JPH0680971B2 - 反射板を有する誘電体装荷アンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、たとえばマイクロ波以上の周波数帯域の電波
の送受信に好適に用いられ、動作利得と放射能率とが格
段に向上された反射板を有する誘電体装荷アンテナに関
する。

従来技術 第19図は典型的な従来技術のシヨートバツクフアイアン
テナ（以下、SBFアンテナと略称する）１の構成を示す
断面図である。第19図を参照して、SBFアンテナ１につ
いて説明する。SBFアンテナ１は、たとえばダイポール
アンテナなどの電波の波源２と、これに関して相互に反
対側に配置された平行な金属板から成る一対の反射板3,
4とを含む。反射板４は反射板３側に向かう立上がり高
さa1（たとえば0.25λ）の円筒部4aを有する。反射板3,
4の外形は、たとえば正方形または円であつて、その外
寸D1は使用電波の波長λに関して0.4λに選ばれ、また
外形が円の場合の外寸d1は2.0λに選ばれる。また反射
板3,4の間隔h1は、使用波長λに関して、λ/2に選ばれ
ている。このSBFアンテナ１は反射板3,4間の電波の反射
と、反射板3,4の各端部における電波の回折とを利用し
て、放射を実現している。

このようなSBFアンテナ１では、開口効率は高々約100％
で利得15dB程度のものが得られることが知られている
が、このような構成のSBFアンテナ１では、これ以上の
開口効率および動作利得を達成することは困難であるこ
とも周知である。

第20図は第２の従来技術の誘電体ロツドアンテナ（以
下、ロツドアンテナと称する）５の構成を示す斜視図で
ある。第20図を参照して、ロツドアンテナ５について説
明する。ロツドアンテナ５は、導波管６の一端部に長手
方向に沿つて固定された誘電体棒７を導波管６によつて
励振し、発生する表面波を利用して放射を実現する。こ
のようなロツドアンテナ５において、誘電体棒７の径D2
は使用波長λ以下であり、またロツド長D3は５λ〜10数
×λが必要である。したがつてこのようなロツドアンテ
ナは、構成に関して必然的に小形化が困難であり、また
動作利得も約16〜17dB程度しか得られないことが知られ
ている。

第21図は第３の従来技術の八木アンテナ８の基本的構成
を示す平面図である。第21図を参照して、八木アンテナ
８について説明する。八木アンテナ８は、給電素子8aと
導波器8bと反射器8cとを含む。八木アンテナ８は導体棒
からなる共振素子を用いているため、使用周波数帯域が
狭いという問題点があつた。

発明が解決しようとする問題点 したがつて、とりわけマイクロ波およびミリ波以上の周
波数帯域の電波を送受信するアンテナについて、構成を
小形化できるとともに、動作利得および放射能率を格段
に向上できるアンテナが希望されていた。

本発明の目的は、上述の問題点を解決し構成を格段に小
形化できるとともに、動作利得および放射能率を格段に
向上できる反射板を有する誘電体装荷アンテナを提供す
ることである。

問題点を解決するための手段 本発明は、導波管（12）と、 導波管（12）の端部に、その導波管（12）の軸線と垂直
に外向きに拡がつて固定され、導波管（12）と連通する
開口（13a）を有する金属製平板状の反射板（13）と、 反射板（13）から前方に一定の距離をあけて配置され、
反射板（13）に臨む表面（14s）が反射板（13）と平行
である誘電体（14）とを含むことを特徴とする反射板を
有する誘電体装荷アンテナである。

本発明の好ましい実施態様は、反射板（13）の誘電体
（14）に対向する表面（13s）が略円錐面となるように
構成され、 誘電体（14）の反射板（13）に臨む表面（14s）と、該
表面（14s）と反対側の表面（14r）とを、反射板（13）
の前記表面（13s）と対応する形状に形成したことを特
徴とする。

また本発明の好ましい実施態様は、反射板（13）は、一
対の平坦な金属板が相互に角度θ２を成す形状に形成さ
れ、 誘電体（14）は、反射板（13）に対応して軸直角断面が
略Ｖ字状であるように形成されることを特徴とする。

また本発明の好ましい実施態様は、導波管（12）と反射
板（13）と誘電体（14）とから成る組合せを、複数個配
列してアレイアンテナとして用いることを特徴とする。

また本発明は、反射板（13）と、 反射板（13）の前方に一定の距離をあけて配置され、反
射板（13）に臨む表面が反射板（13）と平行である誘電
体（14）と、 反射板（13）と誘電体（14）との間に介在されるアンテ
ナとを含むことを特徴とす反射板を有する誘電体装荷ア
ンテナである。

また本発明の好ましい実施態様は、前記アンテナがダイ
ポールアンテナであることを特徴とする。

また本発明の好ましい実施態様は、前記アンテナがパツ
チアンテナであることを特徴とする。

また本発明の好ましい実施態様は、前記アンテナがスト
リツプラインアンテナであることを特徴とする。

また本発明の好ましい実施態様は、反射板（13）と誘電
体（14）と前記アンテナとから成る組合せを、複数個配
列してアレイアンテナとして用いることを特徴とする。

作 用 本発明に従えば、反射板13の開口13aおよびアンテナ17,
18,19のような任意の偏波態様の波源と、波源近傍に配
置され、波源に臨む表面が有限面積の反射板と、波源に
関して反射板と反対側に配置され、少なくとも反射板に
臨む表面は反射板と並行に形成された誘電体とを含ん
で、誘電体装荷アンテナを構成する。このような誘電体
装荷アンテナでは、波源からの電波は反射板と誘電体と
の間、または誘電体内部などで多重反射する。

本発明は、誘電体と波源と反射板との相互の間隔および
誘電体の寸法や誘電率などを適切に選ぶことによつて、
誘電体内の電波の進行方向の振動成分、進行方向と垂直
な方向の振動成分および反射板と誘電体との間の振動成
分との重畳によつて、誘電体近傍の電磁界分布（特に位
相）を一様化する。このことをさらに詳しく述べると、
第22図のように比較的広い板状誘電体14を点波源に装荷
した場合を考えると、波源31から放射された電波の一部
は誘電体14とグランド板である反射板13の間において反
射を繰り返しながら誘電体14の切れ目まで伝搬するが、
その間に少しずつ誘電体14を透過してリーキーウエイブ
を生成し、その位相面は波線のように、ある方向に揃
い、その等相面に垂直な方向に鋭い指向性を示す。これ
はあたかも第22図のように映像波源列からの放射波のよ
うになる。誘電体14と反射板（グランド板）13の間隔ｈ
が1/2波長の整数倍で、誘電体14の厚みｔが1/4誘電体14
内波長の奇数倍の場合には指向性が正面方向となり、も
し、誘電体14と反射板13の広さが無限に広ければ、波源
の利得は比誘電率倍となる。したがつて誘電体14の比誘
電率が高ければ反射係数が高くなり、振動が減衰しにく
く、横方向に広くひろがり、有効面積を大きくするの
で、高い利得が得られる。これが本発明の理論である。

この誘電体14の比誘電率が小さく、２〜2.5では誘電体1
4の直径が2.5波長位の面積で大部分のエネルギが前方に
放射される。実際に誘電体14の広さを有限とし、たとえ
ば直径が約３波長以下にすると、誘電体14の厚さ方向、
あるいは反射板13と誘電体14の間で反射を繰り返し、横
方向に伝搬する波は誘電体14の側壁、すなわち、不連続
面で反射して反対方向に伝搬し、反対側の不連続面で再
び反射する。このようにして横方向の振動成分が生じ
る。

次に、第23図のように直径0.5波長程度で低誘電率の棒
状の誘電体14を波源31の前に装荷した場合を考えると、
誘電体14内に入った電波は誘電体14の側面で反射を繰り
返し前方に伝搬する。第23図のように入射経路、反射経
路はばらばらのように見えるが、これらはHE₁₁姿態（表
面波）として誘電体14の横断面において等相面を形成し
ながら伝搬する。本来、表面波は電波の放射しないもの
であるが、誘電体14が有限長であるため、誘電体14全体
としては電波を放射し、Hansen−Woodyardの条件が成り
立つとき、高い利得が得られる。

第24図は反射板（グランド板）13上にある波源に誘電体
14が装荷した図であるが、これは放射波に対して誘電体
がレンズ的な効果を持つことを示すものである。すなわ
ち、誘電体の中央付近の経路に対して斜めに入射した経
路は誘電体の角でプリズム状に屈折される。この経路が
上端面付近に達する距離は、中央付近を経過する経路よ
り長いが、電波が誘電体中を通過する距離が短いために
各部の寸法条件によつては到達する時間の差を少なくす
ることができる。言い換えれば位相差を少なくできるた
め平面波に近いものができる。本発明において、正面方
向に利得が高くなる場合の誘電体14の有効面積を確かめ
る目的で、誘電体の厚みをλg/4（λｇは誘電体内波長
とする）、誘電体14と反射板13の間隔をλ₀/2（λ_０は
空間波長とする）として誘電体14の広さをだんだんと小
さくしてゆくと、本来、誘電率倍になるべく利得がそれ
以上に増加する広さがあり、厚さにおいてもある程度厚
みがあって、しかも誘電体14とグランド板13の間隔もλ
₀/2である必要はなく、この間隔の大きさによって波源
との整合性をよくすることができる。この場合は、誘電
体ロッドアンテナよりかなり短い誘電体長で高利得のア
ンテナが実現でき、たとえば角柱の誘電体で横断面の一
辺が2.5λ_０位の場合には約18dBiの利得が得られる。こ
れは誘電体カバードアンテナの理論にも、誘電体ロッド
アンテナの理論にも当てはまらないものである。しか
し、直径が約１λ_０以下になるとロッドアンテナの理論
が適用できるようになり、直径が４〜５λ_０では、誘電
体14とグランド板13の間隔がλ₀/2において誘電体カバ
ードアンテナの理論が適応できるようになる。

本発明の誘電体装荷アンテナは、誘電体14の直径が誘電
体カバードアンテナの要素、すなわちリーキーウェイブ
と、誘電体ロッドアンテナの要素、すなわち表面波（HE
11モード）と、さらにはレンズ的効果が得られる放射波
が合成されたものとなっていると考えられる。したがっ
て、この「重畳」という用語は、これらの波が合成され
ることを意味し、誘電体14の比誘電率、直径Ｄ、厚み
ｔ、反射板（グランド板）13との間隔ｈの組み合わせ条
件によっての誘電体前面の電磁界の位相分布が、より広
く均一化（同相化）されるので高利得にできる。

なお、間隔ｈは波源との整合性を調整できるので能率良
く電波を放射することができる。アンテナの能率という
のは、アンテナに入力された電力のうちの何パーセント
が放射されるかで決まるので、この場合には誘電体損失
が少なければ整合性だけの問題である。これによつてア
ンテナの高動作利得化および高能率化が実現され、した
がつて従来技術の同一効率または同一動作利得のアンテ
ナと比べると、構成を格段に小形化できる。

実施例 第１図は本発明の一実施例の誘電体装荷アンテナ（以
下、アンテナと略称する）11の基本的構成を示す斜視図
であり、第２図はアンテナ11の平面図である。第１図お
よび第２図を参照して、本実施例のアンテナ11について
説明する。本実施例のアンテナ11は、軸直角断面がたと
えば方形の導波管12を含んでおり、長手方向一方端部に
は導波管12の軸線と垂直に外向きに拡がつて、金属材料
から成る矩形平板状の反射板13が固定される。この反射
板13には、導波管12と連通する開口13aが形成される。
この反射板13から前方（第１図の右方、第２図の上方）
に、反射板13と間隔ｈをあけて、直方体状の誘電体14が
配置される。この誘電体14はたとえばテフロン樹脂、ポ
リエチレン樹脂またはポリプロピレン樹脂などから形成
される。

前記反射板13の輪郭は、たとえば矩形であつて辺長D1,D
2を有する。また誘電体14は導波管12の軸線方向に沿う
厚みｔと、導波管12の軸線方向と直交する２方向に沿う
縦方向長さD3と、横方向長さD4とを有する。誘電体14の
反射板13に臨む表面14Sは、第２図か明らかなように、
反射板13と平行である。

このように導波管12を波源とし反射板13を有するアンテ
ナに関して、上述したような誘電体14を配置することに
よつて、開口13aから発生される電磁波は、第１図の矢
符A1で示すように導波管12の軸線方向に沿う双方向に沿
つて反射板13と誘電体14との間で反射する。また誘電体
14内では、矢符A1方向および矢符A1方向と直交する平面
を構成する相互に直交する方向（第１図矢符A2,A3で示
す）に沿う方向に多重反射する。これによつて、反射板
13と誘電体14との間および誘電体14内部で、前記矢符A1
〜A3方向に表面波および回折波が励振され定在波が生じ
ることになる。

また反射板13と誘電体14との間で、前述したように電磁
波が矢符A1方向に沿う反射を行なつており、このような
電磁波について、反射板13および誘電体14の各端部15,1
6における回折によつて、動作利得が増大する。すなわ
ち誘電体14の近傍の電磁界分布（とりわけ位相）を一様
化できる。ここに言う一様化とは、前記端部15、16によ
つて反射または回折した電磁波と、誘電体14と反射板13
との間で多重反射した電磁波とを重畳させる作用の意味
である。また反射板13の面積は有限であり、したがつて
前記端部15、16で反射または回折を繰り返すことによつ
て、放射される電磁波の位相が揃えられる状態が発生す
る。これによつて動作利得が向上される。

第３図は前述のアンテナ11の特性を示すグラフである。
横軸は厚みｔを使用波長λ_０で規格化した数値であり、
縦軸は動作利得である。本実施例の誘電体14は、たとえ
ばテフロンであつて比誘電率＝2.0で、間隔ｈ＝λ₀/2に
選ぶ。この例に沿つて以下に説明する。第３図ラインl1
は第１図において、 D1＝D2＝D3＝D4＝1.5λ_０ …（１） の場合の特性を示し、ライン12は、 D1＝D2＝D3＝D4＝2.0λ_０ …（２） の場合の特性を示し、ラインl3は、 D1＝D2＝D3＝D4＝4.0λ_０ …（３） の場合の特性をそれぞれ示す。

以下、第３図を併せて参照して、アンテナ11の特性につ
いて説明する。上記第１式の場合には、第３図に明らか
なように、 t/λ_０≒1.5 …（４） で動作利得が最大となり、第２式の場合には、 t/λ_０≒２ …（５） で、やはり動作利得が最大となることが理解される。上
記第３式の場合では、動作利得は第３図に示すように振
動しており、 t/λ_０＞0.5 …（６） の範囲では、振動の極大値はほぼ等しく、これは誘電体
14が充分（または無限）に広い場合の現象に近似してい
ることが理解される。

すなわち第１図および第２図に示した構成を有するアン
テナ11は、反射板13および誘電体14の相互に対向する表
面13s,14sの面積が16λ₀ ²程度以上のとき、前述した端
部15,16における反射および回折による効果が表われな
くなつていることが理解される。また反射板13および誘
電体14の辺長D1〜D4が、４λ_０から1.5λ_０に変化する
に従い、アンテナ11の動作利得が向上される傾向が示さ
れている。このような傾向は反射板13と誘電体14との間
隔ｈを変化しても同様であることが、本件発明者によつ
て確認されている。

第４図は本件アンテナ11の使用周波数ｆ［GHz］に対す
る動作利得と開口効率とに関する実験結果を示すグラフ
である。第４図の「×」印は開口効率を示し、「・」印
は動作利得を示す。なお、本実施例の誘電体は、前記第
３図を参照した説明時と同様にたとえばテフロンであつ
て比誘電率＝2.0であるが、間隔ｈ＝λ₀/8に選ばれてい
る。本件発明者は、間隔ｈがλ₀/8の場合に、後述する
ように動作利得および開口効率などが最も好ましい数値
となることを確認した。この実験結果は、第１図に示す
構造のアンテナ11において、辺長D1,D2,D3,D4を参照符
号Ｄで総称した場合に、 D/λ_０＝1.5 …（７） t/λ_０＝1.874 …（８） h/λ_０＝1/8 …（９） の条件下に行なわれた。このとき、第４図から明らかな
ように、周波数帯域幅BWは、 BW/f₀＞0.3 …（10） であり、周波数帯域幅BWの範囲内において、効率は100
％以上であり、最大効率225％の結果が得られた。

第５図は周波数と電圧定在化波化（VSWR）との関係を示
すグラフである。第５図に示される実験データは、上記
第７式〜第９式の条件下に行なわれた。ここで導波管12
内TE₁₀モードの電圧定在波比（VSWR）が第５図の「・」
で示される。第５図に示す周波数帯域内で、 VSWR＜1.5 …（11） が得られる。

第６図および第6A図は、上記第７式〜第９式の条件下で
使用周波数f₀における電磁波のＥ面（電界面）およびＨ
面（磁界面）の放射特性をそれぞれ示すグラフである。
本実施例のアンテナ11は、第６図に示す放射特性を有す
ることが確認された。

本件発明者は、本件アンテナ11の機能を典型的な従来技
術である電磁ホーンアンテナと比較する実験を行なつ
た。このとき用いられた電磁ホーンアンテナ23およびア
ンテナ11の原理的構成を第6B図および第6C図に示す。電
磁ホーンアンテナ23は、導波管24の先端部に四角錐台状
の電磁ホーン25が同軸に接続されて構成される。このよ
うな電磁ホーンアンテナ23およびアンテナ11の各部の寸
法の一例と、動作利得の変化とを以下に説明する。開口
面外寸は第6B図および第6C図の記号に関してＡ＝50.7m
m、Ｂ＝66.7mm、Ｄ＝38.1mmであり、したがつて開口面
積は、電磁ホーンアンテナ23では2824.0mm²、アンテナ1
1では1452.3mm²である。かつ、奥行寸法についてはＬ＝
119.5mm²、Ｈ＝50.7mmの各寸法で設計した。このような
電磁ホーンアンテナ23とアンテナ11との各利得（dB）
は、使用周波数8GHzでそれぞれ13.2dBおよび14.5dBであ
つた。

このように、本件発明のアンテナ11は電磁ホーンアンテ
ナ23と比較して、開口面積は約半分に、かつ奥行きを約
0.43倍に小形化できるとともに、その一方で使用周波数
帯域での利得を1.3dBの範囲で向上できる。これにより
電磁ホーンアンテナ23と同程度の能力を有するアンテナ
11は、格段に小形化されることが確認された。

本実施例は、第１図に示すような開口アンテナに関して
説明したけれども、波源として第７図に示すダイポール
アンテナ17、第８図に示すようなパツチアンテナ18、お
よび第９図に示すようなストリツプラインアンテナ19に
関しても、容易に実施されることができる。また本発明
は上記各波源に限らず、スリツトアンテナを含む任意の
波源に対しても実施されることができる。

上記第７図〜第９図示のダイポールアンテナ17、パツチ
アンテナ18およびストリツプラインアンテナ19を波源と
する誘電体装荷アンテナは、反射板13と誘電体14との間
に、たとえば発泡スチレン樹脂などの介在部材30がスペ
ーサとして配置される。このような介在部材30に関し
て、上記波源と誘電体14との間付近は中空に形成され
る。このような介在部材30を用いる構成は、第１図およ
び第２図のアンテナ11に関しても同様に実現される。

また前述の実施例では、反射板13を矩形板状として説明
し、誘電体14を直方体として説明したけれども、このよ
うな反射板13または誘電体14について、これらの導波管
12の長手方向から見た各図（第10図および第11図参照）
に示すように、長方形や正方形の種類であつてもよく、
また円形の種類であつてもよい。また波源から発生され
る電磁波の偏波態様は、直線偏波、円偏波、楕円偏波の
いずれでもよく、誘電体14の形状は多角形板または多角
形棒、円形板または円形棒など、いずれであつても実施
することができる。

本発明の更に他の実施例として、導波管12と、導波管12
の端部にその導波管12の軸線と垂直に外向きに拡がつて
固定され導波管12と連通する開口13aを有する金属製平
板状の反射板13と、反射板13から前方に一定の距離をあ
けて配置され反射板13に臨む表面14sが反射板13と平行
である誘電体14とから成る組合せ、または反射板13と、
反射板13の前方に一定の距離をあけて配置され反射板13
に臨む表面が反射板13と平行である誘電体14と、反射板
13と誘電体14との間に介在されるアンテナとから成る組
合せを基体素子とし、これらを複数個配列してアレイア
ンテナとして用いるようにしてもよい。その一例を第12
図および第13図に示す。第12図は波源20を配列ピツチＬ
で方向行列状に配列した構成である。第13図は波源20を
相互間距離Ｌで千鳥状に配列した構成である。このよう
な構成によつても、上述の実施例で述べた効果を実現で
きるとともに、さらに高効率、高動作利得のアンテナを
構成できる。

本発明の反射板13および誘電体14の相互に対向する表面
13s,14sは、一般には平坦面に限らず、２次以上の曲面
または微少平坦面の連続した構成であつてもよい。すな
わち本発明に言う反射板13と誘電体14とが「平行」であ
るとは、両者の相互に対向する表面13s,14sを対応する
部位毎に小面積に区分したとき、対応する各部位が相互
に平行であればよく、上記表面13s,14sが全体として平
坦面であつて相互に平行である状態に限定されるもので
はない。

第14図は本発明のさらに他の実施例のアンテナ11aの構
成を示す分解斜視図である。本発明のアンテナ11aは前
述の実施例に類似し、対応する部分には同一の参照符を
付す。本実施例の注目すべき点は、たとえば波源の一例
としての導波管12を接続された反射板13を、誘電体14に
対向する表面13sが略円錐面となるように構成したこと
であり、さらに誘電体14の反射板13に臨む表面14sと、
誘電体14の表面14sと反対側の表面14rとを、反射板13の
前記表面13sと対応する形状に形成したことである。

ここで、前記表面13s,14s,14rが形成する略円錐面は、
その軸線を含む仮想平面で切断した場合の頂角θ１が第
14図に示すように鈍角三角形となるように選ばれれても
よい。このような構成によつても、前述の実施例で述べ
た効果と同様の効果を実現することができる。

第15図は本発明のさらに他の実施例のアンテナ11bの構
成を示す分解斜視図であり、第16図はアンテナ11bの反
射板13の正面図である。第15図および第16図を参照し
て、アンテナ11bについて説明する。アンテナ11bは前述
の各実施例に類似し、対応する部分には同一の参照符を
付す。本発明の注目すべき点は、波源としての導波管12
に接続された反射板13を、一対の平坦な金属板が相互に
角度θ２を成す形状に形成したことである。この角度は
θ２は、 θ２＞90度 …（12） に選ばれてもよい。すなわち、誘電体14はその軸直角断
面形状が略Ｖ字状であるように形成される。反射板13の
開口13aは反射板13の接合部13bの長手方向に沿う長さL1
と、これに直交する方向の長さL2について、 L1＜L2 …（13） であるように形成される。このようなアンテナ11bであ
つても前述の実施例で述べた効果と同様の効果を実現す
ることができる。

第17図は本発明のさらに他の実施例のアンテナ11cの構
成を示す分解斜視図である。本実施例は前記第15図およ
び第16図を参照して説明したアンテナ11bと基本的に類
似し、波源として導波管12に代え、パツチアレイアンテ
ナ22を反射板13の接合部13bの両側に並列に配置したこ
とである。このような構成によつても、前述の実施例の
効果と同様の効果を得ることができる。

また第18図は本発明のさらに他の実施例のアンテナ11d
の平面図である。本実施例も前述のアンテナ11bに基本
的に類似し、その特徴は反射板13の接合部13b上にその
長手方向に沿つてパツチアレイアンテナ22を単一列配置
したことである。このような構成によつても、前述の実
施例で述べた効果と同様な効果を得ることができる。

前記第14式を参照して説明したアンテナ11aにおいて反
射板13および誘電体14は、略円錐面を有するように形成
されたけれども、このような円錐面に限らず、多角錐面
を成すように形成してもよい。

第18A図は後述する本発明のさらに他の実施例の誘電体
装荷アンテナによる動作利得および開口効率を示すグラ
フである。本実施例の誘電体装荷アンテナは第１図示の
構成と類似し、反射板13に臨んで設けられる誘電体14の
誘電率を、たとえば8.6程度に選ぶようにしたことが特
徴である。このような構成によつて、第18A図に示す特
性が得られることになる。第18A図のラインl5はアンテ
ナ11eの動作利得を示し、ラインl6はその開口効率を示
し、上記構成例では最高160％を示している。ラインl7
は第１図を参照する本実施例の構成において、誘導体14
を除いた場合の動作利得を示す。

第18B図は、本発明のさらに他の実施例の誘電体装荷ア
ンテナ11eを示す斜視図である。本実施例は前述の各実
施例、とりわけ第８図の実施例の類似し、対応する部分
には同一の参照符を付す。本実施例の注目すべき点は、
反射板13上に形成されたパツチアンテナ18上に配置され
る誘電体14を、誘電率をたとえば8.6程度に選ぶように
したことである。このような構成とすることにより、第
18C図に示すような動作特性を得ることができる。第18C
図においてラインl8は、誘電体装荷アンテナ11eの動作
利得を示し、ラインl9は第18B図の構成において誘電体1
4を装荷していない場合の動作利得を示す。

上記第18A図〜18C図に示されるように、誘電体14の誘電
率を比較的大きな値に選ぶことにより、前述の実施例で
説明した周波数帯域幅は比較的狭くなるけれども、小形
の割には動作利得を向上させることができる。これは誘
電体14の誘電率が増大するに従い、誘電体14の共振現象
が有意となつてくるからである。

第18D図は、第18B図の構成においてパツチアンテナ18の
共振周波数fpに関して、誘電体14の共振周波数ｆεを相
互に異なる値に選んだ場合の相対放射電力を示すグラフ
である。第18D図のラインl10は、第18B図の構成におい
て誘電体14を装荷しない場合の相対放射電力の変化を示
し、ラインl11は第18B図の誘電体を装荷した場合の相対
放射電力の変化を示す。

第18D図に示されるように、パツチアンテナ18と誘電体1
4の各共振周波数fp,fεを異なる値に選ぶことにより、
周波数帯域幅が拡大されていることが理解される。これ
により比較的高い誘電率の誘電体14を選んだ場合でも、
前述した動作利得の増大によつてアンテナ11の構成を小
形化できるとともに、前記共振周波数fp,fεをずらすこ
とにより、周波数帯域幅の減少を補填することができ
る。

また、第18A図〜第18D図を参照して説明した各実施例に
おける誘電体装荷アンテナを用いてアレイアンテナを構
成する場合、個々の誘電体装荷アンテナの特性は、たと
えば開口効率が高々100％程度で、さほど高い動作利得
を有するようにしなくてもよい。

本発明の効果について、さらに述べる。能率の悪いアン
テナがあるとしてもVSWRが２だとしても、これが改善さ
れて１、すなわち100％入力電力を放射したとしても利
得の向上は高々約0.5dBであり、誘電体を直付けしても
（その場合にもよるが）1.5位には改善できる。したが
ってVSWRが間隔ｈによってさらに改善されて１になった
としても、利得の向上は0.2dBであり、利得のグラフを
描けば、目盛り幅にもよるが、描きにくいので本分の第
11式および第５図のように示した。第５図のグラフにお
いてVSWRの最小値が約1.05で1.2以下の帯域幅は約600MH
zであるので、一般の使用では申し分なく高能率である
ことが示されている。心配される誘電体損失も、損失の
少ないテフロンやポリスチレン、あるいはポリプロピレ
ンを使用すれば問題はない。

また、この第５図のグラフの山と谷は誘電体の厚みによ
って、任意の周波数にシフトできる。

次に誘電体を配置した場合と配置させない場合の比較で
あるが、これについては第３図においては確かに誘電体
の厚みが０、すなわち非装荷の点のプロットが抜けてい
るが、第１図の構成列における実施例が第18A図のよう
に利得の周波数特性として示されている。これには誘電
体を配置した場合がl5で示され、配置させない場合がl7
で、放射効率は開口効率としてl6で比較されている。こ
れを見れば、各周波数に対する利得の向上や効率の向上
が判る。

効 果 以上のように本発明に従えば、波源と反射板と誘電体と
を含み、反射板と誘電体との外形寸法を適切に選んで誘
電体装荷アンテナを構成した。このような誘電体装荷ア
ンテナでは、波源からの電波は反射板と誘電体との間、
または誘電体内部などで多重反射する。したがつて誘電
体内の電波の進行方向の振動成分、進行方向と垂直な方
向の振動成分および反射板と誘電体との間の振動成分と
を重畳することによつて、誘電体近傍の電磁界分布（特
に位相）が一様化される。これによつてアンテナの高利
得化および高能率化が実現され、したがつて従来技術の
同一効率または同一利得のアンテナと比べると、構成を
格段に小形化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のアンテナ11の基本的構成を
示す斜視図、第２図はアンテナ11の平面図、第３図はア
ンテナ11において誘電体14の厚みの関数t/λ_０をパラメ
ータとする利得特性を示すグラフ、第４図は使用周波数
ｆに対する利得および開口効率を示すグラフ、第５図は
使用周波数ｆに関する電圧定在波化（VSWR）を示すグラ
フ、第６図および第6A図はアンテナ11の指向特性を示す
グラフ、第6B図は比較例の電磁ホーンアンテナ23の斜視
図、第6C図はアンテナ11の原理的構成を示す斜視図、第
７図はダイポールアンテナ17を波源とする本発明の他の
実施例の誘電体アンテナの斜視図、第８図はパツチアン
テナ18を波源とする本発明の他の実施例の誘電体アンテ
ナの斜視図、第９図はストリツプラインアンテナ19を波
源とする本発明の他の実施例の誘電体アンテナの正面
図、第10図および第11図は本発明の実施例における反射
板13または誘電体14をそれぞれ示す正面図、第12図およ
び第13図は本発明の他の実施例のアレイアンテナ21,21a
を示す平面図、第14図は本発明のさらに他の実施例のア
ンテナ11aの分解斜視図、第15図は本発明のさらに他の
実施例のアンテナ11bの分解斜視図、第16図はアンテナ1
1bの反射板13の正面図、第17図は本発明のさらに他の実
施例のアンテナ11cの分解斜視図、第18図はアンテナ11d
の平面図、第18A図は本発明の更に他の実施例の誘電体
装荷アンテナの特性を示すグラフ、第18B図はアンテナ1
1eの斜視図、第18C図はアンテナ11eの特性を示すグラ
フ、第18Dは本実施例の動作を示すグラフ、第19図は第
１の従来技術のシヨートバツクフアイア（SBF）アンテ
ナ１を示す断面図、第20図は第２の従来技術のロツドア
ンテナ５を示す斜視図、第21図は第３の従来技術の八木
アンテナ８を示す平面図であり、第22図は本発明の誘電
体14を有するアンテナの原理を説明するための図、第23
図は本発明の他の実施例の原理を説明するための図、第
24図は本発明の放射波の説明をするための図である。 11……誘電体装荷アンテナ、12……導波管、13……反射
板、14……誘電体、15、16……端部、17……ダイポール
アンテナ、18……パツチアンテナ、19……ストリツプラ
インアンテナ、20……波源、21……アレイアンテナ、22
……パツチアレイアンテナ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導波管（12）と、 導波管（12）の端部に、その導波管（12）の軸線と垂直
   に外向きに拡がつて固定され、導波管（12）と連通する
   開口（13a）を有する金属製平板状の反射板（13）と、 反射板（13）から前方に一定の距離をあけて配置され、
   反射板（13）に臨む表面（14s）が反射板（13）と平行
   である誘電体（14）とを含むことを特徴とする反射板を
   有する誘電体装荷アンテナ。
2. 【請求項２】反射板（13）の誘電体（14）に対向する表
   面（13s）が略円錐面となるように構成され、 誘電体（14）の反射板（13）に臨む表面（14s）と、該
   表面（14s）と反対側の表面（14r）とを、反射板（13）
   の前記表面（13s）と対応する形状に形成したことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の反射板を有する誘
   電体装荷アンテナ。
3. 【請求項３】反射板（13）は、一対の平坦な金属板が相
   互に角度θ２を成す形状に形成され、 誘電体（14）は、反射板（13）に対応して軸直角断面が
   略Ｖ字状であるように形成されることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の反射板を有する誘電体装荷アン
   テナ。
4. 【請求項４】導波管（12）と反射板（13）と誘電体（1
   4）とから成る組合せを、複数個配列してアレイアンテ
   ナとして用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の反射板を有する誘電体装荷アンテナ。
5. 【請求項５】反射板（13）と、 反射板（13）の前方に一定の距離をあけて配置され、反
   射板（13）に臨む表面が反射板（13）と平行である誘電
   体（14）と、 反射板（13）と誘電体（14）との間に介在されるアンテ
   ナとを含むことを特徴とする反射板を有する誘電体装荷
   アンテナ。
6. 【請求項６】前記アンテナがダイポールアンテナである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の反射板を
   有する誘電体装荷アンテナ。
7. 【請求項７】前記アンテナがパツチアンテナであること
   を特徴とする特許請求の範囲第５項記載の反射板を有す
   る誘電体装荷アンテナ。
8. 【請求項８】前記アンテナがストリツプラインアンテナ
   であることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の反
   射板を有する誘電体装荷アンテナ。
9. 【請求項９】反射板（13）と誘電体（14）と前記アンテ
   ナとから成る組合せを、複数個配列してアレイアンテナ
   として用いることを特徴とする特許請求の範囲第５項記
   載の反射板を有する誘電体装荷アンテナ。