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技術 BeanAntenna(そら豆形アンテナ)

出願人 山本秀秋
発明者 山本秀秋
出願日 2012年2月8日 (8年4ヶ月経過) 出願番号 2012-024835
公開日 2013年8月19日 (6年10ヶ月経過) 公開番号 2013-162444
状態 特許登録済
技術分野 線状基本アンテナ
主要キーワード 円形線状 電界強度パターン 展開項 付加素子 高周波誘導電流 設置調整 低利得アンテナ 円形ループ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2013年8月19日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (19)

課題

UHFVHFantennaとして、電波障害物が多い環境でも使用でき、かつ広帯域アンテナを開発すること。 また構造単純で移動体通信用アンテナとして利用できるアンテナを開発すること。

解決手段

円形ループアンテナを応用し、内部に円形無給電素子を配置し、その配置位置を決定した。

概要

背景

VHF,UHF帯域に置いては、八木アンテナが広く普及し利用されている。
八木アンテナは指向性が鋭く、電界強度利得も高いので、受信環境がよければ非常に有利なアンテナである。しかし次のような欠点を持つ。1.受信環境の悪いところ、遮蔽物が多いところなどでは、必ずしも有利ではない。2.帯域幅が狭い。3.移動体通信用アンテナ
としても好適とは言えない。

概要

UHF,VHFantennaとして、電波障害物が多い環境でも使用でき、かつ広帯域なアンテナを開発すること。 また構造単純で移動体通信用アンテナとして利用できるアンテナを開発すること。円形ループアンテナを応用し、内部に円形無給電素子を配置し、その配置位置を決定した。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

図2に示す、beanbasicpattern にトポロジカルに等しい構造のアンテナを請求する。

請求項2

beanbasicpattern に反射器導波器等の付加素子を追加したもの。

技術分野

0001

空中線

背景技術

0002

VHF,UHF帯域に置いては、八木アンテナが広く普及し利用されている。
八木アンテナは指向性が鋭く、電界強度利得も高いので、受信環境がよければ非常に有利なアンテナである。しかし次のような欠点を持つ。1.受信環境の悪いところ、遮蔽物が多いところなどでは、必ずしも有利ではない。2.帯域幅が狭い。3.移動体通信用アンテナ
としても好適とは言えない。

先行技術

0003

土井、佐:”ループ状連続線電流による指向性の合成”、電子通信学会論文誌、昭和44-440、B-173
喜安:”環状輻射体による指向性の合成について”、電気通信学会誌、29巻3号、昭和21−03
土井、佐藤:”ループ状連続線電流による指向性の合成とその実現法”、電子通信学会専門委員会誌、AP68-37(1968-09)

発明が解決しようとする課題

0004

八木アンテナよりも広角度で単方向性を持った線状アンテナを実現すること。

0005

UHF帯域において、広い帯域幅を持ったアンテナを開発すること。

0006

移動体通信に適した、単方向性を持つアンテナを実現すること。

課題を解決するための手段

0007

非特許文献1、非特許文献2の理論に着目して、円形線状ループアンテナを応用する。非特許文献1が基礎論文であるが、明らかにされていることは、目的とする指向性を実現するために、円形線状ループアンテナ上に電流分布を生成する。このとき指向性形状と電流分布を其々フーリエ展開すると、各々の展開項において次数の一致する項が1対1に対応している、というものである。

0008

非特許文献3に於ける実現法は、ループを分割して分割点インピーダンス負荷するというものであり、実現性は少ないので、別方法を考案する。

0009

半径Rの円形線状ループに周波数Fの電流を給電する。このとき円内に半径rの円形無給電素子を置く。この無給電素子を外部給電素子給電点極限まで近付けると、無給電素子上に周波数(R/r)Fの高調波電流誘導される(R円の電流も、r円の電流も定在波であるので)という事実の発見が本発明の骨子である。R/r = n として、無限遠方から見た場合、このアンテナは周波数Fの電流と周波数nFの電流が重畳されているものと等価となる。この形状により Bean Antenna と名付けた。また原理より別称を Fourier Antenna とする。

発明の効果

0010

定置アンテナとしては、広角単方向性アンテナである。電波障害物の多い環境でも有効。利得は高くない。

0011

UHF帯域において、広い帯域幅を持つ(約 2G Hz)。

0012

単純形状なので、パラメータは少なく設計、製造および設置調整は容易。

0013

複数個の Bean Antena を装備することにより、移動体通信アンテナを構成できる。

図面の簡単な説明

0014

基本原理を示す。目的とする放射パターンを単方向の矩形とする。このパターンをフーリエ展開すると Σ(係数n)cos(nωt) となるが、n=1 の波形起電流素子で実現する。n=2,3,4,・・・の高周波誘導電流を無給電素子で実現する。
Bean Antenna の基本型であり、beanbasicpattern と定義する。dx=極小、dz は任意だが 0 を典型とする。
bean_basic_pattern において、給電円素子(半径R)、無給電円(半径r)、 R/r = n = 2 の場合の形状。
図3において、R=0.1m、周波数f = 3Ghz、すなわち R は1波長。の場合における、遠方電界強度パターンの垂直と水平。使用シミュレーション・ソフトは、4nec2 (v5.8.7、モーメント法、Lawrence Livermore Laboratory、以下同様)。前方利得 8.2 dbi、前後比(front to back ratio, FB比) 12dbi。
図3において、周波数 f = 2Ghz、電界強度パターンの垂直と水平。前方利得 7.3 dbi、 FB比 11dbi。
図3において、周波数 f = 4Ghz、電界強度パターンの垂直と水平。前方利得 7.7 dbi、 FB比 12dbi。
bean_basic_pattern において、 R/r = n = 3 の場合の形状。
図7において、R=0.1m、周波数 f = 3Ghz、前方利得 7.9 dbi、前後比(front to back ratio, FB比) 12dbi。
図7において、周波数 f = 2Ghz、前方利得 7.3 dbi、 FB比 10dbi。
図7において、周波数 f = 4Ghz、前方利得 7.7 dbi、 FB比 12dbi。
bean_basic_pattern において、1 素子追加 n = 2、3 の場合の形状。
図11において、周波数 f = 3Ghz、前方利得 8.8 dbi、 FB比 12dbi。
図11において、周波数 f = 2Ghz、前方利得 7.4 dbi、 FB比 12dbi。
図11において、周波数 f = 4Ghz、前方利得 9.0 dbi、 FB比 12dbi。
bean_basic_pattern において、反射器として1 素子追加 、n = 3 の場合の形状。
図15において、周波数 f = 3Ghz、前方利得 8.4 dbi、 FB比 14dbi。
図15において、周波数 f = 2Ghz、前方利得 8.9 dbi、 FB比 12dbi。
図15において、周波数 f = 4Ghz、前方利得 7.9 dbi、 FB比 15dbi。

0015

beanbasicpattern に複数の無給電素子を追加する。

0016

beanbasicpattern に reflector を追加する。

0017

beanbasicpattern に付加素子を追加したものを1単位として、複数単位並列または縦列して構成する。

0018

構造は線状のもの、プリント基板上に構成したもの、リボン帯状のもので構成したもの、などトポロジカルには変形を持つ。

0019

UHF,VHFantenna

実施例

0020

車載アンテナ、移動体通信アンテナ

0021

UHF,VHFantenna として、Bean Antenna は広角低利得アンテナであり、狭角高利得の八木アンテナの機能を補完する存在である。

0022

帯域幅の広さが最有利点であり、経済性富む

0023

形状構造は単純なので、多量生産も容易である。また車載アンテナ等の他の構造物への組み込みも容易である。

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