JPH11154807A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電磁結合同軸ダイポールアレーアンテナの同
軸線路の給電側の不整合損による利得低下を抑えて高利
得のアンテナ装置を得ること。 【解決手段】 同軸線路と、上記同軸線路の同軸外導体
に上記同軸線路の伸長方向に対して略垂直にかつ上記同
軸外導体を分断するように設けたスリットと、中空内部
を上記同軸線路が貫通し上記スリットを覆うように配置
した使用周波数帯の１／２波長の長さの中空導体パイプ
と、を備えた電磁結合による同軸線路給電ダイポールア
ンテナを素子アンテナとし、上記素子アンテナを上記同
軸線路の伸長方向に複数個配列したアレーアンテナであ
って、給電側に最も近い第１の素子アンテナから給電側
の所定位置に装荷する、同軸線路伸長方向に使用周波数
帯の電気長で１／４波長の長さの変成器の特性インピー
ダンスを求め、上記特性インピーダンスを満足するよう
上記変成器を構成する同軸線路の同軸外導体径を求め
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、通信等に用いら
れる電磁結合同軸ダイポールアレーアンテナ関するもの
で、特に給電系に用いる同軸線路との整合に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のアンテナ装置として、例えば特
開平８−２５０９２７号公報に示されたものがある。図
１０は上記文献に示された電磁結合同軸ダイポールアレ
ーアンテナを参考にして描いたものである。図中、１は
電磁結合同軸ダイポールアレーアンテナ、１ａは同軸線
路、２は同軸線路の同軸外導体、３は同軸線路の同軸内
導体、４は放射用ダイポールとして動作する使用周波数
帯における同軸線路伸長方向に１／２波長の長さの中空
導体パイプ、５は同軸外導体２の中に形成された波長に
比べて微小な幅のスリットである。

【０００３】次に動作について説明する。上記同軸線路
の同軸外導体２と同軸内導体３に入力された信号はその
一部が、給電側に最も近い第１の素子アンテナのスリッ
ト５において同軸線路延長方向に電位差を生じさせる。
中空導体パイプ４は使用周波数帯における約１／２波長
の長さになっているため共振周波数に近く、上記電位差
により中空導体パイプ４には半波長ダイポールに類似し
た電流が流れ電磁波がアンテナ外部に放射される。さら
に、入力信号の一部は次の素子アンテナへの入力信号と
なり、以後同様の原理でアレーアンテナは励振される。
これは、電磁結合同軸ダイポールアレーアンテナ１は進
行波アレーアンテナとして動作している。また、この同
軸電磁結合ダイポールアレーアンテナ１を定在波動作さ
せることもできる。この場合は、各素子アンテナと給電
線路との結合量を減らし、アレーアンテナ終端部にほと
んど減衰せずに到達した信号が反射され、入力信号と重
ね合わすようにする。このように同軸ダイポールアレー
アンテナ１は進行波動作、定在波動作のどちらにも使用
することができる。この形式のアンテナでは、中空導体
パイプ４の形状、スリット５の配置間隔を調節すること
で素子アンテナの合成指向性を、例えばビームチルト特
性等を所望のものに設定することができる。この電磁結
合による同軸ダイポールアレーアンテナにおいて、給電
同軸外導体に設けたスリットによる線路の不連続に基づ
く反射は、約１／２波長の長さの中空導体パイプの中央
部近傍にスリットを配置することにより低減される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のアンテナ装置の
電磁結合同軸ダイポールアレーアンテナでは、同軸ダイ
ポールアレーアンテナを構成する同軸線路として一般的
な同軸線路、例えば５０オームの特性インピーダンスの
ものが使用されていたが、電磁結合同軸ダイポールアレ
ーアンテナの構成要素の形状、配置を変えた構成に対し
て、給電する同軸線路との不整合損により放射利得が大
きく低下するという問題があった。

【０００５】例えば、図１１は、図１０に示した従来の
電磁結合同軸ダイポールアレーアンテナの給電側に最も
近い素子アンテナにおける反射減衰量（リターンロス）
の実測値例）を示す図である。図１１によれば、使用周
波数帯の中心周波数ｆ₀ における反射量は−２．５ｄＢ
であるため、放射利得は整合損３．６ｄＢ分低下するこ
とになる。

【０００６】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、電磁結合同軸ダイポールアレー
アンテナと給電系に用いる同軸線路との不整合損を抑え
て利得向上を図ったアンテナ装置を得ることを目的とし
ている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に係る発明は、同軸線路と、上記同軸線
路の同軸外導体に上記同軸線路の伸長方向に対して略垂
直に、かつ上記同軸外導体を分断するように設けたスリ
ットと、中空内部を上記同軸線路が貫通し上記スリット
を覆うように配置した使用周波数帯の１／２波長の長さ
の中空導体パイプと、を備えた電磁結合による同軸線路
給電ダイポールアンテナを素子アンテナとし、上記素子
アンテナを上記同軸線路の伸長方向に複数個配列したア
レーアンテナであって、給電側に最も近い第１の素子ア
ンテナから給電側の所定位置に装荷する、同軸線路伸長
方向に使用周波数帯の電気長で１／４波長の長さの変成
器の特性インピーダンスの所望値を求め、上記特性イン
ピーダンスの所望値を満足するよう上記変成器を構成す
る同軸線路の同軸外導体径を定めることを特徴とする。

【０００８】また、請求項２に係る発明では、同軸線路
と、上記同軸線路の同軸外導体に上記同軸線路の伸長方
向に対して略垂直に、かつ上記同軸外導体を分断するよ
うに設けたスリットと、中空内部を上記同軸線路が貫通
し上記スリットを覆うように配置した使用周波数帯の１
／２波長の長さの中空導体パイプと、を備えた電磁結合
による同軸線路給電ダイポールアンテナを素子アンテナ
とし、上記素子アンテナを上記同軸線路の伸長方向に複
数個配列したアレーアンテナであって、給電側に最も近
い第１の素子アンテナから給電側の所定位置に装荷す
る、同軸線路伸長方向に使用周波数帯の電気長で１／４
波長の長さの変成器の特性インピーダンスの所望値を求
め、上記特性インピーダンスの所望値を満足するよう上
記変成器を構成する同軸線路の同軸内導体径を定めるこ
とを特徴とする。

【０００９】また、請求項３に係る発明では、同軸線路
と、上記同軸線路の同軸外導体に上記同軸線路の伸長方
向に対して略垂直に、かつ上記同軸外導体を分断するよ
うに設けたスリットと、中空内部を上記同軸線路が貫通
し上記スリットを覆うように配置した使用周波数帯の１
／２波長の長さの中空導体パイプと、を備えた電磁結合
による同軸線路給電ダイポールアンテナを素子アンテナ
とし、上記素子アンテナを上記同軸線路の伸長方向に複
数個配列したアレーアンテナであって、給電側に最も近
い第１の素子アンテナから給電側の所定位置に装荷す
る、同軸線路伸長方向に使用周波数帯の電気長で１／４
波長の長さの変成器の特性インピーダンスの所望値を求
め、上記特性インピーダンスの所望値を満足するよう上
記変成器を構成する同軸線路の内部に充填する誘電体の
比誘電率を定めることを特徴とする。

【００１０】また、請求項４に係る発明では、同軸線路
と、上記同軸線路の同軸外導体に上記同軸線路の伸長方
向に対して略垂直に、かつ上記同軸外導体を分断するよ
うに設けたスリットと、中空内部を上記同軸線路が貫通
し上記スリットを覆うように配置した使用周波数帯の１
／２波長の長さの中空導体パイプと、を備えた電磁結合
による同軸線路給電ダイポールアンテナを素子アンテナ
とし、上記素子アンテナを上記同軸線路の伸長方向に複
数個配列したアレーアンテナであって、給電側に最も近
い第１の素子アンテナから給電側の所定位置に装荷す
る、同軸線路伸長方向に使用周波数帯の電気長で１／４
波長の長さの複数段からなる変成器の特性インピーダン
スの所望値を求め、上記特性インピーダンスの所望値を
満足するよう各変成器の特性インピーダンスを段階的に
設定することを特徴とする。

【００１１】また、請求項５に係る発明では、請求項
１、２、３または４のいずれか１項に記載のアンテナ装置
において、給電側に最も近い第１の素子アンテナから見
た入力インピーダンスが純抵抗である場合には、給電側
に最も近い第１の素子アンテナから、使用周波数帯の電
気長で１／２波長の整数倍の距離だけ給電側へ離れた任
意の点の給電側に変成器を装荷することを特徴とする。

【００１２】また、請求項６に係る発明では、請求項
１、２、３または４のいずれか１項に記載のアンテナ装置
において、給電側に最も近い第１の素子アンテナから見
た入力インピーダンスが抵抗分およびリアクタンス分を
もつ場合には、給電側に最も近い第１の素子アンテナか
ら、使用周波数帯の電気長で１／２波長の整数倍の距離
だけ給電側へ離れた任意の点を求め、その点から上記リ
アクタンス分が容量性か誘導性かに応じてそれぞれ所定
の距離だけ、同軸線路終端側へ、同軸線路入力端側へず
らして、その点から見たアンテナ側のインピーダンスが
純抵抗となる位置に変成器を装荷することを特徴とす
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
アンテナ装置の実施の形態１を示す構成図である。図に
おいて、１は電磁結合同軸ダイポールアレーアンテナ、
１ａは同軸線路、２は同軸線路の同軸外導体、３は同軸
線路の同軸内導体、４は中空導体パイプ、５はスリッ
ト、６は使用周波数帯における電気長で１／４波長の長
さをもつ変成器で、この変成器を構成する同軸線路の同
軸外導体径が、この変成器の特性インピーダンスにより
決定されるものである。６ａは変成器６を構成する同軸
線路の同軸外導体、６ｂは変成器６を構成する金属製リ
ングである。中空導体パイプ４は、スリット５を外部か
ら覆う位置に設けている。

【００１４】まず、変成器６の設置位置について説明す
る。実施の形態５，６に詳細に説明しているので以下に
簡単に説明する。給電側に最も近い第１の素子アンテナ
から見た入力インピーダンスが純抵抗である場合には、
給電側に最も近い第１の素子アンテナから、使用周波数
帯の電気長で１／２波長の整数倍の距離だけ給電側へ離
れた任意の位置に、同軸線路伸長方向の長さが使用周波
数帯における電気長で１／４波長の長さをもつ変成器６
を装荷する。このようにして決めた位置に装架した変成
器６の出力端から見た負荷インピーダンスは純抵抗とな
る。また、給電側に最も近い第１の素子アンテナから見
た入力インピーダンスが純抵抗でなく、抵抗分とリアク
タンス分をもつ場合には、給電側に最も近い第１の素子
アンテナから、使用周波数帯の電気長で１／２波長の整
数倍の距離だけ給電側へ離れた任意の位置を求め、その
点から上記リアクタンス分が容量性か誘導性かに応じて
それぞれ所定の距離だけ、同軸線路終端側へ、同軸線路
入力端側へずらした点に、同軸線路伸長方向の長さが使
用周波数帯における電気長で１／４波長の長さをもつ変
成器６を装荷する。このようにして決めた位置に装架し
た変成器６の出力端から見た負荷インピーダンスも純抵
抗となる。

【００１５】次に、上に説明した設置位置に装架する同
軸線路伸長方向の長さが使用周波数帯における電気長で
１／４波長の長さをもつ変成器６の特性インピーダンス
の所望値を定めるには、上記変成器６の入力端に接続さ
れる同軸線路の特性インピーダンスと上記変成器６の出
力端から見た負荷インピーダンスとを用いて算出する。
すなわち、この変成器６の所望の特性インピーダンス値
をＺ₀ 、上記変成器６の入力端に接続される同軸線路の
特性インピーダンスをＺ₀₁、上記変成器６の出力端から
見た負荷インピーダンスをＺ₀₂（上に説明したように純
抵抗である。）として、上記変成器６の所望の特性イン
ピーダンス値Ｚ₀ は、Ｚ₀ ＝（Ｚ₀₁・Ｚ₀₂）^1/2 のよう
に選べばよく、この特性インピーダンスＺ₀ を有する変
成器６により、その入力端に接続する同軸線路の特性イ
ンピーダンスＺ₀₁と上記変成器６の出力端から見た負荷
インピーダンスＺ₀₂の整合をとることができる。

【００１６】上記の特性インピーダンスＺ₀ を有する変
成器６を実現するのに、この実施の形態１では、変成器
６を構成する同軸線路の同軸内導体の半径をａ、同軸外
導体の半径をｂ、両導体間に充填されている誘電体の比
誘電率、すなわち誘電率ε（＝ε_r ε₀ ）のε_r を比誘
電率として、Ｚ₀ ＝（６０／ε_r ^1/2 ）ｌｏｇ_e （ｂ／
ａ）の関係式により、変成器６を構成する同軸線路部分
の同軸外導体径を新たに算出して、上記変成器６の幾何
学的寸法を決めている。

【００１７】次に動作について説明する。アンテナ部分
の動作に関して、従来例で説明したものと同様部分は簡
単に説明する。同軸線路の同軸外導体２と同軸内導体３
に入力された信号は、スリット５において同軸線路延長
方向に電位差を生じさせ、上記電位差により中空導体パ
イプには半波長ダイポールに類似した電流が流れ電磁波
がアンテナ外部に放射される。この素子アンテナの動作
原理を基にして同軸ダイポールアレーアンテナ１は進行
波動作、定在波動作によりアレーアンテナとして励振さ
れる。この際、給電側に最も近い第１の素子アンテナか
ら給電側の上記所定位置に上記の変成器６を装架するこ
とにより、電磁結合同軸ダイポールアレーアンテナと給
電系に用いる同軸線路との整合がとれ、不整合損を抑え
て利得向上を図ることができる。また、同軸線路に適合
した整合素子を得ることができる。図２は、図１に示す
構成のアンテナ装置の整合前後の反射減衰量（リターン
ロス）の計算値例を示すもので、上記の整合素子の装荷
による使用周波数帯の中心周波数ｆ₀ における整合の効
果がわかる。

【００１８】実施の形態２．図３はこの発明のアンテナ
装置の実施の形態２を示す構成図である。図において、
７は使用周波数帯における電気長で１／４波長の長さを
もつ変成器で、この変成器を構成する同軸線路の同軸内
導体径は、この変成器の特性インピーダンスにより決定
されるものである。その他実施の形態１と同一部分には
同一符号を付している。

【００１９】まず、変成器７の設置位置と、その位置に
装架する同軸線路伸長方向の長さが使用周波数帯におけ
る電気長で１／４波長の長さをもつ変成器７の特性イン
ピーダンスＺ0 の所望値を定めるには、上記変成器７の
入力端に接続される同軸線路の特性インピーダンスと上
記変成器７の出力端から見た負荷インピーダンスとを用
いて算出する点も、実施の形態１に説明したことと同一
であるので、重複をさけ説明を省く。

【００２０】次に、この実施の形態２では、上記の所望
の特性インピーダンスＺ₀ を有する変成器７を実現する
のに、この変成器を構成する同軸線路の同軸内導体の半
径をａ、同軸外導体の半径をｂ、両導体間に充填されて
いる誘電体の比誘電率、すなわち誘電率ε（＝ε_r・ε₀
）のε_r を比誘電率として、Ｚ₀ ＝（６０／ε_r ^1/2）
ｌｏｇ_e （ｂ／ａ）の関係式により、変成器７を構成す
る同軸線路部分の同軸内導体径を新たに算出して、上記
変成器７の幾何学的寸法を決めている。

【００２１】次に動作について説明する。アンテナ部分
の動作に関して、従来例で説明したものと同様部分は簡
単に説明する。同軸線路の同軸外導体２と同軸内導体３
に入力された信号は、スリット５において同軸線路延長
方向に電位差を生じさせ、上記電位差により中空導体パ
イプには半波長ダイポールに類似した電流が流れ電磁波
がアンテナ外部に放射される。この素子アンテナの動作
原理を基にして同軸ダイポールアレーアンテナ１は進行
波動作、定在波動作によりアレーアンテナとして励振さ
れる。この際、給電側に最も近い第１の素子アンテナか
ら給電側の上記所定位置に上記の変成器７を装架するこ
とにより、電磁結合同軸ダイポールアレーアンテナと給
電系に用いる同軸線路との整合がとれ、不整合損を抑え
て利得向上を図ることができる。

【００２２】また、この変成器７を構成する同軸外導体
２の直径を変えずに、同軸内導体３の直径を変えて、特
性インピーダンスを所望値にしているため、外見では変
成器７は見えない。そのため、実施の形態１で説明した
変成器６のように、変成器を構成する同軸外導体２の直
径が、中空導体パイプ４の直径と同程度か、それ以上に
大きくて、散乱体として働き、アレー放射パターンに悪
影響を及ぼすようなことがないという利点がある。

【００２３】また、この変成器７を以上のように構成す
ることにより、雨、粉塵などの周囲環境からの影響を低
減し、風圧加重に対するアンテナ強度の強化等の対策と
して、誘電体レドームを電磁結合同軸ダイポールアレー
アンテナ１の外部に装荷する場合に、誘電体レドームの
直径は中空導体パイプ４の直径のみで決定することがで
きアンテナの小型化が可能となる利点がある。

【００２４】実施の形態３．図４はこの発明のアンテナ
装置の実施の形態３を示す構成図である。図において、
８は使用周波数帯における電気長で１／４波長の長さを
もつ変成器で、この変成器８を構成する同軸線路の内部
に充填する誘電体の比誘電率は、この変成器の特性イン
ピーダンスにより決定されるものである。その他実施の
形態１と同一部分には同一符号を付している。

【００２５】まず、変成器８の設置位置と、その位置に
装架する同軸線路伸長方向の長さが使用周波数帯におけ
る電気長で１／４波長の長さをもつ変成器８の特性イン
ピーダンスＺ₀ の所望値を定めるには、上記変成器８の
入力端に接続される同軸線路の特性インピーダンスと上
記変成器８の出力端から見た負荷インピーダンスとを用
いて算出する点も、実施の形態１に説明したことと同一
であるので、重複をさけ説明を省く。

【００２６】次に、この実施の形態３では、上記の所望
の特性インピーダンスＺ₀ を有する変成器８を実現する
のに、この変成器を構成する同軸線路の同軸内導体の半
径をａ、同軸外導体の半径をｂ、両導体間に充填されて
いる誘電体の比誘電率、すなわち誘電率ε（＝ε_r ε
₀ ）のε_r を比誘電率として、Ｚ₀ ＝（６０／ε
_r ^1/2）ｌｏｇ_e （ｂ／ａ）の関係式により、変成器８
を構成する同軸線路部分の両導体間に充填されている誘
電体の比誘電率ε_r を新たに算出して、上記変成器８の
電気的特性を決めている。

【００２７】次に動作について説明する。アンテナ部分
の動作に関して、従来例で説明したものと同様部分は簡
単に説明する。同軸線路の同軸外導体２と同軸内導体３
に入力された信号は、スリット５において同軸線路延長
方向に電位差を生じさせ、上記電位差により中空導体パ
イプには半波長ダイポールに類似した電流が流れ電磁波
がアンテナ外部に放射される。この素子アンテナの動作
原理を基にして同軸ダイポールアレーアンテナ１は進行
波動作、定在波動作によりアレーアンテナとして励振さ
れる。この際、給電側に最も近い第１の素子アンテナか
ら給電側の上記所定位置に上記の変成器８を装架するこ
とにより、電磁結合同軸ダイポールアレーアンテナと給
電系に用いる同軸線路との整合がとれ、不整合損を抑え
て利得向上を図ることができる。

【００２８】また、この変成器８は、この変成器８を構
成する同軸外導体２の直径や同軸内導体３の直径を変え
ずに、両導体間に充填されている誘電体の比誘電率を変
えて、特性インピーダンスを所望値にしているため、外
見では変成器８は見えない。そのため、実施の形態１に
おけるように変成器を構成する同軸外導体２の直径が、
もし、中空導体パイプ４の直径と同程度か、それ以上に
大きくなると、散乱体として働き、アレー放射パターン
に悪影響を及ぼすようになることがないという利点があ
る。

【００２９】また、この変成器８を以上のように構成す
ることにより、雨、粉塵などの周囲環境からの影響を低
減し、風圧加重に対するアンテナ強度の強化等の対策と
して、誘電体レドームを電磁結合同軸ダイポールアレー
アンテナ１の外部に装荷する場合に、誘電体レドームの
直径は中空導体パイプ４の直径のみで決定することがで
きアンテナの小型化が可能となる利点がある。

【００３０】実施の形態４．図５はこの発明のアンテナ
装置の実施の形態４を示す構成図である。図において、
９は使用周波数帯の電気長で１／４波長の長さの複数段
からなる変成器で構成され、この各変成器の特性インピ
ーダンスは、この全体の特性インピーダンスにより決定
されるものである。その他実施の形態１と同一の部分に
は同一符号を付している。

【００３１】まず、変成器９の設置位置と、その位置に
装架する同軸線路伸長方向の長さが使用周波数帯におけ
る電気長で１／４波長の複数段からなる長さをもつ変成
器９の特性インピーダンスＺ₀ の所望値を定めるには、
上記変成器９の入力端に接続される同軸線路の特性イン
ピーダンスと上記変成器９の出力端から見た負荷インピ
ーダンスとを用いて算出する点も、実施の形態１に説明
したことと同一である。この実施の形態４では、電気長
で１／４波長の複数段からなる変成器９の入力側から、
複数のそれぞれ特性インピーダンスの異なる変成器を用
いて順次変成器９の終端でのインピーダンスに整合させ
ているので、同軸線路上での急激な特性インピーダンス
の変化はなくなり、広周波数帯においてインピーダンス
整合をとることが可能であり、広周波数帯で高利得が得
られる利点がある。

【００３２】次に動作について説明する。アンテナ部分
の動作に関して、従来例で説明したものと同様部分は簡
単に説明する。同軸線路の同軸外導体２と同軸内導体３
に入力された信号は、スリット５において同軸線路延長
方向に電位差を生じさせ、上記電位差により中空導体パ
イプには半波長ダイポールに類似した電流が流れ電磁波
がアンテナ外部に放射される。この素子アンテナの動作
原理を基にして同軸ダイポールアレーアンテナ１は進行
波動作、定在波動作によりアレーアンテナとして励振さ
れる。この際、給電側に最も近い第１の素子アンテナか
ら給電側の上記所定位置に上記の変成器９を装架するこ
とにより、電磁結合同軸ダイポールアレーアンテナと給
電系に用いる同軸線路との広周波数帯において整合がと
れ、不整合損を抑えて利得向上を図ることができる。

【００３３】図５では、この変成器９は、変成器を構成
する同軸線路の同軸外導体２の直径の異なる実施の形態
１で説明した変成器を複数段用いた例を示しているが、
これに限らず、上記実施の形態２または３で示した変成
器を複数段用いてもよいことは言うまでもない。さら
に、形状の異なる変成器を組み合わせて複数段の変成器
を構成してもかまわない。

【００３４】実施の形態５．図６はこの発明のアンテナ
装置の実施の形態５を示す構成図である。ここでは上記
実施の形態１、２、３または４のうち実施の形態１に示し
たアンテナ装置と同様の構成のものを例に説明する。図
６において、ｄ_t1は変成器６の設置位置を示すもので、
給電側に最も近い第１の素子アンテナから見た入力イン
ピーダンスが純抵抗である場合には、給電側に最も近い
第１の素子アンテナから使用周波数帯の電気長で１／２
波長の整数倍の距離だけ給電側に離れた点を示す。その
他実施の形態１と同一の部分には同一符号を付してい
る。

【００３５】図７は、このアンテナ装置に装荷する変成
器６の設置位置ｄ_t1を決定する説明に必要なスミス図
（規格化した）である。図６，７を参照して変成器６の
設置位置について説明する。まず、給電側に最も近い第
１の素子アンテナから見た入力インピーダンス値をスミ
ス図上に表す。実施の形態５では給電側に最も近い第１
の素子アンテナから見た入力インピーダンス値は純抵抗
の場合であるから、その位置はスミス図（規格化した）
上の点Ｒ₁ で表す。上記の給電側に最も近い第１の素子
アンテナの位置には変成器６を装架できないので、その
位置から電気長で１／２波長の距離だけ給電側に移動し
た点は、スミス図（規格化した）上で１回転して同じく
点Ｒ₁ の位置となり、その位置に変成器６を装架して
も、変成器６の出力端から見た負荷インピーダンス値は
先の第１の素子アンテナから見た入力インピーダンス値
と同一の純抵抗値である。

【００３６】上記の変成器６の設置位置として、給電側
に最も近い第１の素子アンテナから電気長で１／２波長
の距離だけ給電側に移動した点について説明したが、給
電側に最も近い第１の素子アンテナから電気長で１／２
波長の整数倍の距離だけ給電側に移動した点についても
同様である。また、実施の形態２または３に示した変成
器のように同軸線路の同軸外導体２の直径を変えないも
のは、給電側に最も近い第１の素子アンテナの中空導体
パイプに接近しても散乱体として働いて、アレーアンテ
ナ放射パターンに悪影響を及ぼさないので、給電側に最
も近い第１の素子アンテナから電気長で１／４波長の距
離だけ給電側に移動した点に変成器を装架してもよい。
また、同軸線路に適合した整合素子を得ることができ
る。

【００３７】実施の形態６．図８はこの発明のアンテナ
装置の実施の形態６を示す構成図である。ここでは、実
施の形態１、２、３または４のうち例として実施の形態１
に示したアンテナ装置と同様の構成のもについて説明す
る。図８において、ｄ_t2は変成器６の設置位置を示すも
ので、給電側に最も近い第１の素子アンテナから見た入
力インピーダンスが抵抗分およびリアクタンス分をもつ
場合には、給電側に最も近い第１の素子アンテナから、
使用周波数帯の電気長で１／２波長の整数倍の距離だけ
給電側へ離れた任意の点を求め、その点から上記リアク
タンス分が容量性か誘導性かに応じて、それぞれ所定の
距離だけ、同軸線路終端側へ、同軸線路入力端側へずら
した位置を示している。なお、上記位置から見たアンテ
ナ側のインピーダンスは純抵抗となる。図中の、符号は
図１に示したものと同様である。

【００３８】図９はこのアンテナ装置に装荷する変成器
６の設置位置ｄ_t1を決定する説明に必要なスミス図（規
格化した）である。図８，９を参照して変成器６の設置
位置について説明する。まず、給電側に最も近い第１の
素子アンテナから見た入力インピーダンス値をスミス図
上に表す。

【００３９】図９において、１３は給電側に最も近い第
１の素子アンテナから見た入力インピーダンスが抵抗分
と容量性リアクタンスをもつ場合の一例を示すスミス図
上の点である。１４はスミス図上の中心（５０Ωの純抵
抗の位置）と上記の点１３とを通る直線である。ここ
で、スミス図上の実軸１２と上記直線１４とのなす角度
は２θ度とする。給電側に最も近い第１の素子アンテナ
から見た入力インピーダンスと、給電側に最も近い第１
の素子アンテナから使用周波数帯の電気長で１／２波長
の整数倍の距離だけ給電側に離れた点から見たアンテナ
側のインピーダンスは同じ値を示す。点１３はスミス図
上で整数回だけ回転して同じく点１３の位置に来る。

【００４０】ここで、点１３を実軸１２上に移動させる
場合は、その移動距離が短い方は図９に示すようにθ度
分だけ負荷側へ向かって、すなわち同軸線路の終端側へ
ずらせばよく、この方が周波数特性での変動が少なくな
る。

【００４１】以上のように、給電側に最も近い第１の素
子アンテナから、使用周波数帯の電気長で１／２波長の
整数倍の距離だけ給電側へ離れた任意の点を求め、その
点から負荷側に向かって、電気長で（θ／３６０）波長
分だけずらした位置が、変成器６の設置位置ｄ_t2とな
る。この設置位置ｄ_t2に装架された変成器６の終端側か
ら見た負荷インピーダンスＺ₀₂は純抵抗（図９中のＲ
₂ ）となる。

【００４２】以上は、給電側に最も近い第１の素子アン
テナから見た入力インピーダンスが抵抗分と容量性リア
クタンス分をもつ場合について説明したが、上記リアク
タンス分が誘導性の場合について説明する。図９におい
て、１５は給電側に最も近い第１の素子アンテナから見
た入力インピーダンスが抵抗分と誘導性リアクタンス分
をもつ場合の一例を示すスミス図上の点である。１６は
スミス図上の中心（５０Ωの純抵抗の位置）と上記の点
１５とを通る直線である。ここで、スミス図上の実軸１
２と直線１６とのなす角度は２φ度とする。給電側に最
も近い第１の素子アンテナから見た入力インピーダンス
と、給電側に最も近い第１の素子アンテナから使用周波
数帯の電気長で１／２波長の整数倍の距離だけ給電側に
離れた点から見たアンテナ側のインピーダンスは同じ値
を示す。点１５はスミス図上で整数回だけ回転して同じ
く点１５の位置に来る。

【００４３】ここで、点１５を実軸１２上に移動させる
場合は、その移動距離の短い方は図９に示すようにφ度
分だけ電源側へ向かって、すなわち同軸線路の入力端側
にずらせばよく、この方が周波数特性での変動が少なく
なる。

【００４４】以上のように、給電側に最も近い第１の素
子アンテナから、使用周波数帯の電気長で１／２波長の
整数倍の距離だけ給電側へ離れた任意の点を求め、その
点から電源側に向かって、すなわち同軸線路の入力端側
に電気長で（φ／３６０）波長分だけずらした位置が、
変成器６の設置位置ｄ_t2となる。この設置位置ｄ_t2に装
架された変成器６の終端側から見た負荷インピーダンス
Ｚ₀₂は純抵抗（図９中のＲ₃ ）となる。

【００４５】なお、先に実施の形態１に示したように、
変成器の所望の特性インピーダンスＺ0 は、変成器６の
入力端に接続する同軸線路の特性インピーダンスを
Ｚ₀₁、変成器６の出力端から見る負荷インピーダンスを
Ｚ₀₂（＝Ｒ₂ ）として、Ｚ₀ ＝（Ｚ₀₁・Ｚ₀₂）^1/2 によ
り求められる。この変成器６を上記設置位置に装架する
ことにより、電磁結合同軸ダイポールアレーアンテナと
給電系に用いる同軸線路との整合をとることができる。
また、同軸線路に適合した整合素子を得ることができ
る。

【００４６】上記の変成器６の設置位置については、実
施の形態１、２、３または４のうち実施の形態１に示した
アンテナ装置と同様の構成のものを例に説明したが、実
施の形態２または３に示したアンテナ装置と同様の構成
のものについても、同様である

【００４７】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明によれば、
電磁結合同軸ダイポールアレーアンテナの同軸線路の給
電側に最も近い第１の素子アンテナから給電側の所定位
置に装荷する、同軸線路伸長方向に使用周波数帯の電気
長で１／４波長の長さの変成器の特性インピーダンスの
所望値を求め、上記特性インピーダンスの所望値を満足
するよう上記変成器を構成する同軸線路の同軸外導体径
を定めることにより、電磁結合同軸ダイポールアレーア
ンテナの同軸線路の給電側の不整合損による利得低下を
抑えて高利得のアンテナ装置を得ることができる。

【００４８】また、請求項２の発明によれば、電磁結合
同軸ダイポールアレーアンテナの同軸線路の給電側に最
も近い第１の素子アンテナから給電側の所定位置に装荷
する、同軸線路伸長方向に使用周波数帯の電気長で１／
４波長の長さの変成器の特性インピーダンスの所望値を
求め、上記特性インピーダンスの所望値を満足するよう
上記変成器を構成する同軸線路の同軸内導体径を定める
ことにより、電磁結合同軸ダイポールアレーアンテナの
同軸線路の給電側の不整合損による利得低下を抑えて高
利得のアンテナ装置を得ることができる。

【００４９】また、請求項３の発明によれば、電磁結合
同軸ダイポールアレーアンテナの同軸線路の給電側に最
も近い第１の素子アンテナから給電側の所定位置に装荷
する、同軸線路伸長方向に使用周波数帯の電気長で１／
４波長の長さの変成器の特性インピーダンスの所望値を
求め、上記特性インピーダンスの所望値を満足するよう
上記変成器を構成する同軸線路の内部に充填する誘電体
の比誘電率を定めることにより、電磁結合同軸ダイポー
ルアレーアンテナの同軸線路の給電側の不整合損による
利得低下を抑えて高利得のアンテナ装置を得ることがで
きる。

【００５０】また、請求項４の発明によれば、電磁結合
同軸ダイポールアレーアンテナの同軸線路の給電側に最
も近い第１の素子アンテナから給電側の所定位置に装荷
する、同軸線路伸長方向に使用周波数帯の電気長で１／
４波長の長さの複数段からなる変成器の特性インピーダ
ンスの所望値を求め、上記特性インピーダンスの所望値
を満足するよう各変成器の特性インピーダンスを段階的
に設定することにより、電磁結合同軸ダイポールアレー
アンテナの同軸線路の給電側の不整合損による利得低下
を抑えて高利得のアンテナ装置を得ることができる。

【００５１】また、請求項５の発明によれば、請求項
１、２、３または４のいずれか１項に記載のアンテナ装置
の給電側に最も近い第１の素子アンテナから見た入力イ
ンピーダンスが純抵抗である場合には、給電側に最も近
い第１の素子アンテナから、使用周波数帯の電気長で１
／２波長の整数倍の距離だけ給電側へ離れた任意の点の
給電側に適合した変成器を装荷することにより、電磁結
合同軸ダイポールアレーアンテナの同軸線路の給電側の
不整合損による利得低下を抑えて高利得のアンテナ装置
を得ることができる。

【００５２】また、請求項６の発明によれば、請求項
１、２、３または４のいずれか１項に記載のアンテナ装置
の給電側に最も近い第１の素子アンテナから見た入力イ
ンピーダンスが抵抗分およびリアクタンス分をもつ場合
には、給電側に最も近い第１の素子アンテナから、使用
周波数帯の電気長で１／２波長の整数倍の距離だけ給電
側へ離れた任意の点を求め、その点から上記リアクタン
ス分が容量性か誘導性かに応じて、それぞれ所定の距離
だけ、同軸線路終端側へ、同軸線路入力端側へずらし
て、その点から見たアンテナ側のインピーダンスが純抵
抗となる位置に適合した変成器を装荷することにより、
電磁結合同軸ダイポールアレーアンテナの同軸線路の給
電側の不整合損による利得低下を抑えて高利得のアンテ
ナ装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１を示すアンテナ装置の構
成図である。

【図２】図１に示すアンテナ装置の整合前後の反射減衰
量（リターンロス）を示す図である。（計算値の一例）

【図３】本発明の実施の形態２を示すアンテナ装置の構
成図である。

【図４】本発明の実施の形態３を示すアンテナ装置の構
成図である。

【図５】本発明の実施の形態４を示すアンテナ装置の構
成図である。

【図６】本発明の実施の形態５を示すアンテナ装置の構
成図である。

【図７】図６に示すアンテナ装置に装架する変成器の設
置位置を決定するスミス図である。

【図８】本発明の実施の形態６を示すアンテナ装置の構
成図である。

【図９】図８に示すアンテナ装置に装架する変成器の設
置位置を決定するスミス図である。

【図１０】従来の電磁結合同軸ダイポールアレーアンテ
ナを示す構成図である。

【図１１】図１０に示すアンテナ装置の反射減衰量（リ
ターンロス）を示す図である。（実測値の一例）

【符号の説明】

１ 電磁結合同軸ダイポールアレーアンテナ、 １ａ 同軸線路、 ２ 同軸線路の同軸外導体、 ３ 同軸線路の同軸内導体、 ４ 中空導体パイプ、 ５ スリット、 ６ 変成器（同軸外導体径を変えた）、 ６ａ 変成器６を構成する同軸線路の同軸外導体、 ６ｂ 変成器６を構成する金属製リング、 ７ 変成器（同軸内導体径を変えた）、 ８ 変成器（誘電体の比誘電率を変えた）、 ９ 変成器（複数段で構成する）、 １０ 給電側に最も近い第１の素子アンテナから見たア
ンテナの入力インピーダンスが純抵抗である場合の一例
を示す点、 １１ 点１０を電気長で１／４波長だけ給電側に移動し
た点、 １２ スミス図上の実軸、 １３ 給電側に最も近い第１の素子アンテナから見たア
ンテナの入力インピーダンスが抵抗分および容量性リア
クタンス分をもつ場合の一例を示す点、 １４ スミス図の中心点と点１３とを通る直線、 １５ 給電側に最も近い第１の素子アンテナから見たア
ンテナの入力インピーダンスが抵抗分および誘導性リア
クタンス分をもつ場合の一例を示す点、 １６ スミス図の中心点と点１５とを通る直線、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近岡 繁 東京都千代田区丸ノ内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 西村 俊雄 東京都千代田区丸ノ内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同軸線路と、上記同軸線路の同軸外導体
   に上記同軸線路の伸長方向に対して略垂直に、かつ上記
   同軸外導体を分断するように設けたスリットと、中空内
   部を上記同軸線路が貫通し上記スリットを覆うように配
   置した使用周波数帯の１／２波長の長さの中空導体パイ
   プと、を備えた電磁結合による同軸線路給電ダイポール
   アンテナを素子アンテナとし、上記素子アンテナを上記
   同軸線路の伸長方向に複数個配列したアレーアンテナで
   あって、 給電側に最も近い第１の素子アンテナから給電側の所定
   位置に装荷する、同軸線路伸長方向に使用周波数帯の電
   気長で１／４波長の長さの変成器の特性インピーダンス
   の所望値を求め、上記特性インピーダンスの所望値を満
   足するよう上記変成器を構成する同軸線路の同軸外導体
   径を定めることを特徴とするアンテナ装置。
2. 【請求項２】 同軸線路と、上記同軸線路の同軸外導体
   に上記同軸線路の伸長方向に対して略垂直に、かつ上記
   同軸外導体を分断するように設けたスリットと、中空内
   部を上記同軸線路が貫通し上記スリットを覆うように配
   置した使用周波数帯の１／２波長の長さの中空導体パイ
   プと、を備えた電磁結合による同軸線路給電ダイポール
   アンテナを素子アンテナとし、上記素子アンテナを上記
   同軸線路の伸長方向に複数個配列したアレーアンテナで
   あって、 給電側に最も近い第１の素子アンテナから給電側の所定
   位置に装荷する、同軸線路伸長方向に使用周波数帯の電
   気長で１／４波長の長さの変成器の特性インピーダンス
   の所望値を求め、上記特性インピーダンスの所望値を満
   足するよう上記変成器を構成する同軸線路の同軸内導体
   径を定めることを特徴とするアンテナ装置。
3. 【請求項３】 同軸線路と、上記同軸線路の同軸外導体
   に上記同軸線路の伸長方向に対して略垂直に、かつ上記
   同軸外導体を分断するように設けたスリットと、中空内
   部を上記同軸線路が貫通し上記スリットを覆うように配
   置した使用周波数帯の１／２波長の長さの中空導体パイ
   プと、を備えた電磁結合による同軸線路給電ダイポール
   アンテナを素子アンテナとし、上記素子アンテナを上記
   同軸線路の伸長方向に複数個配列したアレーアンテナで
   あって、 給電側に最も近い第１の素子アンテナから給電側の所定
   位置に装荷する、同軸線路伸長方向に使用周波数帯の電
   気長で１／４波長の長さの変成器の特性インピーダンス
   の所望値を求め、上記特性インピーダンスの所望値を満
   足するよう上記変成器を構成する同軸線路の内部に充填
   する誘電体の比誘電率を定めることを特徴とするアンテ
   ナ装置。
4. 【請求項４】 同軸線路と、上記同軸線路の同軸外導体
   に上記同軸線路の伸長方向に対して略垂直に、かつ上記
   同軸外導体を分断するように設けたスリットと、中空内
   部を上記同軸線路が貫通し上記スリットを覆うように配
   置した使用周波数帯の１／２波長の長さの中空導体パイ
   プと、を備えた電磁結合による同軸線路給電ダイポール
   アンテナを素子アンテナとし、上記素子アンテナを上記
   同軸線路の伸長方向に複数個配列したアレーアンテナで
   あって、 給電側に最も近い第１の素子アンテナから給電側の所定
   位置に装荷する、同軸線路伸長方向に使用周波数帯の電
   気長で１／４波長の長さの複数段からなる変成器の特性
   インピーダンスの所望値を求め、上記特性インピーダン
   スの所望値を満足するよう各変成器の特性インピーダン
   スを段階的に設定することを特徴とするアンテナ装置。
5. 【請求項５】 請求項１、２、３または４のいずれか１項
   に記載のアンテナ装置において、 給電側に最も近い第１の素子アンテナから見た入力イン
   ピーダンスが純抵抗である場合には、給電側に最も近い
   第１の素子アンテナから、使用周波数帯の電気長で１／
   ２波長の整数倍の距離だけ給電側へ離れた任意の点の給
   電側に変成器を装荷することを特徴とするアンテナ装
   置。
6. 【請求項６】 請求項１、２、３または４のいずれか１項
   に記載のアンテナ装置において、 給電側に最も近い第１の素子アンテナから見た入力イン
   ピーダンスが抵抗分およびリアクタンス分をもつ場合に
   は、給電側に最も近い第１の素子アンテナから、使用周
   波数帯の電気長で１／２波長の整数倍の距離だけ給電側
   へ離れた任意の点を求め、その点から上記リアクタンス
   分が容量性か誘導性かに応じて、それぞれ所定の距離だ
   け、同軸線路終端側へ、同軸線路入力端側へずらして、
   その点から見たアンテナ側のインピーダンスが純抵抗と
   なる位置に変成器を装荷することを特徴とするアンテナ
   装置。