説明

アンテナ素子

【課題】専用のインピーダンス整合回路を用いることなく広範囲の入出力インピーダンスを実現できるため、アンテナの放射器として用いた場合にアンテナ自体の寸法を小型化できる。
【解決手段】入出力インピーダンスを設定可能なアンテナ素子であって、直線状ダイポールエレメント1、2とV型導体エレメント3、4とを並列接続している。そして、直線状ダイポールエレメント1、2とV型導体エレメント3、4とを並列接続することにより、前記V型導体エレメント3、4の長さ、開き角度を適宜選定することにより、広範囲のインピーダンスを実現する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、入出力インピーダンスが設定可能なアンテナ素子に関する。
【背景技術】
【0002】
アンテナ装置として、ダイポールを用いた各種のアンテナ装置が開発されている(特許文献1〜特許文献6)。
【0003】
これらのアンテナ装置は、無指向性での放射効率を高める、或いは広帯域化を実現することを主に開発の目的としている。確かに、これらの特性がアンテナ装置に対して要求されているからである。
【特許文献1】特開2007−19615号公報
【特許文献2】特許第378056号公報
【特許文献3】特許第3061990号公報
【特許文献4】特開平11−68446号公報
【特許文献5】特開2003−8344号公報
【特許文献6】特開2006−191331号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
アンテナ装置は、その特性上、放射効率の向上、広帯域化の確保が重要な要素であるが、給電源とアンテナとのインピーダンスマッチングを取ることで初めてそれらを実現することができるものである。
【0005】
インピーダンスマッチングを取る整合回路が開発されているが、その大半がアンテナとは独立した独自の回路として構成されているものであるから、アンテナ装置のサイズが大型化されてしまうこととなる。
【0006】
本発明の目的は、インピーダンスマッチングの整合回路を持たずに、アンテナ自体の構成要素を用いて広範囲にインピーダンスを設定可能なアンテナ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記目的を達成するため、本発明に係るアンテナ素子は、入出力インピーダンスを設定可能なアンテナ素子であって、直線状ダイポールエレメントとV型導体エレメントとを並列接続したことを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、直線状ダイポールエレメントとV型導体エレメントとを並列接続したため、前記V型導体エレメントの長さ、開き角度を適宜選定することにより、広範囲のインピーダンスを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。
【0010】
本発明の実施形態に係るアンテナ素子は図1に示すように基本的な構成として、直線状ダイポールエレメント1,2とV型導体エレメント3,4とを並列に接続したものである。この構成を図1(b)に示す座標系を用いて具体的に説明する。
【0011】
図1(b)において、x軸方向とy軸方向とは直交しており、z軸方向はx軸方向とy軸方向とにそれぞれ直交しており、x―y−zの3軸方向により3次元空間を表現している。
【0012】
図1(b)において、前記直線状ダイポールエレメントは、対をなす直線状ダイポールエレメント1,2を含み、直線状ダイポールエレメント1,2はz軸方向に沿って配置し、その内端1a,2aをz軸上に対向させている。
【0013】
さらに、前記V型導体エレメントは、対をなすV型導体エレメント3,4を含み、V型導体エレメント3,4はz―x面上に配置し、一方のV型導体エレメント3の内端3aは、一方の直線状ダイポールエレメント1の内端1aに接続してあり、他方のV型導体エレメント4の内端4aは、他方の直線状ダイポールエレメント2の内端2aに接続してある。
【0014】
さらに、V型導体エレメント3,4はz−x面上に角度αをもって開いた状態となっている。すなわち、V型導体エレメント3,4の内端3a,4a間の間隔に対して、その外端3b,4b間の間隔が拡がっており、V型導体エレメント3,4相互間の角度が開き角度αに設定してある。
【0015】
ダイポールエレメント1の外端1b、ダイポールエレメント2の外端2b、V型導体エレメント3の外端3b及びV型導体エレメント4の外端4bは、電気的に開放端となっている。
【0016】
直線状ダイポールエレメント1,2の内端1a,2aとV型導体エレメント3,4の内端3a,4aとは電気的且つ機械的に接続してあり、その内端1aと3aとの接続点、その内端2aと4aとの接続点はそれぞれ給受電点F1,F2である。また、V型導体エレメント3,4の内端3a,4aは、直線状ダイポールエレメント1,2の内端1a,2aに拡開可能に連結して開き角度αを調整可能になっている。
【0017】
また、V型導体エレメント3,4は、直線状ダイポールエレメント1,2に対してz−x面に配置したが、これに限られるものではなく、z−y面に配置してもよく、さらには直線状ダイポールエレメント1,2に対して傾斜した姿勢に配置してもよいものである。
【0018】
本発明の実施形態では、V型導体エレメント3,4の長さ、開き角度αを選定することにより、広範囲でのインピーダンスを実現するものであるから、給受電点F1,F2には、給受電回路5が直接接続される。
【0019】
本発明の実施形態に係るアンテナ素子は、受信用アンテナに加えて送信用アンテナの放射器として用いることができるものであり、送信用アンテナに組み込んだ場合に給受電点F1,F2は送信信号の給電を行うための給電点として作用し、受信用アンテナに組み込んだ場合に給受電点F1,F2は受信信号の受電を行うための受電点として作用するが、以下の説明では、受信用アンテナに組み込んだ場合を説明する。したがって、給受電点F1,F2は受電点として作用し、給受電回路5は受電回路として作用する。
【0020】
次に、直線状ダイポールエレメント1,2とV型導体エレメント3,4との寸法関係について説明する。直線状ダイポールエレメント1,2はλ/4(λ:使用波長)で設定している。前記λ/4には、λ/4を中心として±数%が含まれるものである。また、V型導体エレメント3,4は、直線状ダイポールエレメント1,2の長さより短く設定してある。V型導体エレメント3,4の直線状ダイポールエレメント1,2に対する長さの割合、及びV型導体エレメント3,4間に開く角度αは、所望とする入力(出力)インピーダンスを設定し、図2に示すシミュレーションによって適宜求める。
【0021】
図3は、本発明の実施形態に係るアンテナ素子を八木・宇田アンテナの放射器として組み込んだ例を示すものである。すなわち、直線状ダイポールエレメント1,2とV型導体エレメント3,4とを基準として、その前方に放射素子6,7,8を平行に配列して設けている。放射素子6,7,8は、その長さを前方の位置を取るに従って短く設定してある。
【0022】
また、直線状ダイポールエレメント1,2とV型導体エレメント3,4とを基準として、その後方に反射素子9を設け、反射素子9側に放射される電磁波を反射素子9で放射素子6,7,8側に反射させている。なお、反射素子9を設けたが、これに代えて放射素子6,7,8の少なくも1本を直線状ダイポールエレメント1,2及びV型導体エレメント3,4の前後に配置してもよいものである。
【0023】
次に、本発明の実施形態に係るアンテナ素子を八木・宇田アンテナの放射器として用いた図3の構成に基づいて、入力インピーダンスについてシミュレーションして、本発明の実施形態に係るアンテナ素子の有効性について検証する。
【0024】
図2は前記シミュレーションした結果を示すものである。このシミュレーションでは、直線状ダイポールエレメント1,2の長さをl、V型導体エレメント3,4の長さをlとし、長さlをλ/4(λ:使用波長)の固定値に設定している。
【0025】
さらに、V型導体エレメント3,4の開き角度αを、45°、60°、75°、90°、105°にそれぞれ設定し、長さlとλ/4(λ;波長)との比を、0.8、1.0、1.2、1.4にそれぞれ設定して、シミュレーションを行っている。
【0026】
シミュレーションは、給電回路5からアンテナ素子(直線状ダイポールエレメント1,2及びV型導体エレメント3,4)に最大の電力が給電されるようにするための条件に基づいて行っている。
【0027】
給電回路5からアンテナ素子(直線状ダイポールエレメント1,2及びV型導体エレメント3,4)を見た場合のインピーダンスは、等価的にZ=R+jXである。そして、給電回路5からアンテナ素子に給電される平均電力Pは、
=1/2|I|Re(Z)で表される。また、Reは、Z=R+jXの実部を表している。
図2では横軸に抵抗成分Rを、縦軸にリアクタンス成分Xを取っている。
【0028】
図2から明らかなように、lV/ld=0.85に設定してあるので、v型エレメントは直線状エレメントより短い。直線状エレメントの長さが0.25波長の場合、開き角α=45°〜105°の間で入力インピーダンスは75+j30Ω〜60+j40Ωの範囲で、直線状エレメントが0.275波長の場合、開き角α=45°〜105°の間で入力インピーダンスは190−j35Ω〜120+j90Ωの範囲で単調に変化した。
【0029】
図2に示すシミュレーション結果から明らかなように、V型導体エレメントの長さl、開き角度αを選定することにより、広範囲の入力インピーダンスを得られることが分かる。
【0030】
以上のように、本発明の実施形態によれば、直線状ダイポールエレメントとV型導体エレメントとを並列接続したため、前記V型導体エレメントの長さ、開き角度を適宜選定することにより、広範囲のインピーダンスを実現できる。
【0031】
さらに、八木・宇田アンテナの放射器として用いた場合、特別なインピーダンス整合回路を必要としないものである。さらに、八木・宇田アンテナの放射器として用いる場合、シミュレーションが可能であるため、アンテナ設計を容易に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【0032】
本発明によれば、専用のインピーダンス整合回路を用いることなく広範囲の入出力インピーダンスを実現できるため、アンテナの放射器として用いた場合にアンテナ自体の寸法を小型化できることとなる。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】(a)は本発明の実施形態に係るアンテナ素子を示す斜視図、(b)は本発明の実施形態に係るアンテナ素子の座標系を示す図である。
【図2】本発明の実施形態に係るアンテナ素子による入力インピーダンスをシミレーションした結果を示す特性図である。
【図3】本発明の実施形態に係るアンテナ素子を八木・宇田アンテナの放射器として用いた場合を示す斜視図である。
【符号の説明】
【0034】
1,2 直線状ダイポールエレメント
3,4 V型導体エレメント
5 給受電回路
F1,F2 給受電点

【特許請求の範囲】
【請求項1】
入出力インピーダンスを設定可能なアンテナ素子であって、
直線状ダイポールエレメントとV型導体エレメントとを並列接続したことを特徴とするアンテナ素子。
【請求項2】
前記直線状ダイポールエレメントと前記V型導体エレメントとの接続点が給受端である請求項1に記載のアンテナ素子。
【請求項3】
前記V型導体エレメントの開き角度が調整可能である請求項1に記載のアンテナ素子。
【請求項4】
前記直線状ダイポールエレメント及び前記V型導体エレメントが放射素子と組み合わされた請求項1に記載のアンテナ素子。
【請求項5】
前記放射素子に加えて、前記直線状ダイポールエレメント及び前記V型導体エレメントが反射素子と組み合わされた請求項4に記載のアンテナ素子。
【請求項6】
前記直線状ダイポールエレメント及び前記V型導体エレメントが、前記放射素子と前記反射素子との間に配置された請求項5に記載のアンテナ素子。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2010−98691(P2010−98691A)
【公開日】平成22年4月30日(2010.4.30)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−270122(P2008−270122)
【出願日】平成20年10月20日(2008.10.20)
【出願人】(801000027)学校法人明治大学 (161)
【Fターム(参考)】