主要

アンテナの紹介と分類

1. アンテナの紹介
アンテナは、図1に示すように、自由空間と伝送線路との間の遷移構造です。伝送線路は同軸線路または中空管(導波管)の形をとり、電磁エネルギーを発信源からアンテナへ、またはアンテナから受信機へ伝送するために使用されます。前者は送信アンテナ、後者は受信アンテナです。アンテナ.

電磁エネルギー伝達経路

図1 電磁エネルギー伝送経路

図 1 の伝送モードにおけるアンテナ システムの伝送は、図 2 に示すようにテブナン等価回路で表されます。ここで、信号源は理想的な信号発生器、伝送線路は特性インピーダンス Zc を持つ線路、アンテナは負荷 ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA] で表されます。負荷抵抗 RL はアンテナ構造に関連する伝導損失と誘電損失を表し、Rr はアンテナの放射抵抗を表し、リアクタンス XA はアンテナ放射に関連するインピーダンスの虚数部を表すために使用されます。理想的な条件下では、信号源によって生成されたすべてのエネルギーは放射抵抗 Rr に伝達され、放射抵抗 Rr はアンテナの放射能力を表すために使用されます。ただし、実際のアプリケーションでは、伝送線路とアンテナの特性による導体 - 誘電体損失、および伝送線路とアンテナ間の反射 (不整合) によって発生する損失があります。ソースの内部インピーダンスを考慮し、伝送ラインと反射(不整合)損失を無視すると、共役整合の状態でアンテナに最大電力が供給されます。

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図2

伝送線路とアンテナの不整合により、界面からの反射波が信号源からアンテナへの入射波と重なり合って定在波を形成します。これはエネルギーの集中と蓄積を表し、典型的な共振デバイスです。典型的な定在波パターンは図2の点線で示されています。アンテナシステムが適切に設計されていない場合、伝送線路は導波管やエネルギー伝送デバイスとしてではなく、エネルギー蓄積素子として機能する可能性があります。
伝送線路、アンテナ、そして定在波によって生じる損失は望ましくありません。伝送線路の損失は低損失伝送線路を選択することで最小限に抑えることができ、アンテナの損失は図2のRLで表される損失抵抗を低減することで低減できます。定在波は、アンテナ(負荷)のインピーダンスを伝送線路の特性インピーダンスと整合させることで低減し、伝送線路におけるエネルギー蓄積を最小限に抑えることができます。
無線システムでは、アンテナはエネルギーの受信または送信に加えて、通常、特定の方向への放射エネルギーを増強し、他の方向への放射エネルギーを抑制することが求められます。そのため、アンテナは検出装置としてだけでなく、指向性装置としても利用する必要があります。アンテナは、特定のニーズに合わせて様々な形状にすることができます。ワイヤ、開口部、パッチ、素子アセンブリ(アレイ)、反射鏡、レンズなどがあります。

無線通信システムにおいて、アンテナは最も重要なコンポーネントの一つです。優れたアンテナ設計は、システム要件を軽減し、システム全体のパフォーマンスを向上させることができます。典型的な例としてテレビが挙げられます。高性能アンテナを使用することで、放送受信状態を改善できます。通信システムにおけるアンテナは、人間の目のような役割を果たします。

2. アンテナの分類

1. ホーンアンテナ

ホーンアンテナは平面アンテナであり、導波管の先端で徐々に開口する円形または長方形の断面を持つマイクロ波アンテナです。最も広く使用されているマイクロ波アンテナの一種です。その放射場は、ホーンの開口の大きさと伝搬形式によって決まります。中でも、ホーン壁面が放射に与える影響は、幾何回折の原理を用いて計算できます。ホーンの長さが同じ場合、ホーン開度の増加に伴い、開口の大きさと2次位相差は大きくなりますが、利得は開口の大きさによって変化しません。ホーンの周波数帯域を拡大する必要がある場合は、ホーンのネックと開口での反射を低減する必要があります。開口の大きさが大きくなるにつれて、反射は減少します。ホーンアンテナの構造は比較的単純で、放射パターンも比較的単純で制御が容易です。一般的には中指向性アンテナとして用いられます。広帯域、低サイドローブ、高効率のパラボラ反射鏡ホーンアンテナは、マイクロ波中継通信でよく用いられます。

RM-DCPHA105145-20(10.5~14.5GHz)

RM-BDHA1850-20(18-50GHz)

RM-SGHA430-10(1.70-2.60GHz)

2. マイクロストリップアンテナ
マイクロストリップアンテナの構造は、一般的に誘電体基板、放射体、グランドプレーンから構成されます。誘電体基板の厚さは波長よりもはるかに小さく、基板底面の金属薄膜はグランドプレーンに接続され、前面にはフォトリソグラフィープロセスによって所定の形状の金属薄膜が形成され、放射体として機能します。放射体の形状は、要求に応じて様々な形状に変更できます。
マイクロ波集積技術と新たな製造プロセスの発展は、マイクロストリップアンテナの開発を促進しました。従来のアンテナと比較して、マイクロストリップアンテナは小型、軽量、薄型、適合性に優れているだけでなく、集積性、低コスト、大量生産に適しており、多様な電気特性を持つという利点も備えています。

RM-MA424435-22(4.25-4.35GHz)

RM-MA25527-22(25.5~27GHz)

3. 導波管スロットアンテナ

導波管スロットアンテナは、導波管構造のスロットを利用して放射を実現するアンテナです。通常、2枚の平行な金属板が導波管を形成し、その間に狭い隙間を設けています。電磁波が導波管の隙間を通過すると、共振現象が発生し、隙間の近くに強い電磁場が生成されて放射されます。導波管スロットアンテナは構造が簡単で、広帯域かつ高効率な放射を実現できるため、マイクロ波やミリ波帯のレーダー、通信、無線センサーなどの分野で広く使用されています。高い放射効率、広帯域特性、優れた耐干渉性などの利点があり、エンジニアや研究者に好まれています。

RM-PA7087-43(71-86GHz)

RM-PA1075145-32(10.75-14.5GHz)

RM-SWA910-22(9-10GHz)

4.バイコニカルアンテナ

バイコニカルアンテナは、バイコニカル構造を持つ広帯域アンテナで、広い周波数応答と高い放射効率を特徴としています。バイコニカルアンテナの2つの円錐部分は互いに対称形をしており、この構造により、広い周波数帯域で効率的な放射を実現できます。通常、スペクトル分析、放射測定、EMC(電磁両立性)試験などの分野で使用されます。優れたインピーダンス整合と放射特性を備えており、複数の周波数をカバーする必要があるアプリケーションシナリオに適しています。

RM-BCA2428-4(24-28GHz)

RM-BCA218-4(2-18GHz)

5.スパイラルアンテナ

スパイラルアンテナは、螺旋構造を有する広帯域アンテナで、広い周波数応答と高い放射効率を特徴としています。スパイラルコイルの構造により、偏波ダイバーシティと広帯域放射特性を実現し、レーダー、衛星通信、無線通信システムに適しています。

RM-PSA0756-3(0.75-6GHz)

RM-PSA218-2R(2-18GHz)

アンテナの詳細については、以下をご覧ください。


投稿日時: 2024年6月14日

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