ₀₂ ²＝Ｚ₀₁Ｚ₀₃となるようにすれば、同 軸線路３と導波空間Ｓとの完全な整合をとることができ、更に給電パワ−を有効 に取り出すことができる。

【００１６】 すなわち、上記のように太さおよび長さが設定された接続端部３cが、インピ −ダンス整合部として機能するのである。

【００１７】 なお、図３〜図５中の符号７は円環状の終端抵抗体を示している。

【００１８】 図６〜図15は本考案の他の実施例としての同軸型円形アンテナを示すもので、 図６はその中央縦断斜視図、図７はその中央縦断面図、図８はその反射係数特性 を示すグラフ、図９はその上部空間の半径方向に沿った電力密度特性を示すグラ フ、図10は他の例を図７に対応させて示す中央縦断面図、図11〜図13はそれぞれ 図10に示すものの作用を説明するためのグラフ、図14,図15はそれぞれその他の 例を図７に対応させて示す中央縦断面図であり、図６〜図15中、図３〜図５と同 じ符号はほぼ同様の部分を示している。

【００１９】 この実施例では、図６，図７に示すごとく、金属壁で囲まれた導波空間Ｓ内に おいて、金属円板１,２と平行な中間金属板６が、周壁４との間に給電電力迂回 用隙間Ｄを残して設けられており、これによりこの中間金属板６によって導波空 間Ｓが２つの導波空間部Ｓ１,Ｓ２に分割される。

【００２０】 なお、この中間金属板６の取付けは、金属円板１に終端抵抗体８（これは円板 の中心に配設される）を介して行なわれたり、途中で絶縁板等を介して行なわれ たりし、更にその取付場所は適宜の個所が選ばれる。

【００２１】 そして、導波空間部Ｓ１内には、θ（＝45°）のテ−パ面をもつ金属製の円錐 形状をした整合体５′が、その円錐頂部を開口２aに向けて配設されている。す なわち整合体５′の底面部は中間金属板６にこれと同心円で取り付けられて、整 合体５′の円錐頂部が開口２aの中心軸線上に存在するようになっている。

【００２２】 なお、同軸線路３の外部導体３aが開口２aに接続され、同軸線路３の内部導体 ３bが整合体５′の円錐頂部に接続されていることは、前述の実施例と同じであ る。

【００２３】 このようにして、本実施例の場合も、円錐形状の整合体５′の作用により、同 軸線路３と導波空間Ｓ（下部導波空間部Ｓ１）との接続部での電力反射をなくす ことができ、しかも同軸線路３と導波空間Ｓとで電界方向を図７に矢印Ａ，Ｂで 示すように正確に90°だけ変換してモ−ド変換を行なうことができるので、給電 パワ−を有効に下部導波空間部Ｓ１内へ取り出すことができる。

【００２４】 図８に開口２aの部分（コネクタの部分）から見た反射係数特性を示す。この 図から反射が少なくなって給電を有効に行なえることがわかる。

【００２５】 このようにして、下部導波空間部Ｓ１へ効率よく給電された電力は、矢印Ｐf で示すように、この下部導波空間部Ｓ１を通り、周壁４と中間金属板５との隙間 Ｄを迂回して、上部導波空間部Ｓ２へ至り、その中央部へ向けて伝播してゆくの である。

【００２６】 そして、給電電力が上部導波空間部Ｓ２を通過するときに、金属円板１に形成 されたスロット１aを通じて電力が放射される。このときの電力密度特性を示す と、図９に符号Ｍで示すような特性となる。この特性Ｍは略鋸歯状になるがこれ はスロット１aを通じて電力が放射されるときに急激に電力密度が下がるためで あるが、周辺より給電されているので、この特性Ｍの全体としてのレベルは、終 端からの距離Ｒと無関係にほぼなだらかに同じになる。すなわち、本実施例の円 形アンテナによれば、導波空間Ｓ内へロスなく給電電力を取り込んで、しかも放 射に際しては、放射電力がほぼ均一となるため、アンテナ利得も大幅に向上する のである。

【００２７】 なお、図10に示すごとく、導波空間Ｓの周辺部にテ−パを施して電波をまわり 込みやすくして、給電電力迂回用隙間Ｄを含む部分（コ−ナ−部）Ｃでの整合を とるようにしてもよい。

【００２８】 このように構成することにより、下部導波空間部Ｓ１と上記コ−ナ−部Ｃとの 間での電力反射がなくなり、これにより下部導波空間部Ｓ１からコ−ナ−部を通 って上部導波空間部Ｓ２へ給電電力を十分に取り込むことができる。

【００２９】 このときの両導波空間部Ｓ１，Ｓ２での内部界の様子を示すと、図11のように なるが、このグラフから両導波空間部Ｓ１，Ｓ２での内部界がほぼ同じになって いることがわかる。これは上記コ−ナ−部での反射がないことを意味している。 このとき、下部導波空間部Ｓ１におけるインピ−ダンスＺdと上部導波空間部 Ｓ２におけるインピ−ダンスＺuとを等しくしておくことにより、更に効果的な 給電が可能となる。

【００３０】 また、図10に示すものにおいて、その開口２ａの部分（コネクタの部分）から 見た反射係数特性を示すと、図12のようになるが、このグラフからも明らかに反 射が少なくなって改善されていることがわかる。

【００３１】 なお、比較のため整合体５′のないものの反射係数特性を図13に示す。

【００３２】 また、図10中の符号８′は終端抵抗体を示す。

【００３３】 さらに、図14に示すごとく、コ−ナ−部Ｃの断面形状を正八角形を半分にした ような形状に設定して、かかるコ−ナ−部Ｃでの整合をとるようにしてもよい。 また、図15に示すごとく、内部導体３bにおける接続端部３cの太さを他の内部 導体部分と異なるように（例えば細く）して、更にこの接続端部３cの長さを線 路波長λの１／４に設定することにより、この接続端部３cにおけるインピ−ダ ンスＺ₀₂の２乗Ｚ₀₂ ²が、他の同軸線路（給電線路）３におけるインピ−ダンス Ｚ₀₃と下部導波空間部Ｓ１におけるインピ−ダンスＺdとの積Ｚ₀₃Ｚdと等しくな るように、即ちＺ₀₂ ²＝Ｚ₀₃Ｚdとなるようにすれば、同軸線路３と下部導波空間 部Ｓ１との完全な整合をとることができ、給電パワ−の更に有効な取り出しをは かることができる。

【００３４】 そして、この図15においても隙間Ｄの部分（コ−ナ−部）Ｃを図14と同形状に して、かかるコ−ナ−部での整合をとり、しかも図10や図14に示すものと同様、 下部導波空間部Ｓ１におけるインピ−ダンスＺdと上部導波空間部Ｓ２における インピ−ダンスＺuとが等しくなるように設定されているので、極めて効果的な 給電が可能となるのである。

【００３５】 なお、図14,図15中の符号４′は周壁を示す。

【００３６】 また、図16に示すごとく、整合体５；５′の形状を円錐形状ではなく、縦断面 形状の輪郭線Ｌが指数関数等の変化をするような形状に設定してもよい。そして 、このとき同軸線路３の外部導体３aの開口２aへの接続端部も指数関数等の変化 をする形状にしてもよい。

【００３７】 さらに、整合体５；５′は内部が中空のものでも中実のものでもよく、整合体 ５，５′は全体が金属製でなくても、少なくとも表面に金属層を有するものであ ればよい。

【００３８】

【考案の効果】

以上詳述したように、本考案の円形アンテナによれば、相互に離隔する一対の 金属円板を周壁で結合して構成された導波空間において、上記一対の金属円板の 一方に電力放射用スロットをそなえるとともに、他方の金属円板にはその中心部 に給電用開口をそなえ、同開口に接続された給電部に整合体をそなえて、同整合 体の頂部が上記給電用開口の中心に向けて同心的に配設され、上記給電部に接続 された同軸線路の内部導体が上記頂部に連結されるとともに、上記同軸線路の外 部導体が上記給電用開口の周縁に結合されるという簡素な構成で、次のような効 果乃至利点が得られる。 (1) 整合体が給電手段と導波空間との接続部での電力の反射を防ぎ、給電電力を 有効に取出せる。 (2) 給電手段としての同軸線路内と導波空間内とにおいて給電電力の電界方向を 正確に90°変換、すなわち正確なモード変換が行なえる。 (3) 上記(1),(2)の作用ならびに効果を奏する整合体が、円形アンテナの中心部 に配設されているので、給電部から供給された電力が円形アンテナの中心部で上 記整合体によって導波空間内へ正確に変換される。しかもその変換に際し反射な どによる損失がないので、円形アンテナ内の導波空間内へ均等にかつ効率よく給 電を行なえることになり、円形アンテナの利得の向上をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の円形アンテナを示す中央縦断斜視図であ
る。

【図２】同導管型円形アンテナを示す中央縦断斜視図で
ある。

【図３】本考案の一実施例としての同軸型円形アンテナ
を示す中央縦断斜視図である。

【図４】同中央縦断面図である。

【図５】同その他の例を図４に対応させて示す中央縦断
面図である。

【図６】本考案の他の実施例としての同軸型円形アンテ
ナを示す中央縦断斜視図である。

【図７】同中央縦断面図である。

【図８】同反射係数特性を示すグラフである。

【図９】同上部空間の半径方向に沿った電力密度特性を
示すグラフである。

【図10】同他の例を図７に対応させて示す中央縦断面図
である。

【図11】，

【図12】，

【図13】図10に示したものの作用を説明するためのグラ
フである。

【図14】，

【図15】同他の例を図７に対応させて示す中央縦断面図
である。

【図16】同整合体の変形例を示す部分縦断面図である。

【符号の説明】

１ 金属円板 １ａ スロット ２ 金属円板 ２ａ 給電用開口 ３ 同軸線路 ３ａ 外部導体 ３ｂ 内部導体 ３ｃ 内部導体の接続端部 ４，４′ 周壁 ５，５′ 整合体 ６ 中間金属板 ７,８,８′ 終端抵抗体 ９ 導波管 Ｃ コーナー部 Ｄ 隙間 Ｓ 導波空間 Ｓ１,Ｓ２ 導波空間部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 伊藤 善春 東京都渋谷区神南二丁目２番１号 日本放 送協会 放送センター内 (72)考案者 有村 國孝 神奈川県茅ヶ崎市松浪２丁目２−16 アリ ムラ技研株式会社内 (72)考案者 後藤 尚久 川崎市高津区土橋６−15−１−Ａ514 (72)考案者 安藤 真 東京都目黒区大岡山２丁目12番１号 東京 工業大学内 (72)考案者 白井 達也 東京都目黒区大岡山２丁目12番１号 東京 工業大学内 (72)考案者 寺本 龍二 東京都目黒区大岡山２丁目12番１号 東京 工業大学内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 相互に離隔する一対の金属円板を周壁で
   結合して構成された導波空間において、上記一対の金属
   円板の一方に電力放射用スロットをそなえるとともに、
   他方の金属円板にはその中心部に給電用開口をそなえ、
   同開口に接続された給電部に整合体をそなえて、同整合
   体の頂部が上記給電用開口の中心に向けて同心的に配設
   され、上記給電部に接続された同軸線路の内部導体が上
   記頂部に連結されるとともに、上記同軸線路の外部導体
   が上記給電用開口の周縁に結合されていることを特徴と
   する、円形アンテナ。