JPH03231503A - 湾曲ダイポール素子アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はアンテナに関し、特に、新規且つ安価であり
、地表近くに置いても本質的に無指向性となるように立
体角の半球全体に対してほぼ一定の利得を有する非常に
有益なアンテナに関する。

このアンテナは広い帯域において高感度であり、ターン
スタイルアンテナ及びバッチアンテナのような他の安価
なアンテナに比べ、インピーダンス整合及び定在波率（
ＶＳＷＲ）が改善されている。

〔従来の技術〕

あるラジオ送信では円偏波（ＣＰ）が望ましい。

ＣＰは楕円偏波の特別な場合であり、水平及び垂直（直
交）成分の大きさが等しく位相が正確に９０°ずれてい
る場合である。はとんどの偏波信号は完全な円偏波では
なく、ある程度の楕円偏波である０本明細書中における
ＣＰの表示には、全ての帯域において楕円偏波を含む。

ターンスタイル型、バッチ型、及び他の型の比較的安価
なアンテナは、半熱指向性であり（即ち、比較的地表に
近い点から見られる半天域の全体にほぼ均一な利得を有
する）、それらのアンテナが使用される回路のインピー
ダンスに整合することができるインピーダンスを有する
ということが知られている。ターンスタイルアンテナは
ジョンデイ　クラウス（Ｊｏｈｎ　　Ｄ、Ｋｒａｕｓ）
による書籍“アンテナ”　（ＭｃＧｒａｗＨｉ　１１Ｂ
ｏｏｋ　　Ｃｏｍｐａｎｙ、第２版、１９８８年、７２
６〜７３１頁）に記載されている。

典型的な従来のターンスタイルアンテナ１０（第１Ａ図
）は、１つの平面内にある２つのダイポール１２と１４
とを有する。このようなアンテナを以下“プラナターン
スタイル（ｐｌａｎａｒ　ｔｕｒｎｓｔｉｌｅ）”と呼
ぶ。ダイポール１２と１４とが互いに正しい関係に配置
され、正しく駆動され、ダイポール１２と１４とによっ
て規定された平面が水平であると、このターンスタイル
アンテナはアンテナ直上の天頂方向にＣＰを非常に良好
に送受信することができるが、天頂からの角度が増すに
従い送受信の状態は悪くなる。

その他の良く知られている半熱指向性アンテナには、一
般に“パッチ（ｐａｔｃｈ　）”又はプラナマイクロス
トリップアンテナと称されるものがある。

このアンテナも上記クラウスの刊行物の７４５〜７４９
頁に記載されている。この型のアンテナでは、垂直電界
Ｅフィールド成分の低下が極めて顕著であり、その結果
、水平面における円偏波信号の軸比にきびしい損失が生
じる。典型的なマイスロストリップパッチアンテナは、
第１Ｂ図、第１Ｃ図及び第１Ｄ図に示される。

その効果の一例を第２図に示す。同図において、天頂Ｚ
からアンテナ１０への線と、アンテナ１０から点１６（
天頂から外れている）へのもう１つの線とによって角度
が規定された場合、点１６におけるＥベクトルの垂直方
向成分は低下する。この角度（即ち、天頂Ｚからアンテ
ナ１０への線とアンテナ１０から水平位置の点１８への
線によって規定される角度）が９０°の場合、バッチア
ンテナではＥベクトルの垂直成分は完全になくなり、タ
ーンスタイルアンテナの場合もそれに近く、放射波はも
はや円偏波ではない。

それゆえ、従来のバッチアンテナ、及びより少い程度に
おいて半天球に対しての無指向性を達成するなめ台板に
水平に取付けられた従来のターンスタイルアンテナは、
天頂から９０°の方向にある領域に円偏波を有効に送信
し、又はその方向から円偏波を有効に受信することかで
きない。第２図に示すように、Ｅベクトルの垂直成分は
その領域でほぼ０に低下する。天頂に対する角度が増加
すると、軸比は非常に悪くなり、従来のバッチアンテナ
及びターンスタイルアンテナでは直線偏波アンテナとし
ての本質的な機能が低下する。

ある適用においては、この軸比の低下（又は円偏波から
直線偏波への減衰）は、システム効率の大きな損失を意
味する。例えば、船上に取付けられた受信機において、
航行する衛星からの信号が水平線から極めてわずかに立
上った角度（天頂から８０°又はそれ以上大きな角度）
で入射するような場合、水面からの非常に多くの径路を
通った反射があるであろう。水平方向に漏波された信号
のみを受信できる受信アンテナの場合には、多くの径路
からの反射信号による干渉が信号のきびしいフェージン
グを誘発し、これにより情報を失うことになる。しかし
、良好な円偏波（ＣＰ）を有するアンテナでは、２つの
信号間に正確に９０゜の位相シフトを持った垂直及び水
平成分の両方を打消し合うことは起こりにくいので、フ
ェージングの程度は非常に小さい、即ち、良いＣＰでは
、受信の視角が狭いという問題が非常に緩和される。

さらに、従来のバッチアンテナ及びターンスタイルアン
テナでは、天球の弧が１８０°である立体角全体につい
て均一な利得を得られない。互いに直角に配置された２
対のダイポール素子を使用することによって、水平方向
において一定の利得を容易に得ることができる。しかし
、そのようなアンテナは、接地平面に平行な方向に対し
てより接地平面に垂直な方向について、より大きな利得
を持つ。このことは、特に、偏揺れしたり、移動したり
、前後左右に揺れる乗り物（例えば、船舶）であって、
半天球の全体に対して無指向性の送受信をする必要があ
るものにおいては、欠点となる。

例えば、静かな水に停泊するか、造船所に置かれている
か、乾ドックに置かれている船に取付けられた従来のバ
ッチアンテナ又はターンスタイルアンテナを考える。半
天球に対して最良の無指向性送受信を行うために、上記
アンテナは水平に接地平面に取付けられ、そのマストは
その水平面に対して直角方向に延びる。そのアンテナの
利得は第３図の曲線Ａに示される。即ち、利得は天頂方
向に最大であり（第３図に示すように、＋５等方性デシ
ベル（ｄ　Ｂ　ｉ　：　ｄｅｃｉｂｅｌｓ　ｒｅｌａｔ
ｉｖｅ　ｔｏ　ｉｓ。

ｔｒｏｐｉｃｓ　）　）　、水平方向には非常に低い（
第３図に示すように約−５ｄＢｉ）。

また、例えば、水平線の上方のどこにでもある航行する
衛星からの信号を満足に受信したい場合を仮定する。こ
の仮定では、水平線の上方の低いところを航行する衛星
から来る信号を、船が前後左右に揺れるであろう海上で
満足に受信することはできない。例えば、衛星か右舷船
首から９０゜の方角にあり、船が左舷に揺れて、衛星が
水平線上の低いところにあるものと仮定する。船に固定
されているアンテナの接地平面も左舷に揺れ、これによ
り、揺れに応じて第３図の曲線の方向が変わり、アンテ
ナ利得が、船が水平になっているときに得られる一５ｄ
Ｂｉ　（従来のアンテナに関する曲線Ａ）から、十分に
送受信を行うことができないであろう一５ｄＢｉより小
さな値に落ちる。

２喰の船が従来の半熱指向性ターンスタイルアンテナを
使用して互いに通信する場合には、更に状況が悪くなる
。ときとして、２鎖の船は前後左右に揺れてアンテナマ
ストが互いに逆に傾斜する。

その場合、送信アンテナに関する第３図の曲線は時計方
向に回転し、受信アンテナの曲線は反時計方向に回転す
る。その結果、一方の船の揺れのために信号が弱くなり
、他方の船の揺れのなめに感度が弱くなったアンテナで
その信号を検知しなければならない。

従来のパッチアンテナのもう１つの問題は、その装置の
帯域幅が狭く、希望する周波数で満足に動作させるには
注意深い同調をしなければならないということである。

これは、材料等による変動を補償するために必要なイン
ピーダンスマツチング同調のための構成を複雑にし、コ
ストを増加させる。良いＳＮ比を得るための主な要因は
、プリアンプの雑音指数である。アンテナは、昔通、プ
リアンプの公称インピーダンスについて最良の雑音指数
を得るよう同調される。しかし、アンテナが狭い帯域特
性を持つ場合、アンテナのインピーダンスをある正確な
周波数における公称値に近ずけることを保証するのは難
しい。

従来のターンスタイルアンテナにおけるもう１つの問題
は、機械的電気的構造が別個に必要とされて、複雑にな
り、不必要にコストが増すことである。特に、ダイポー
ル素子を支持するマスト（機械構造）と駆動する平衡不
平衡変成器（電気構造）とは、例えばカランセルマン（
Ｃｏｕｎｓｅｌｍａｎ）他の特許第４，６４７，９４２
号に記載されているように、物理的に分かれている。

上記のような従来のターンスタイルアンテナの問題を克
服するため、種々の試みがなされてきた。

最も注目すべきものはウッドワード（Ｗｏｏｄｗａｒｄ
）他に与えられた特許第４，０６２，０１９号に開示さ
れている下に垂れたダイポール構造である。この装置は
、マストに対し４５°の角度でマストに取付けられてい
る放射素子を有する。

ダイポール素子はその取付点から直線的に下がる。

それゆえ、この放射素子は、水平面とマストを通る垂直
面の両方に対して４５°の角度をなす。この放射素子の
傾斜により、２つの直交する電界Ｅ成分を立体角のより
広い範囲に存在させることができる。プラナバッチアン
テナ及びターンスタイルアンテナ（第１Ａ図乃至第１Ｄ
図参照）の場合、水平面（接地平面）方向におけるＥフ
ィールドの垂直成分は上記のように大きく減少する。

そこで、ウッドワード他の下に垂れたターンスタイルア
ンテナには、小さく、簡単且つ生態指向性（ｓｅｍｉ−
ｏｎｕｎｉ　）のｃｐアンテナの必要性が述べられてい
る。その最も重要な特徴は、そのダイポール素子はすべ
て直線であり、ターンスタイルのマストに対して４５°
±５°の角度で傾斜するということである。さらに、下
に垂れたダイポール素子の特性インピーダンスは固定値
であり、この値はインピーダンスマツチング回路におい
て与えられなければならない。当然ながら、特性インピ
ーダンスはダイポールの物理的寸法（接地平面等に対し
ての距離等）によって決められたある範囲で可変である
が、その範囲は狭い。

その他の重要な先行技術には、米国特許第１゜９８８．
４３４号、第２．１１０．１５９号、第２．９７６．５
３４号、第３，９１９，７１０号及び第３，９２２，６
８３号等がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、以上説明した先行技術においては、立体
角の半球全体に対して本質的に一定の利得を有する半熱
指向性であり、水平線近くで優れたＣＰを有し、広い帯
域で高感度であり、更に優れたＶＳＷＲを有する安価な
アンテナを開示していない。

従って、この発明の目的は、上記の問題を解決すること
であり、特に立体角の半球全体に一定の利得を有する半
熱指向性の、新規且つ安価で非常に有益なアンテナを提
供することにある。

この発明の他の目的は、広い範囲の視角において、特に
水平線近くで優れたＣＰを有するアンテナを提供するこ
とにある。

この発明の他の目的は、広い帯域に亘り高感度とするこ
とができ、且つ優れたインピーダンス整合及びＶＳＷＲ
を有するアンテナを提供することにある。

この発明の他の目的は、同調が要求されない、又は、避
けることのできない損失を持つインピーダンスマツチン
グ変圧器のような特別な回路を使用せずに簡単に同調で
きるアンテナを提供することにある。

〔発明の概要〕

上記の問題点は以下に説明するこの発明によって解決さ
れ、上記の目的を達成することができる。

すなわち、この発明による湾曲ダイポール素子アンテナ
は、接地平面を形成する台板と、前記台板に接続され、
前記接地平面に対し直角な方向に延びるマストと、それ
ぞれが前記接地平面から所定の距離だけ離れた第一の位
置において前記マストに接続されて支持された第一の端
部と、前記接地平面の近くに備えられた第二の端部とを
持つ１対のダイポール素子とを有し、前記ダイポール素
子のそれぞれが前記マストを含む平面上において湾曲し
ている。

さらに、この発明の他の面によると、原点において互い
に直角に交差するＸ軸及びＹ軸によって規定された接地
平面ＸＹを形成する台板と、前記台板に接続され、前記
原点において前記接地平面に対し直角なＺ軸方向に延び
るマストと、前記Ｘ軸及びＺ軸によって規定されたＸＺ
面上において延びる１対のダイポール素子とを有し、前
記ダイポール素子のそれぞれが、前記接地平面から所定
の距離だけ離れた第一の位置において前記マストに接続
されて支持された第一の端部と、前記接地平面の近くに
備えられた第二の端部とを有し、前記ダイポール素子の
それぞれは前記ＸＺ面上において湾曲しており、前記湾
曲は連続で一定の符号の一次導関数を有する。

さらに、この発明の他の面によると、接地平面を形成す
る台板と、前記台板に接続され、前記接地平面に直角な
軸の方向に延びるマストと、前記マストに接続されて支
持された直交関係にある２対のダイポール素子とを有し
、前記マストが、同軸ケーブル給電体である。

〔実施例〕

第８図は本発明に従って構成されたアンテナの好ましい
実施例を示す。本実施例のアンテナは、接地平面を形成
する台板２０と、この台板２０に接続されており接地平
面に直角な方向に延びるマスト２２とを有する。また、
本実施例のアンテナは、第一のダイポールを形成する１
対のダイポール素子２４．２６　＜第８図で後者は隠れ
ているが、例えば第６図で見ることができる）を有する
。１対のダイポール素子２４．２６は、各々が所定の距
離（マスト２２の高さに等しい）だけ接地平面から離れ
た第一の位置でマスト２２に接続されて支持されている
第一の端部２８又は３０、及び接地平面の近くに備えら
れたく即ち、第１０図のように接地平面に接触するか、
又は、第８図のように上記所定の距離より接地平面に近
い）第二の端部３２又は３４を有する。

本発明によると、ダイポール素子２４．２６の各々はマ
スト２２を含む平面上において湾曲している。

円偏波を得るなめ、及び接地平面の広がり方向に一定の
アンテナ利得を得るために、１対のダイボール素子２４
’　、２６”が追加される。この追加された１対のダイ
ポール素子２４′、２６’も、上述した説明のように湾
曲している。即ち、マスト２２は、湾曲した１対のダイ
ポール素子２４゜２６によって規定された平面と、湾曲
した他の１対のダイポール素子２４”　、２６’によっ
て規定された平面の交差部分に存在する。

ダイポール素子の湾曲は、第８図の例及び第４図のｎ＝
２及びｎ＝１０の曲線により示されるような凸状でもよ
く、また、第４図のｎ＝０．５及びｎ＝０．７の曲線に
より示されるような凹状でもよい。凸状及び凹状は、例
えば、手に持ったときに見えるであろうアンテナを示し
た第８図のような外観図で明らかにされる。

第９図に示すように、この発明は、好ましくは、ダイポ
ール素子２４．２６及び２４’　、２６’のそれぞれと
協働する１対の細長い非励振素子（１）ａｒａｓｉｔｉ
ｃ　ｅｌｅｍｅｎｔ　）　３６　、３８をさらに有し、
その各々をマスト２２を含む平面上において湾曲させる
のがよい。非励振素子３６．３８のそれぞれは、ダイポ
ール素子２４．２６及び２４”　、２６′を含む平面上
に備えてもよく、又は、ダイポール素子２４．２６及び
２４”　、２６’を含む面と異なる平面上に備えられる
ようにマスト２２を軸中心として回転した位置に備えて
もよい。非励振素子３６．３８のそれぞれはダイポール
素子２４゜２６及び２４’　、２６’に平行である必要
はない。

台板２０は、原点０において互いに直角に交差するＸ軸
及びＹ軸によって規定された接地平面ＸＹ（第５図）を
形成する。マスト２２は原点０で台板２０に接続され、
原点０で接地平面ＸＹに対して直角なＺ軸（第７図）方
向に延びる。ダイポール素子２４．２６はＸ軸及びＺ軸
によって規定されるＸＺ面上において延びる。ダイポー
ル素子２４’　、２６’はＹ軸及びＺ軸によって規定さ
れる７２面上において延びる。ダイポール素子２４゜２
６及び２４’　、２６’　の各々は、ＸＺ面又は７２面
上において湾曲する。この湾曲（曲線）は連続で一定の
符号を持つ一次導関数を持つ。ダイポール対２４．２６
の場合には、その曲線は以下の式で与えられる。

（ｘ　／ａ）＋（ｚ　　／ｂ）＝１ ここで、ＸはＸ軸に沿った原点０からの距離、ＺはＺ軸
に沿った原点０からの距離、ａ及びｂは任意の定数、ｎ
は０くｎく■でありｎ≠１であるパラメータである。

ダイポール対２４’　、２６’の場合には、その曲線は
以下の式で与えられる。

（ｙ　　／ａ）＋（ｚ　　／ｂ）＝１ ここで、ｙはＹ軸に沿った原点Ｏからの距離であり、他
の記号は前記のものと同じである。

さらに、本発明によれば、マスト２２は同軸ケーブル給
電体によって形成される。第８図に示すように、同軸ケ
ーブル給電体の中央導体（例えば、導体４０）は、例え
ばダイポール素子２４と２４（２４′は第８図では隠さ
れている）のような直角に交わる２つのダイポール素子
に接続される。

同軸ケーブル給電体の他の導体（例えば、外部導体４２
）は、例えばダイポール素子２６（第２図では隠れてい
る）及び２６′のような他のダイポール素子に接続され
る。ダイポールの長さの比Ｄ１／Ｄ２は約１．１７であ
る。ダイポールは、給電体に円偏波を供給するために興
なる長さにする。

ダイポール素子２４．２６及び２４”　、２６’はプリ
ント回路基板の一部として形成するのが望ましい。厚さ
０．０１インチで十字形をした繊維ガラス基板４４（第
６図）上に、ダイポール素子２４．２６及び２４’　、
２６”が形成される。隣り合う直交したダイポール素子
が、薄い十字形の繊維ガラス基板の両面に、印刷される
。このようにすることは、同軸給電体、即ち、マストに
対する接続を容易にする。しかし、外側の端部において
、ダイポール素子は、繊維ガラス基板４４の十字腕と同
一幅の導電性タブ４６．４８，５０．５２まで届かなく
てもよい。タブ４６．４８，５０．５２には、第５図に
示すように、台板２０に形成された夫々の透孔６２．６
４．６６．６８に挿入しうるような突起５４，５６．５
８．６０が形成されている。透孔６２，６４，６６．６
８は、マスト２２のための中心孔７０から、繊維ガラス
基板４４の腕の長さとマスト２２の高さとに応じて決め
られた距離だけ離される。それ故、突起５４゜５６．５
８．６０が透孔６２，６４，６６．６８に挿入され、マ
スト２２が正しく配置されると、繊維ガラス基板４４の
腕とダイポール素子２４゜２６及び２４’　、２６’は
自動的に希望する曲率となる。

第７図は、組立てられる位置にあるマスト２２と繊維ガ
ラス基板４４と台板２０とを示す分解組立図であり、第
８図は最終の組立品を示す、第９図には非励振共振器３
６．３８が追加して示されており、この非励振共振器３
６．３８は改良であり、第３図の曲線Ｂを全体的に大き
くする。曲線Ｂが示すように、アンテナ利得は天頂方向
に約＋３ｄＢｉ、水平線方向に約−２ｄＢｉである。従
来のアンテナの曲線Ａに比べ、天頂方向において幾分利
得が低下しているが、このことは、天頂方向から、例え
ば航行する衛星からの受信信号の減衰及び歪は最小であ
ることが経験上知られていることから重大ではない０重
要なことは、水平線近くでアンテナ利得が従来のターン
スタイルの利得より相当改善されることである。その上
、この発明によると、信号の利得は幾分水平線以下の角
度においてさえほぼ同一に維持される。従って、本発明
のアンテナを取付けた船舶又は航空機等が、相当な角度
前後左右に揺動しても、その送受信が乱されることはな
い。

ダイポール素子の曲線の方向（マスト及び接地平面の方
に向く内向き、又はマスト及び接地平面から離れる方に
向く外向き）はインピーダンス及び放射パターン（ｒａ
ｄｉａｔｉｏｎ　ｐａｔｔｅｒｎ　＞を変える。

良好なインピーダンスマツチング、優れた利得）（ター
ン、及び優れた円偏波（軸比）を得るための最良の構成
は、ダイポール素子が傘の脅のように湾曲したものであ
る。故に、この発明の好ましい実施例は“アンブレラ”
アンテナと呼ぶこともできる。各ダイポール素子の曲線
は同軸マストを含む平面内にあるから、ダイポール素子
の形状を３次元にするようならせん成分はない。

前記した式と第３図において、ｎ＝１の場合は、前述の
ウッドワード他の特許に記載されている直線ダイポール
素子であって劣っているケースである。ｎの値が増加す
ると、湾曲は凸状になる（看者に向けて外方に出る）。

ｎが２であり、ａとｂが等しい場合は円となり、好まし
いアンブレラダイポール索子となる。ｎが増加すると、
曲線は矩形に近ずく。ｎが１より小さいと、ダイポール
素子は下にさがり始めて、ｎ＝０．７及びｎ＝０゜５の
例に示されるような凹状になる（看者から離れて内方に
へこむ）。ｎは０より大きいいかなる値でもよい（但し
、ｎ＝１を除＜、ｎ＝１のときは直線ダイポール素子と
なる。）、ｎの好ましい範囲は狭く、この発明の最も良
く知られている実施モードによると、それはｎ＝２であ
る。

ａとｂとが等しく、ｎ＝２の場合、上記のようにダイポ
ール素子の曲線は円形であり、ａとｂとが等しくなく、
ｎ＝２の場合、曲線は楕円形である。

ダイポール素子は接地平面を形成する台板２０に接触す
る必要はなく（第１０図）、接地平面の近くまで形成さ
れていればよい（例えば、第８図）。必要な支持を与え
るため、及び、マスト即ち同軸ゲーブルから送信機又は
受信ｌｌ（図に示していない）までの接続のため、ダイ
ポール素子が接続されたマストは台板に接触し、これを
貫通している。

符号が一定であり連続する一次導関数を持つダイポール
素子の湾曲は、設計者にとって従来は得られなかった２
つの利点を提供する。その第一は、ダイポールの、それ
故、アセンブリ全体の特性インピーダンスが非常に広い
範囲をカバーできることである。第二は、実用的なアン
テナを形成するようアレイとして使用したときに、接地
平面に対するダイポールの位置を変化させることにより
、ダイポールの、それ故、アセンブリ全体の放射パター
ンが大きく変わることである。

アンテナは送信機、受信機、又は両方に接続することが
できる。両方に接続する場合には、結合器（ｃｏｍｂｉ
ｎｉｎｇ　ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を使用する。受信機の場
合には、通常、アンテナ利得Ｇ対システム雑音温度Ｔの
比Ｇ／Ｔによって与えられるシステム良度指数により決
まる最良の受信機性能を得るに必要な正確なインピーダ
ンスマツチングを達成できることが重要である。検知さ
れたＳＮ比は一般に使用されるこの良度指数に比例する
。希望するインピーダンスレベルを、アンテナの構成要
素から直接得ることは難しい。その代り、種々のタイプ
の送信線又は変圧器を使用した各種インピーダンスマツ
チング技術が用いられる。これらのインピーダンスマツ
チング回路はしばしば抵抗性損失を発生させアンテナの
実効利得Ｇを低下させる。従って、この発明のアンテナ
のインピーダンスレベルが広い範囲で変えられるという
ことは重要である。この発明の好ましい実施例は、望ま
しいインピーダンスレベルを達成し、そして広い周波数
範囲でそれを維持する。

同様に、アンテナを送信機として使用する場合には、最
大電力送信のため、アンテナインピーダンスを電源イン
ピーダンスに整合させることが重要である。従って、イ
ンピーダンスレベルを変えることができるという性能は
、ターンスタイル構造では容易に得ることができないも
のであり、用途に関係なく、本発明の主要な利点である
。

ダイポール素子の湾曲がほぼ円（ｎ＝２）の場合、その
結果としての特性インピーダンスは、受信機の増幅器の
雑音指数を最良にし、それゆえ受信機の良度指数Ｇ／Ｔ
を最良にするのに最も適した領域にある。同調及びイン
ピーダンスマツチングは、損失のある変圧器や附加され
た回路を使用せずに達成することができる。その上、ダ
イポール素子の形状は使用されるアンテナの製造を比較
的容易にする。

好ましい実施例において、マスト即ちダイポール素子の
支持構造は、通常、通信産業で使用される同軸給ｔｈＩ
Ｉと、標準の直径が０．１４１インチの半剛体外郭管と
から成る。マストは、実際には、ダイポール素子に又は
そこからエネルギを正しく伝送するのに必要なバラン、
即ち、平衡不平衡変成器として機能する。マストの接地
平面上の高さは、約四分の一波長（開回路の場合）か、
又は半波長（短絡回路の場合）であり、それによって平
衡不平衡変換処理を行う。

アンブレラアンテナを用い、ウッドワード他の特許に記
載の方法によれば、円偏波を得ることができる。ＸＺ面
（又はＹＺ面）上にあるダイポール素子は、希望する動
作周波数で実際に共振する場合のものよりわずかに短く
（Ｄ２）作られる。

ＹＺ面（又はＸＺ面）のダイポール素子はわずかに長＜
　（Ｄｌ）作られる。この共振周波数の違いは、円偏波
信号を形成するに必要な９０°位相シフトを得るための
機構を提供する。動作周波数において、長い方のダイポ
ールの位相は短い方のダイポールの位相に先行する。長
さを調節することにより希望する９０″シフトを得るこ
とができる。

この方法は、周知であり、パッチアンテナ及び他のアン
テナの設計に広く使用されている。

給電点において、即ち、マストの頂点において、４つの
ダイポール導電素子が、直交する２つのダイポール対を
形成する。一方の隣り合う対は十字形の誘電支持体４４
の上側にプリントされ、他方は下側にプリントされる（
第６図）。ダイポール対のダイポール素子の内側の端部
（即ち、マスト２２に近い端部）は、誘電支持体４４の
上側において、他方のダイポール対のダイポール素子の
内側の端部に接続される。そのようにして接続された２
つのダイポール素子は、支持体マスト２２を形成する同
軸ゲーブルの中央導体に接続される。

同様に、支持誘電体４４の下側にある残る２つのダイポ
ール素子の内側の端部は、互いに接続され、そして、マ
スト２２を形成する同軸ケーブルの他の（外側）導体に
接続される。そして、隣り合う直交する対のダイポール
素子は、ダイポールを正しく動作させるような平衡法（
ｂａｌａｎｃｅｄ　ｔｌａｎｎｅｒ　）により駆動され
る０図面は左回り円偏波を発生する構造を示す、隣り合
う直交するダイポール素子間の接続を逆にすることによ
って、分極の方向を逆にすることができる（左から右に
）。

放射素子のために使用されるタイプのダイポールは、好
ましい実施例として第６図〜第９図に示すような開回路
タイプでも、第１０図に示すような短絡回路タイプのど
ちらでもよい、この発明の短絡回路の実施例では、マス
ト即ちバルンに接続されていない方の端部は電気的に接
地されるように接続される。この場合には、マストは、
開回路のための四分の一波長ではなく、半波長の長さに
するのが好ましい。

基本的ダイポールの放射パターンを変えるため、テレビ
ジョン信号受信用のアンテナ（例えば、いわゆる八木ア
ンテナ）には、非励振共振器が使用される。これら非励
振共振器はほぼ同一形状を有し、動作するダイポールと
ほぼ同じ寸法を持つ。

同様な方法により、全体的形状が動作するダイポール素
子の形状に似た１組の非励振共振器を備えることによっ
て、２対のダイポールを有する本発明による基本的アン
テナの遠視野パターン（ｆａｒｆｉｅｌｄ　ｐａｔｔｅ
ｒｎ　）を変えることができる。これら非励振共振器は
、天頂方向付近に向く軸上の利得を増加させるか、又は
、放射パターンを押し潰すようにして、天頂方向におけ
る利得を減らし水平面方向における利得を増加させるこ
とができる。

その上、これら非励振素子はＸＹ面のいかなる方向にら
並べることができる。

上記した式は、ダイポール素子の形状を規定するなめに
使用される曲線を示すものではない。この式は、ｎが無
限大に近づくとダイポール素子が直角に近い曲りを持つ
ことを示す。

各ダイポールの半分の長さは、同じ長さである必要はな
い。各ダイポール素子は、その左半分を右半分より短く
、又は、長くすべきであり、他の言い方をすれば面対称
とすべさではない。

さらに、上記式は、完全なダイポール対の半分のみの形
状、即ち１個の共振素子のみの形状を規定する。ダイポ
ール対の両方のダイポール素子に同じ式が適用される場
合には、導関数の符号はＸ＝０又はｙ＝ｏにおいて変わ
る。

プラナバッチアンテナと対比した場合、この新規なアン
テナの最も重要な利点の１つは、非常に良いインピーダ
ンスマツチングを得ることができる周波数帯域が非常に
広いことである０例えば、典型的なプラナバッチアンテ
ナは、１５７５ＭＨ２の周波数で動作するために、第１
１図に示すような定在波率（ＶＳＷＲ）対周波数特性を
示す（図において、横軸は周波数（ＭＨｚ）を示し、１
目盛が５０ＭＨｚ、全範囲（１０目盛）が５００ＭＨｚ
、目盛の中心線（左から５目盛目）が１５７５ＭＨｚを
示す。尚、第１２図において同じ。

）。これに対し、アンブレラアンテナは、第１２図に示
すようなＶＳＷＲ対周波数特性を示す。許容しうるＶＳ
ＷＲの限界を１゜９２であるようにするか、又は１０ｄ
Ｂの反射減衰量にするか任意に選ばれる。

各々のグラフ（第１１図と第１２図）において点１と点
２で範囲が定められた帯域幅は、４００％以上改善され
ている。これは、この新規なダイポール素子から期待で
きることの代表である。湾曲したダイポール素子が与え
るこの自由度により、満足できる性能をより一層容易に
得ることができる。

ＶＳＷＲ対帯域対峙域幅特性は、製造容易性の観点から
非常に重要である。これは満足できるレベルの性能を得
るために必要とされる同調操作における努力が少くてよ
く、それゆえ、プラナバッチアンテナの場合に比べて製
造コストを安くできるいことを意味する。このことは製
造者及び消費者にとって有益である。

かくして、この発明によれば、立体角の半球全体につい
てほぼ一定の利得を有しているために本質的に無指向性
であり且つ円偏波となり、広い帯域において高感度であ
り、改善されたインピーダンス整合性とＶＳＷＲとを有
する新規且つ非常に有益なアンテナが提供される。

尚、以上の開示及び請求の範囲において、−の構造と他
の構造について、又は、−のＳ遺と周囲について、“垂
直”、“直交”、“直角”及び“平行”等の言葉が用い
られるが、これらの言葉は“約”大体”又は“はぼ”等
の言葉を直交や垂直等に付して使用することを意図する
ものであって、この発明の目的及び利益の実質的達成の
前提とならない程度の許容範囲をも含むものである。ま
た、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、
当業者が直ぐに思い付くであろうここに開示された好ま
しい実施例の多くの変更例をも含むものである。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は従来のプラナターンスタイルアンテナの斜視
図、 第１Ｂ図は、はぼ正方形（Ｌｌ　＞Ｌ２　）の形状と、
バッチの対角線上のバッチの中心からずれたところに位
１する同軸入力とを示す従来のバッチアンテナの平面図
、 第１Ｃ図は第１Ｂ図の構造の側面図、 第１Ｄ図はマイクロストリップにおけるハイブリッド分
岐線に対する第１Ｂ図及び第１Ｃ図のバッチの接続を表
わす平面図、 第２図は、天頂からアンテナへの第一の線と、電磁波の
伝搬方向に平行にアンテナを通して延びる第二の線とに
よって形成された角度の関数として、円偏波された電磁
波を送受信する能力を表わしたターンスタイルアンテナ
の斜視図、第３図は、典型的な従来のターンスタイルア
ンテナ（曲線Ａ）の場合において、及びこの発明によっ
て構成されたアンテナ（曲線Ｂ）の場合において、水平
線方向く又は天頂方向）に対する伝搬方向の間数として
のアンテナ利得をｄＢｉで表わすグラフ、 第４図は、式（ｘ　　／ａ）＋　（ｚ０／ｂ）＝１（こ
の式はこの発明によるすべての可能な曲線の部分集合を
表わしている）において、パラメータとしてｎを有する
本発明によるダイポール素子の異なる曲線を表わすグラ
フ、 第５図はこの発明によって構成されたアンテナの接地平
面を規定する台板の平面図、 第６図は２対のダイポール素子を支持しこの発明による
アンテナを構成するのに用いられるプリント回路基板の
平面図、 第７図は、この発明によるアンテナを形成するためにマ
ストとなる同軸ケーブルと、第５図及び第６図の構成と
からなる組立部品を示す分解斜視図、 第８図はこの発明による組立後のアンテナの斜視図、 第９図は第８図のアンテナに本発明による非励振結合共
振器を形成する受動ダイポール素子を追加した斜視図、 第１０図は接地平面に接続された半波長ダイポール素子
に代えて第８図の四分の一波長ダイボール素子を置いた
場合を示す斜視図、 第１１図は従来のバッチアンテナにおける周波数の関数
としてのＶＳＷＲにおける反射減衰量のグラフ、 第１２図はこの発明によって構成されたアンテナの周波
数の関数としてのＶＳＷＲにおける反射減衰量のグラフ
である。 ２０・・・台板 ２２・・・マスト又はバルン ２４．２６．２４’　、２６’・・・ダイポール素子２
４と２６・・・１対のダイポール ２４′と２６′・・・１対のダイポール３６．３８・・
・非励振素子又は非励振共振器４０・・・中央導体 ４２・・・外部導体

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. （１）接地平面を形成する台板と、 前記台板に接続され、前記接地平面に対し直角な方向に
   延びるマストと、 それぞれが前記接地平面から所定の距離だけ離れた第一
   の位置において前記マストに接続されて支持された第一
   の端部と、前記接地平面の近くに備えられた第二の端部
   とを持つ１対のダイポール素子とを有し、 前記ダイポール素子のそれぞれが前記マストを含む平面
   上において湾曲している湾曲ダイポール素子アンテナ。
2. （２）それぞれが前記第一の位置の近くにおいて前記マ
   ストに接続されて支持された第一の端部と、前記接地平
   面の近くに備えられた第二の端部とを持つ第二の対のダ
   イポール素子をさらに有し、前記第二の対のダイポール
   素子のそれぞれが、前記マストを含み且つ前記最初に指
   名されたダイポール素子を含む平面に直角な平面上にお
   いて、湾曲している請求項１記載のアンテナ。
3. （３）前記湾曲は凸状である請求項１記載のアンテナ。
4. （４）前記湾曲は凹状である請求項１記載のアンナテ。
5. （５）前記１対のダイポール素子と協働するものであり
   、それぞれが前記マストを含む平面において湾曲した１
   対の細長い非励振素子をさらに有する請求項１記載のア
   ンテナ。
6. （６）前記非励振素子のそれぞれが、前記ダイポール素
   子のそれぞれとほぼ平行である請求項５記載のアンテナ
   。
7. （７）前記第二の端部が前記接地平面に接触する請求項
   １記載のアンテナ。
8. （８）前記第二の端部が前記接地平面から離れている請
   求項１記載のアンテナ。
9. （９）原点において互いに直角に交差するＸ軸及びＹ軸
   によつて規定された接地平面ＸＹを形成する台板と、 前記台板に接続され、前記原点において前記接地平面に
   対し直角なＺ軸方向に延びるマストと、前記Ｘ軸及びＺ
   軸によつて規定されたＸＺ面上において延びる１対のダ
   イポール素子とを有し、前記ダイポール素子のそれぞれ
   が、前記接地平面から所定の距離だけ離れた第一の位置
   において前記マストに接続されて支持された第一の端部
   と、前記接地平面の近くに備えられた第二の端部とを有
   し、 前記ダイポール素子のそれぞれは前記ＸＺ面上において
   湾曲しており、 前記湾曲は連続で一定の符号の一次導関数を有する湾曲
   ダイポール素子アンテナ。
10. （１０）前記Ｙ軸及びＺ軸によって規定されたＹＺ面上
    に延びる第二の対のダイポール素子をさらに有し、 前記第二の対のダイポール素子のそれぞれが、前記第一
    の位置の近くにおいて前記マストに接続されて支持され
    た第一の端部と、前記接地平面の近くに備えられた第二
    の端部とを有し、 前記第二の対のダイポール素子のそれぞれは前記ＹＺ面
    上において湾曲し、 前記第二の対のダイポール素子の湾曲は連続で一定の符
    号の一次導関数を有する請求項９記載のアンテナ。
11. （１１）ｘをＸ軸に沿った原点からの距離とし、ｚをＺ
    軸に沿った原点からの距離とし、ａ及びｂを任意の定数
    とし、ｎを０＜ｎ＜∽且つｎ≠１のパラメータとした場
    合に、最初に指名された前記湾曲は、次式 （Ｘ＾ｎ／ａ）＋（Ｚ＾ｎ／ｂ）＝１ で与えられる請求項１０記載のアンテナ。
12. （１２）ｙをＹ軸に沿った原点からの距離とした場合に
    、２番目に指名された前記湾曲は、次式（ｙ＾ｎ／ａ）
    ＋（Ｚ＾ｎ／ｂ）＝１ で与えられる請求項１１記載のアンテナ。
13. （１３）接地平面を形成する台板と、 前記台板に接続され、前記接地平面に直角な方向に延び
    るマストと、 前記マストに接続されて支持された直交関係にある２対
    のダイポール素子とを有し、 前記マストが、同軸ケーブル給電体である湾曲ダイポー
    ル素子アンテナ。
14. （１４）前記第一の対の第一のダイポール素子は、前記
    二の対の第一のダイポール素子と前記同軸ケーブル給電
    体の内部導体とに接続され、 前記第一の対の第二のダイポール素子は、前記第二の対
    の第二のダイポール素子と前記同軸ケーブル給電体の外
    部導体とに接続された請求項１３記載のアンテナ。