自己補対アンテナ

自己補対アンテナ^[1]（じこほついアンテナ、英:Self-Complementary Antenna）は、広帯域にわたって機能する周波数特性を持つアンテナである。

1948年に東北大学在学中の虫明康人により原理が発見され、2017年にIEEEマイルストーンに認定された。

概要

2端子自己補対構造の説明図,1

2端子自己補対構造の説明図,2

自己補対アンテナとは、無限に広い完全導体板の2分の1で構成された任意形状のアンテナであって、その構造の穴に相当する部分の形状が、板の部分の形状と完全に同形^[2][3]であるようなアンテナであって、2端子の場合が最も単純な構造となる。自己補対アンテナは、使用周波数およびその形状に無関係に入力インピーダンスが一定である。添付した図面は、2端子自己補対構造の説明図^[4][5]であるが、無限に広がっている構造を切断して、給電点に近い部分だけを図示したものである。

更に、多端子で、基準導体板の数も複数となった複雑な高位構造^[6]の自己補対アンテナも創案されている。そのような場合には、それらの定インピーダンス値はその複雑さにより異なった値となるが、一般に、自己補対構造のアンテナは使用周波数およびその形状に無関係に定インピーダンス性を持っている。これを包括的に総称して「自己補対の原理」(または虫明の原理、Mushiake Principle) と呼ぶ。

また、自己補対アンテナの定インピーダンス値 Z を与える式は虫明の関係式(Mushiake relationship)と呼ばれている。基準導体板が1枚で、2端子の場合には、その式は次のようになる。

${\displaystyle Z={\frac {Z_{0}}{2}}\approx 188.4}$ [Ω] (Mushiake relationship)

ただし、Z₀ は媒質の固有インピーダンス(intrinsic impedance)である。

なお、有限寸法に切断された自己補対アンテナの諸特性の実験的研究も遂行されている。特に、切断互生自己補対アンテナは、実用上全方向性の超広帯域アンテナとなるという、注目すべき極めて有益な成果も得られている。

更に、上記の実例以外にも、超広帯域性を持つ自己補対アンテナの種々の実例が、参考文献表の７. に示されている。

備考

所謂「対数周期アンテナ」（商品名）は対数周期形状^[7]を採用した自己補対アンテナの変形であって、原型は典型的な自己補対形状のアンテナである。また、対数周期形状自身はアンテナに広帯域性を与えない^[8]ことが、実験的に確認されている。このことは、IEEEによる「対数周期アンテナ」の定義^[9]、その他からも明らかである。

尚、IEEEは、「アンテナにおける自己補対の原理と虫明の関係式の発見、1948年」というタイトルで IEEE Milestone July 2017 の認定を行い、東北大学に献呈した^[10][11][12]。

出典

1. 文献1,6,7,8, Y. Mushiake
2. “自己補対形状の創案と定インピーダンス性の発見”. 虫明康人. 2015年3月16日閲覧。
3. 文献 2, S. Uda, and Y. Mushiake“The input impedances of slit antennas”, Tech. Rep. of Tohoku Univ., 14, 1, pp. 46-59, September 1949.
4. 文献 5, 古谷恒雄・石曽根孝之・虫明康人,
5. 文献 7, Y. Mushiake, Self-Complementary Antennas ―Principle of Self-Complementarity for Constant Impedance―, 139 pages, Springer-Verlag London Ltd., London, p. 28, Fig. 4, (b), (d),1996.
6. “Self-Complementary Antennas with infinite freedom in their shapes.”. 虫明康人. 2013年11月16日閲覧。
7. R. H. DuHamel and D. E. Isbell,, "Broadband logarithmically periodic antenna structure,"
8. “「自己補対の原理」への誤解・曲解”. 虫明康人 (2014年1月). 2014年1月29日閲覧。
9. Log-periodic antenna Any one of a class of antennas having a structural geometry such that its impedance and radiation characteristics periodically as the logarithm of frequency.” (see The new IEEE Standard Dictionary of Electrical and Electronics Terms, 1993 )
10. “IEEE Milestone was dedicated to Tohoku University on the basis of his research achievements, on the day of 2017/7/27.”. http://www.sm.rim.or.jp/~ymushiak/. 虫明康人. 2019年2月8日閲覧。
11. “2017年IEEEマイルストーン東北大学に献呈 虫明康人名誉教授のアンテナ研究を歴史的偉業として認定”. 東北大学 -TOHOKU UNIVERSITY-. 2019年2月8日閲覧。
12. “Milestones:The Discovery of the Principle of Self-Complementarity in Antennas and the Mushiake Relationship, 1948 - Engineering and Technology History Wiki”. ethw.org. 2019年2月8日閲覧。

参考文献

1. 虫明康人, “細隙空中線系の饋電点インピーダンス”,　電気学会雑誌, vol. 69. No.3, 725号, pp.87-88, 1949年3月. (同誌 p.87 の注 , 本稿は要旨でその全文刷上り5頁).
2. S. Uda, and Y. Mushiake, “The input impedances of slit antennas”, Tech. Rep. of Tohoku Univ., 14, 1, pp. 46-59, September 1949.
3. 虫明康人,“定インピーダンス・アンテナ”, 電気通信学会誌, vol. 48, No. 4, pp. 580-584, 1965年4月.
4. R. H. DuHamel and D. E. Isbell., "Broadband logarithmically periodic antenna structure," IRE Natl. Conv. Rec., pt. 1, pp. 119-128, 1957.
5. 古谷恒雄・石曽根孝之・虫明康人：“互生自己補対アンテナとその高利得広帯域アンテナへの応用”, 電子通信学会　A・P77－43, pp. 35-40, 1977年7月22日.
6. 虫明康人,“対数周期(ログペリ)構造はアンテナに広帯域性を付与しない”, 電子情報通信学会誌,Vol. 82, No. 5, pp. 510-511, 1999年5月.
7. Y. Mushiake, Self-Complementary Antennas―Principle of Self-Complementarity for Constant Impedance―, 139 pages, Springer-Verlag London Ltd., London, 1996.
8. Y. Mushiake, “Self-complementary antennas”, IEEE Ant. Prop. Magazine, 34, No. 6, pp.23-29, December 1992.
9. Y. Mushiake, “A report on Japanese developments of antennas: From the Yagi-Uda antenna to self-complementary antennas”, IEEE Ant. Prop. Magazine, Vol. 46, No. 4, pp. 47-60, August 2004.

関連項目

• 変形近似自己補対アンテナ - 「自己補対アンテナ」は、原理的には理想的な特性のアンテナではあるが、それを実用化するに当たっては、それぞれの実用目的に沿うような変形近似を施す必要がある。その際の変形過程に関連する記事。