JP3734666B2 - アンテナ装置及びこれを用いたアレーアンテナ - Google Patents
アンテナ装置及びこれを用いたアレーアンテナ Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は交差偏波が小さく対称性のよい放射パターンで広帯域特性を有するアンテナ装置及びこれを用いたアレーアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
移動通信の基地局アンテナでは、通信品質を改善するためにダイバーシチ受信が採用されている。このようなダイバーシチブランチ構成法としては、スペースダイバーシチがよく用いられるが、２つのアンテナをある一定の間隔以上離して設置しなければならず、アンテナ設置空間が大きいという欠点がある。また、設置空間の小さいダイバーシチブランチとしては、異偏波間の多重伝搬特性を利用した偏波ダイバーシチが有効であり、垂直偏波を有するアンテナと水平偏波を有するアンテナをそれぞれ構成することで実現できる。さらに、レーダ用アンテナにおいて両偏波を利用することで、偏波によるレーダ断面積の差から物体を識別するポラリメトリが実現できる。
【０００３】
上記のような偏波ダイバーシチ、或いはポラリメトリを実現するためには、交差偏波特性の優れたアンテナが要求される。このようなアンテナ素子としてダイポールアンテナがよく用いられる。図８は基地局アンテナ等に用いられる従来のダイポールアンテナの構成を示す斜視図である。図において、１００は誘電体基板４００が立設している地導体、２００は誘電体基板４００上に形成されたダイポールアンテナ、３００はダイポールアンテナ２００を給電する給電線路、４００は誘電体基板である。
【０００４】
次に概要について説明する。ダイポールアンテナは比較的広帯域な特性を有しており、その帯域幅は１０％以上得られるが、この帯域を得るためには地導体からダイポールアンテナまでの高さを使用波長の約１／４（１／４波長）以上にする必要がある。この地導体からダイポールアンテナまでの高さを低くするとダイポールアンテナは狭帯域になるため、地導体からの間隔は広帯域特性を得る上で重要である。
【０００５】
また、一般的にダイポールアンテナを給電する給電線路には平行２線或いは同軸線路が用いられる。このような平行２線は誘電体基板であるプリント基板を用いてダイポールアンテナを構成すると半田付けが不要になり製作しやすいという利点がある。さらに、平行２線までの給電線の構成は同軸コネクタからマイクロストリップ線路に変換され、このマイクロストリップ線路から不平衡平衡変換回路（以下、バランと称する）を介して平行２線に変換される。そして、平行２線からダイポールアンテナが励振される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアンテナ装置は以上のように構成されているので、給電線路からの放射モードの影響で、放射パターンが非対称となったり、交差偏波が増大するという課題があった。
【０００７】
上記課題を具体的に説明すると、平行２線にはノーマルモードが通常伝達されるが、不平衡線路であるマイクロストリップ線路からバランを介して平衡線路である平行２線に変換されるが、このバランによってコモンモードが発生する。このようなバランは動作する周波数帯域に制限があり、また、バランの変換性能にも限界がある。特に広帯域化、或いは小型化が要求される場合、バランは理想的な励振ができなくなる。つまり、平行２線に同相の電流が流れるコモンモードが発生する。このようなコモンモードによる電流は伝送されず、放射されるモードであるために給電線路から放射されてしまう。この放射モードはモノポールアンテナと同様な放射パターンになるため、ダイポールアンテナからの放射モードと重畳されると放射パターンが合成されてしまうので、非対称な放射パターンになり、また、主偏波以外の交差偏波が増大する。
【０００８】
さらに、従来のアンテナ装置をアンテナ素子として複数個配列して構成したアレーアンテナでは、上記給電線路に流れるコモンモードの電流による放射モードの影響が素子間結合によってさらに大きくなり、放射特性が劣化するという課題があった。
【０００９】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、交差偏波が小さく、対称性のよい放射パターン及び広帯域特性を有するアンテナ装置を得ることを目的とする。
【００１０】
また、この発明は素子間結合による給電線路からの放射モードの影響を低減したアレーアンテナを得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るアンテナ装置は、地導体と、地導体の上方に多くとも略１／８波長離して設けた第１線状アンテナと、この第１線状アンテナに給電し、地導体の上方に第１線状アンテナまでの長さだけ露出する給電線路と、第１線状アンテナと略同一の共振周波数を有し、この第１線状アンテナと略平行になるようにその上方の地導体から略１／４波長離した位置に設けられ、第１線状アンテナからの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第２線状アンテナとを備えるものである。
【００１２】
この発明に係るアンテナ装置は、第２線状アンテナの素子長より短く、この第２線状アンテナと略平行になるように略１／８波長から略１／４波長離して設けられ、第２線状アンテナからの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第３線状アンテナを少なくとも１つ備えるものである。
【００１３】
この発明に係るアンテナ装置は、第２線状アンテナより高い共振周波数を有し、この第２線状アンテナと略平行になるように、その上方の極近傍に設けられ、第２線状アンテナからの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第４線状アンテナを少なくとも１つ備えるものである。
【００１４】
この発明に係るアンテナ装置は、地導体と、地導体の上方に多くとも略１／８波長離して設けた第１線状アンテナと、この第１線状アンテナに給電し、地導体の上方に第１線状アンテナまでの長さだけ露出する給電線路と、第１線状アンテナと略同一の共振周波数を有し、この第１線状アンテナからの電磁界的作用を受けて励振する無給電の線状アンテナであって、第１線状アンテナと略平行になるように、その上方の地導体から略１／４波長離した位置で第１線状アンテナに対して略対称となるように、少なくとも２つ設けた第５線状アンテナとを備えるものである。
【００１５】
この発明に係るアンテナ装置は、給電を受ける第１線状アンテナより無給電の線状アンテナを太くしたものである。
【００１６】
この発明に係るアンテナ装置は、無給電の線状アンテナを、その中心に対して略対称となるように両端を地導体側に折り曲げたものである。
【００１７】
この発明に係るアンテナ装置は、線状アンテナ及び給電線路を誘電体基板上に一体形成するものである。
【００１８】
この発明に係るアレーアンテナは、請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置を複数個配列してなるものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。図において、１は地導体、２は地導体１の上方に略１／８波長若しくはそれ以下だけ離して設けた第１のダイポールアンテナ（第１線状アンテナ）で、誘電体基板４の裏面に形成した第１のダイポールアンテナ２を破線で示している。３は第１のダイポールアンテナ２を給電する給電線路であり、地導体１の上方に第１のダイポールアンテナ２までの長さだけ露出している。４は誘電体基板で、第１のダイポールアンテナ２、第２のダイポールアンテナ５、及び給電線路３が一体に形成されている。５は第１のダイポールアンテナ２と略同一の共振周波数を有し、第１のダイポールアンテナ２と略平行になるように、その上方に地導体１から略１／４波長離れた位置に設けられ、第１のダイポールアンテナ２からの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第２のダイポールアンテナ（第２線状アンテナ）である。
【００２０】
次に概要について説明する。ダイポールアンテナで広帯域な特性を得るためには、地導体からダイポールアンテナまでの距離を約１／４波長以上にする必要がある。このため、ダイポールアンテナに給電する給電線路、例えば平行２線を少なくとも約１／４波長分は地導体上に露出させなければならない。しかしながら、平行２線のコモンモードによる放射は、その長さが長くなるにつれて放射量が大きくなる。このように地導体上に露出させる給電線路はできるだけ短くすることが望ましい。
【００２１】
そこで、本願発明のアンテナ装置では地導体１の近傍（多くとも略１／８波長程度）に第１のダイポールアンテナ２を配置することで、地導体１上に露出する給電線路３を短くしている。しかしながら、単に地導体１上に露出する給電線路３を短くするだけでは帯域特性が狭帯域になってしまう。このため、この実施の形態１によるアンテナ装置では給電を受けている第１のダイポールアンテナ２と無給電の第２のダイポールアンテナ５との共振周波数をほぼ一致させて、第１のダイポールアンテナ２の上方に地導体１から約１／４波長離して無給電の第２のダイポールアンテナ５を設置する。このようにすることで、第１のダイポールアンテナ２と第２のダイポールアンテナ５との電磁界的な結合を利用することで広帯域化を図っている。つまり、給電を受ける第１のダイポールアンテナ２からの電磁界的作用により、地導体１の上方に略１／４波長離れた位置に設けた無給電の第２のダイポールアンテナ５が励振して共振状態となるので、給電を受けるダイポールアンテナを地導体１の上方に略１／４波長離れた位置に設けた場合と比較して、広帯域の帯域特性を示すようになる。これを定量的に示したのが図２である。以下、この図２を用いて本願発明の構成とすることによる広帯域化について説明する。
【００２２】
図２は本願発明の最も簡略された構成である実施の形態１によるアンテナ装置及びその他の構成における正規化周波数に対する反射減衰量を示すグラフ図であり、実施の形態１によるアンテナ装置の原理を確認するために、無給電のダイポールアンテナ（第２のダイポールアンテナ５）を有するか否かに対する反射減衰量特性を示している。図において、黒塗りの四角記号のプロットで表した曲線は地導体の上方に約１／４波長離れた位置に給電を受けるダイポールアンテナを配置した（従来のアンテナ装置）場合の特性、黒塗りの丸記号のプロットで表した曲線は地導体の上方に約１／８波長離れた位置に給電を受けるダイポールアンテナを配置した場合の特性で、黒塗りの三角記号のプロットで表した曲線は地導体の上方に約１／４波長離れた位置に無給電のダイポールアンテナを配置し、且つ地導体の上方に約１／８波長離れた位置に給電を受けるダイポールアンテナを配置した実施の形態１によるアンテナ装置の特性である。ここで、反射減衰量とはアンテナ装置から放射させずに給電点に反射させた場合の放射量に相当するもので、反射減衰量（絶対値）が大きいほどそのアンテナ装置は放射量が大きくなる。
【００２３】
図２に示すように、無給電ダイポールアンテナを設けず、給電を受けるダイポールアンテナが地導体１から約１／８波長分しか離れていない黒塗りの丸記号のプロットで表した曲線は、基準周波数における反射減衰量の値が小さくなり、共振できずに放射効率が落ちていることが分かる。また、黒塗りの四角記号のプロットで表した従来のアンテナ装置による曲線は基準周波数において大きな反射減衰量を示すが、黒塗りの三角記号のプロットで表した実施の形態１によるアンテナ装置の曲線は、基準周波数だけでなく、その周辺の周波数においても高い反射減衰量を示し、無給電のダイポールアンテナとして、第２のダイポールアンテナ５を地導体１の上方に約１／４波長離れた位置に設けることで、大幅な広帯域化が図られていることが分かる。
【００２４】
また、上記のようにダイポールアンテナに近接して無給電のダイポールアンテナを配置することで高利得を得る従来のダイポールアンテナとして八木アンテナがある。この八木アンテナは、例えば内田、虫明著、「超短波空中線」、生産技術センターに記載されており、その構成としては給電を受けるダイポールアンテナを地導体等に近接させずに使用することができるため、地導体との距離を適当に設定することで広帯域なダイポールアンテナとして動作させることができる。さらに、上記給電を受けるダイポールアンテナから約１／４波長離して無給電のダイポールアンテナを配置し、給電を受けるダイポールアンテナよりも素子長を短くすることで無給電のダイポールアンテナの位相を遅させる。このようにすることで、無給電のダイポールアンテナの方向で給電を受けるダイポールアンテナの放射界と位相が合い、指向性を持たせている。このように八木アンテナにおける無給電のダイポールアンテナは指向性を持たせるための構成要素として使用される。これに対して本願発明のアンテナ装置は、上述したように通常、地導体と給電ダイポールアンテナとの距離が約１／４波長以下となると共振状態にすることができないにもかかわらず、給電線路からの放射の影響を低減するために多くとも約１／８波長離れた位置に給電ダイポールアンテナを配置し、これと地導体から約１／４波長離れた位置に設けた無給電ダイポールアンテナとの電磁界的な結合を利用することにより共振状態となり、広帯域特性を得るもので、上記のような八木アンテナの構成ではこのような広帯域化を図ることはできない。
【００２５】
以上のように、この実施の形態１によれば、地導体１と、地導体１の上方に多くとも略１／８波長離して設けた第１のダイポールアンテナ２と、この第１のダイポールアンテナ２に給電し、地導体１の上方に第１のダイポールアンテナ２までの長さだけ露出する給電線路３と、第１のダイポールアンテナ２と略同一の共振周波数を有し、この第１のダイポールアンテナ２と略平行になるように、その上方の地導体１から略１／４波長離した位置に設けられ、第１のダイポールアンテナ２からの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第２のダイポールアンテナ５とを備えるので、第１のダイポールアンテナ２に給電する給電線路３の長さを短縮しても広帯域特性を得ることができるため、給電線路３から放射量を低減することができる。これにより、対称性のよい放射パターンが得られるようになり、交差偏波を低減することができる。
【００２６】
なお、上記実施の形態１では第１のダイポールアンテナ２を地導体１の上方に略１／８波長離して給電する例を示したが、１／２０波長程度にしても同様な特性が得られることを実験により確認している。要するに第１のダイポールアンテナ２は極力地導体１付近に設けてもよく、第２のダイポールアンテナ５の位置を調整することで広帯域化を図ることができる。
【００２７】
実施の形態２．
この実施の形態２では給電を受ける線状アンテナの上方に配置する無給電の線状アンテナを太くして広帯域特性を向上させたものである。
【００２８】
図３はこの発明の実施の形態２によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。図において、５ａは第１のダイポールアンテナ２からの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第２のダイポールアンテナ（第２線状アンテナ）で、第１のダイポールアンテナ２の放射素子よりも素子の端部が太くなるように構成されている。なお、図１と同一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００２９】
次に概要について説明する。上記実施の形態１と同様に広帯域特性を得るために第２のダイポールアンテナ５ａは第１のダイポールアンテナ２の上方に地導体１から約１／４波長離して配置している。このとき、無給電のダイポールアンテナを太くする（誘電体基板にプリントしたダイポールアンテナでは、その素子幅を大きくする）ことによって、さらに広帯域化できることが実験的にわかっている。そこで、この実施の形態２では第２のダイポールアンテナ５ａを太くすることで広帯域化を図っている。特に、図３では第２のダイポールアンテナ５ａの素子端部をより太くしてボウタイアンテナ状にした例を示しており、このようにすることで、単に素子を太くする場合より広帯域性を向上させることができる。
【００３０】
以上のように、この実施の形態２によれば、給電を受ける第１のダイポールアンテナ２より無給電の第２のダイポールアンテナ５ａを太くしたので、上記実施の形態１と同様の効果を奏するとともに、さらに広帯域特性を向上させることができる。
【００３１】
なお、上記実施の形態２では無給電ダイポールアンテナを太くする構成を上記実施の形態１に適用した例を示したが、これに限らず以下の実施の形態に示す構成に適用しても良い。
【００３２】
実施の形態３．
この実施の形態３では無給電の線状アンテナを、その中心に対して略対称となるように両端を地導体側に折り曲げてカット面によるビーム幅の差を低減し、通信方向による利得差の発生を低減するものである。
【００３３】
図４はこの発明の実施の形態３によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。図において、５ｂは中心に対して略対称となるように両端部を地導体１側に折り曲げた第２のダイポールアンテナ（第２線状アンテナ）である。なお、図１と同一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００３４】
次に概要について説明する。ダイポールアンテナの放射パターンはカット面によって異なり、Ｅ面は８の字型の指向性、Ｈ面は無指向性を示す。つまり、電界ベクトルを含む面であるＥ面のビーム幅は狭く、磁界ベクトルを含む面であるＨ面のビーム幅が広い。このようなカット面によるビーム幅の差は、全方向と通信を行うようなアプリケーションの場合、通信方向によって利得が異なってしまう可能性があり問題となる。この問題に対してカット面による指向性の差を低減するために、ダイポールアンテナの放射パターンをよりブロードにすることが要求される場合には、Ｅ面のビーム幅を広げる必要がある。そこで、この実施の形態３では、第２のダイポールアンテナ５ｂの中心に対して略対称となるように両端部を地導体１側に折り曲げる。このようにすることで広角方向にも指向性を有するようになり、ブロードな特性が得られる。また、折り曲げ角度を変えることでＥ面のビーム幅を調整することもできる。
【００３５】
以上のように、この実施の形態３によれば、第２のダイポールアンテナ５ｂを中心に対して略対称となるように両端部を地導体１側に折り曲げることで、上記実施の形態１と同様の効果を奏するとともに、Ｅ面のビーム幅を広げることができることから、通信方向によって利得差が生じることを抑えることができる。また、傾きの角度を変えることでビーム幅を調整することができることから、アンテナ装置の使用目的にあうように最適化するためのパラメータとして利用することができる。
【００３６】
なお、上記実施の形態３では無給電ダイポールアンテナを折り曲げる構成を上記実施の形態１に適用した例を示したが、これに限らず他の実施の形態の構成に適用しても良い。
【００３７】
実施の形態４．
この実施の形態４では給電を受ける線状アンテナの上方に無給電の線状アンテナを配置し、そのさらに上方に導波器として動作する無給電の線状アンテナを配置することで指向性を向上させたものである。
【００３８】
図５はこの発明の実施の形態４によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。図において、６は第２のダイポールアンテナ５の上方に配置された第３のダイポールアンテナ（第３線状アンテナ）である。なお、図１と同一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００３９】
次に概要について説明する。図５の例では第１のダイポールアンテナ２の上方に地導体１から約１／４波長の位置に第２のダイポールアンテナ５を配置し、その上部に第２のダイポールアンテナ５の素子長よりも短い第３のダイポールアンテナ６を約１／８波長程度離して配置する。このようにすることで、第１のダイポールアンテナ２からの電磁的作用を受けて第２のダイポールアンテナ５が励振し、この第２のダイポールアンテナ５からの電磁的作用を受けて第３のダイポールアンテナ６が励振する。これにより、上記実施の形態１と同様に第１のダイポールアンテナ２に給電する給電線路３を短くしても帯域特性を広帯域にすることができ、さらに、この実施の形態４によるアンテナ装置から放射される電波は第３のダイポールアンテナ６の方向に強められていく指向性を有するようになる。
【００４０】
このように第３のダイポールアンテナ６を導波器として動作させるためには、第３のダイポールアンテナ６を第２のダイポールアンテナ５からの距離が略１／８波長から略１／４波長程度の位置に配置し、その素子長を第２のダイポールアンテナ５より短くする。これにより、第３のダイポールアンテナ６の位相が第２のダイポールアンテナ５よりも遅れるようになり、第３のダイポールアンテナ６の方向で第２のダイポールアンテナ５の放射界と位相が合って電波が強められるようになる。従って、実施の形態４のアンテナ装置が八木アンテナと同様な指向性を有するようになり、通信方向に対する利得を高くすることができる。
【００４１】
以上のように、この実施の形態４によれば、第２のダイポールアンテナ５の素子長より短く、この第２のダイポールアンテナ５と略平行になるように略１／８波長から略１／４波長離して設けられ、第２のダイポールアンテナ５からの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第３のダイポールアンテナ６を少なくとも１つ備えるので、上記実施の形態１と同様の効果を奏するとともに、第３のダイポールアンテナ６が導波器として動作することから指向性を持たせることができ、通信方向に対する利得を向上させることができる。
【００４２】
なお、上記実施の形態４では第３のダイポールアンテナ６を１つ設けた例について示したが、これに限らず第３のダイポールアンテナ６との距離を略１／８波長から略１／４波長程度離して導波器として動作する無給電のダイポールアンテナを複数配置してもよい。
【００４３】
実施の形態５．
この実施の形態５では給電を受ける線状アンテナの上方に無給電の線状アンテナを配置し、その上方の極近傍に上記無給電の線状アンテナより高い共振周波数を有する無給電の線状アンテナを配置することで２共振特性を持たせたものである。
【００４４】
図６はこの発明の実施の形態５によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。図において、７は第２のダイポールアンテナ５の極近傍に配置され、第２のダイポールアンテナ５よりも高い共振周波数を有する第４のダイポールアンテナ（第４線状アンテナ）である。なお、図１と同一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００４５】
次に概要について説明する。この実施の形態５によるアンテナ装置は、第１のダイポールアンテナ２からの電磁的作用を受けて第２のダイポールアンテナ５及び第４のダイポールアンテナ７が励振し、給電線路３を短くしたことによる狭帯域化を抑えることができることは上記実施の形態１と同様である。ここでは、特に第４のダイポールアンテナ７を備えることで２共振特性を得ることができる構成を示している。具体的に説明すると、上記実施の形態４に示したように第３のダイポールアンテナを導波器として動作させるには、第２のダイポールアンテナ５から約１／８〜１／４波長離す必要があるが、この実施の形態５では第４のダイポールアンテナ７を第２のダイポールアンテナ５の上方に近接（約１／１０から１／２０波長程度）して配置して電磁界的な結合をさせる。これにより、第４のダイポールアンテナ７は導波器としては動作しないが、第１のダイポールアンテナ２の共振周波数に加えて第４のダイポールアンテナ７の共振周波数でも整合を取ることができ、２共振特性を得ることができるようになる。
【００４６】
また、上記実施の形態５では第４のダイポールアンテナ７を第２のダイポールアンテナ５の近傍に１つ配置することで２共振特性を得る構成を示したが、第４のダイポールアンテナ７の上方にさらに無給電のダイポールアンテナを配置して３つ以上の周波数の共振特性が得られる構成も本願発明の範疇に含まれることはいうまでもない。
【００４７】
以上のように、この実施の形態５によれば、第２のダイポールアンテナ５より高い共振周波数を有するダイポールアンテナであって、第２のダイポールアンテナ５と略平行になるように、その上方の極近傍に少なくとも１つ設けられ、この第２のダイポールアンテナ５からの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第４のダイポールアンテナ７を備えるので、複数の周波数に対する共振特性を得ることができ、アンテナ装置の使用目的に応じた最適なアンテナ装置を設計することができる。
【００４８】
実施の形態６．
この実施の形態６では給電を受ける線状アンテナと略平行になるように、その上方の地導体から略１／４波長離した位置に設けられ、上記線状アンテナに対して略対称となるように少なくとも２つ無給電の線状アンテナを配置することでカット面の違いによるビーム幅の差を低減させたものである。
【００４９】
図７はこの発明の実施の形態６によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。図において、４ａは第５のダイポールアンテナ８，８が一体に形成された誘電体基板、８は第１のダイポールアンテナ２と略平行になるように、その上方の地導体１から略１／４波長離した位置に設けられ、第１のダイポールアンテナ２に対して略対称となるように配置した無給電の第５のダイポールアンテナ（第５線状アンテナ）である。なお、図１と同一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００５０】
次に概要について説明する。この実施の形態６によるアンテナ装置は、第１のダイポールアンテナ２からの電磁的作用を受けて２つの第５のダイポールアンテナ８，８が励振し、給電線路３を短くしたことによる狭帯域化を抑えることができることは上記実施の形態１と同様である。ここでは、特にＨ面のビーム幅をシャープにする構成を示している。つまり、第５のダイポールアンテナ８，８を第１のダイポールアンテナ２と略平行になるようにその上方の地導体１から略１／４波長離した位置に第１のダイポールアンテナ２に対して略対称となるように配置することで、第５のダイポールアンテナ８，８が第１のダイポールアンテナ２のＨ面方向に配列されることになる。このように構成すると、Ｅ面方向のビーム幅を狭くすることができることが実験的に分かっている。このとき、第５のダイポールアンテナ８，８の間隔を適宜変更することで、Ｈ面のビーム幅をＥ面ビーム幅とほぼ同じになるまで調整することができる。
【００５１】
また、上記では誘電体基板４ａ上に第５のダイポールアンテナ８，８を配置する例を示したが、スペーサ等を挟んで無給電のダイポールアンテナを配列してもよく、その構成方法を変えてもこの発明は有効である。
【００５２】
以上のように、この実施の形態６によれば、地導体１と、地導体１の上方に多くとも略１／８波長離して設けた第１のダイポールアンテナ２と、この第１のダイポールアンテナ２に給電し、地導体１の上方に第１のダイポールアンテナ２までの長さだけ露出する給電線路３と、第１のダイポールアンテナ２と略同一の共振周波数を有し、この第１のダイポールアンテナ２からの電磁界的作用を受けて励振する無給電の線状アンテナであって、第１のダイポールアンテナ２と略平行になるように、その上方の地導体１から略１／４波長離した位置に設けられ、第１のダイポールアンテナ２に対して略対称となるように少なくとも２つ配置した第５のダイポールアンテナ８，８とを備えるので、上記実施の形態１と同様に第１のダイポールアンテナ２に給電する給電線路３の長さを短縮しても広帯域特性を得ることができるため、給電線路３から放射量を低減することができる。これにより、対称性のよい放射パターンが得られるようになり、交差偏波を低減させることができる。
【００５３】
また、Ｈ面方向に無給電の第５のダイポールアンテナ８，８を配列することでＨ面のビーム幅を狭くすることができ、通信方向に対する利得を向上させることができる。さらに、第５のダイポールアンテナ８，８の間隔を調整することで、Ｅ面ビーム幅とほぼ同じビーム幅を得ることができ、通信方向によって利得差が生じることを抑えることができる。
【００５４】
なお、上記実施の形態１から６に示すようにアンテナ装置の構成要素（ダイポールアンテナ２，５，５ａ，５ｂ，６，７，８、及び給電線路３）を誘電体基板４に一体に形成することで、各構成要素間を接続する工程を省略することできることから、装置の量産性を向上させることができる。これにより、上記実施の形態１から６に示したアンテナ装置を用いて構成するアレーアンテナの量産性も向上させることができる。
【００５５】
また、上記の他に、金属棒、同軸線路を用いたダイポールアンテナで本願発明のアンテナ装置を構成しても上記実施の形態１から６と同様な特性を得ることができる。また、給電方法としては平行２線等の他の方法でも基本的な原理は変わらず有効である。
【００５６】
さらに、上記実施の形態１から６では片偏波を励振する単一のアンテナ装置の構成を示したが、このアンテナ装置を複数個配列してアレーアンテナを構成してもよい（このときの配列としては三角配列、格子状の四角配列としても良く、配列方式には依存しない）。このように本願発明のアンテナ装置をアンテナ素子として使用することで、個々の素子の給電線路からの放射を抑えられ、従来のアレーアンテナにおいて問題であった素子間結合による給電線路からの放射モードの影響による放射パターンの劣化を抑えることができ、通信方向に対する利得を向上させることができる。また、本願発明のアンテナ装置のダイポールアンテナを直交させて配列すれば両偏波を励振することができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、地導体と、地導体の上方に多くとも略１／８波長離して設けた第１線状アンテナと、この第１線状アンテナに給電し、地導体の上方に第１線状アンテナまでの長さだけ露出する給電線路と、第１線状アンテナと略同一の共振周波数を有し、この第１線状アンテナと略平行になるようにその上方の地導体から略１／４波長離した位置に設けられ、第１線状アンテナからの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第２線状アンテナとを備えるので、第１線状アンテナに給電する給電線路の長さを短縮しても広帯域特性を得ることができ、給電線路から放射量を低減することができる。これにより、対称性のよい放射パターンが得られるようになり、交差偏波を低減することができる効果がある。
【００５８】
この発明によれば、第２線状アンテナの素子長より短く、この第２線状アンテナと略平行になるように略１／８波長から略１／４波長離して設けられ、第２線状アンテナからの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第３線状アンテナを少なくとも１つ備えるので、第３線状アンテナが導波器として動作することから指向性を持たせることができ、通信方向に対する利得を向上させることができる効果がある。
【００５９】
この発明によれば、第２線状アンテナより高い共振周波数を有し、この第２線状アンテナと略平行になるように、その上方の極近傍に設けられ、第２線状アンテナからの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第４線状アンテナを少なくとも１つ備えるので、複数の周波数に対する共振特性を得ることができ、アンテナ装置の使用目的に応じた最適なアンテナ装置を設計することができる効果がある。
【００６０】
この発明によれば、地導体と、地導体の上方に多くとも略１／８波長離して設けた第１線状アンテナと、この第１線状アンテナに給電し、地導体の上方に第１線状アンテナまでの長さだけ露出する給電線路と、第１線状アンテナと略同一の共振周波数を有し、この第１線状アンテナからの電磁界的作用を受けて励振する無給電の線状アンテナであって、第１線状アンテナと略平行になるように、その上方の地導体から略１／４波長離した位置に設けられ、第１線状アンテナに対して略対称となるように少なくとも２つ配置した第５線状アンテナとを備えるので、上記段落００５７と同様の効果を奏するとともに、Ｈ面方向に無給電の第５線状アンテナを配列することでＨ面のビーム幅を狭くすることができ、通信方向に対する利得を向上させることができる効果がある。
【００６１】
また、第５線状アンテナの間隔を調整することで、Ｅ面ビーム幅とほぼ同じビーム幅を得ることができ、通信方向によって利得差が生じることを抑えることができる効果がある。
【００６２】
この発明によれば、給電を受ける第１線状アンテナより無給電の線状アンテナを太くしたので、広帯域特性を向上させることができる効果がある。
【００６３】
この発明によれば、無給電の線状アンテナを、その中心に対して略対称となるように両端を地導体側に折り曲げたので、Ｅ面のビーム幅を広げることができることから、通信方向によって利得差が生じることを抑えることができる効果がある。
【００６４】
また、傾きの角度を変えることでビーム幅を調整することができることから、アンテナ装置の使用目的にあうように最適化するためのパラメータとして利用することができる効果がある。
【００６５】
この発明によれば、線状アンテナ及び給電線路を誘電体基板上に一体形成するので、各構成要素間を接続する工程を省略することできることから、装置の量産性を向上させることができる効果がある。
【００６６】
この発明によれば、請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置を複数個配列してなるので、素子間結合による給電線路からの放射モードの影響による放射パターンの劣化を抑えることができ、通信方向に対する利得を向上させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図２】 実施の形態１によるアンテナ装置及びその他の構成における正規化周波数に対する反射減衰量を示すグラフ図である。
【図３】 この発明の実施の形態２によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図４】 この発明の実施の形態３によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図５】 この発明の実施の形態４によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図６】 この発明の実施の形態５によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図７】 この発明の実施の形態６によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図８】 従来のアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 地導体、２ 第１のダイポールアンテナ（第１線状アンテナ）、３ 給電線路、４，４ａ 誘電体基板、５，５ａ，５ｂ 第２のダイポールアンテナ（第２線状アンテナ）、６ 第３のダイポールアンテナ（第３線状アンテナ）、７ 第４のダイポールアンテナ（第４線状アンテナ）、８ 第５のダイポールアンテナ（第５線状アンテナ）。
【発明の属する技術分野】
この発明は交差偏波が小さく対称性のよい放射パターンで広帯域特性を有するアンテナ装置及びこれを用いたアレーアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
移動通信の基地局アンテナでは、通信品質を改善するためにダイバーシチ受信が採用されている。このようなダイバーシチブランチ構成法としては、スペースダイバーシチがよく用いられるが、２つのアンテナをある一定の間隔以上離して設置しなければならず、アンテナ設置空間が大きいという欠点がある。また、設置空間の小さいダイバーシチブランチとしては、異偏波間の多重伝搬特性を利用した偏波ダイバーシチが有効であり、垂直偏波を有するアンテナと水平偏波を有するアンテナをそれぞれ構成することで実現できる。さらに、レーダ用アンテナにおいて両偏波を利用することで、偏波によるレーダ断面積の差から物体を識別するポラリメトリが実現できる。
【０００３】
上記のような偏波ダイバーシチ、或いはポラリメトリを実現するためには、交差偏波特性の優れたアンテナが要求される。このようなアンテナ素子としてダイポールアンテナがよく用いられる。図８は基地局アンテナ等に用いられる従来のダイポールアンテナの構成を示す斜視図である。図において、１００は誘電体基板４００が立設している地導体、２００は誘電体基板４００上に形成されたダイポールアンテナ、３００はダイポールアンテナ２００を給電する給電線路、４００は誘電体基板である。
【０００４】
次に概要について説明する。ダイポールアンテナは比較的広帯域な特性を有しており、その帯域幅は１０％以上得られるが、この帯域を得るためには地導体からダイポールアンテナまでの高さを使用波長の約１／４（１／４波長）以上にする必要がある。この地導体からダイポールアンテナまでの高さを低くするとダイポールアンテナは狭帯域になるため、地導体からの間隔は広帯域特性を得る上で重要である。
【０００５】
また、一般的にダイポールアンテナを給電する給電線路には平行２線或いは同軸線路が用いられる。このような平行２線は誘電体基板であるプリント基板を用いてダイポールアンテナを構成すると半田付けが不要になり製作しやすいという利点がある。さらに、平行２線までの給電線の構成は同軸コネクタからマイクロストリップ線路に変換され、このマイクロストリップ線路から不平衡平衡変換回路（以下、バランと称する）を介して平行２線に変換される。そして、平行２線からダイポールアンテナが励振される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアンテナ装置は以上のように構成されているので、給電線路からの放射モードの影響で、放射パターンが非対称となったり、交差偏波が増大するという課題があった。
【０００７】
上記課題を具体的に説明すると、平行２線にはノーマルモードが通常伝達されるが、不平衡線路であるマイクロストリップ線路からバランを介して平衡線路である平行２線に変換されるが、このバランによってコモンモードが発生する。このようなバランは動作する周波数帯域に制限があり、また、バランの変換性能にも限界がある。特に広帯域化、或いは小型化が要求される場合、バランは理想的な励振ができなくなる。つまり、平行２線に同相の電流が流れるコモンモードが発生する。このようなコモンモードによる電流は伝送されず、放射されるモードであるために給電線路から放射されてしまう。この放射モードはモノポールアンテナと同様な放射パターンになるため、ダイポールアンテナからの放射モードと重畳されると放射パターンが合成されてしまうので、非対称な放射パターンになり、また、主偏波以外の交差偏波が増大する。
【０００８】
さらに、従来のアンテナ装置をアンテナ素子として複数個配列して構成したアレーアンテナでは、上記給電線路に流れるコモンモードの電流による放射モードの影響が素子間結合によってさらに大きくなり、放射特性が劣化するという課題があった。
【０００９】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、交差偏波が小さく、対称性のよい放射パターン及び広帯域特性を有するアンテナ装置を得ることを目的とする。
【００１０】
また、この発明は素子間結合による給電線路からの放射モードの影響を低減したアレーアンテナを得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るアンテナ装置は、地導体と、地導体の上方に多くとも略１／８波長離して設けた第１線状アンテナと、この第１線状アンテナに給電し、地導体の上方に第１線状アンテナまでの長さだけ露出する給電線路と、第１線状アンテナと略同一の共振周波数を有し、この第１線状アンテナと略平行になるようにその上方の地導体から略１／４波長離した位置に設けられ、第１線状アンテナからの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第２線状アンテナとを備えるものである。
【００１２】
この発明に係るアンテナ装置は、第２線状アンテナの素子長より短く、この第２線状アンテナと略平行になるように略１／８波長から略１／４波長離して設けられ、第２線状アンテナからの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第３線状アンテナを少なくとも１つ備えるものである。
【００１３】
この発明に係るアンテナ装置は、第２線状アンテナより高い共振周波数を有し、この第２線状アンテナと略平行になるように、その上方の極近傍に設けられ、第２線状アンテナからの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第４線状アンテナを少なくとも１つ備えるものである。
【００１４】
この発明に係るアンテナ装置は、地導体と、地導体の上方に多くとも略１／８波長離して設けた第１線状アンテナと、この第１線状アンテナに給電し、地導体の上方に第１線状アンテナまでの長さだけ露出する給電線路と、第１線状アンテナと略同一の共振周波数を有し、この第１線状アンテナからの電磁界的作用を受けて励振する無給電の線状アンテナであって、第１線状アンテナと略平行になるように、その上方の地導体から略１／４波長離した位置で第１線状アンテナに対して略対称となるように、少なくとも２つ設けた第５線状アンテナとを備えるものである。
【００１５】
この発明に係るアンテナ装置は、給電を受ける第１線状アンテナより無給電の線状アンテナを太くしたものである。
【００１６】
この発明に係るアンテナ装置は、無給電の線状アンテナを、その中心に対して略対称となるように両端を地導体側に折り曲げたものである。
【００１７】
この発明に係るアンテナ装置は、線状アンテナ及び給電線路を誘電体基板上に一体形成するものである。
【００１８】
この発明に係るアレーアンテナは、請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置を複数個配列してなるものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。図において、１は地導体、２は地導体１の上方に略１／８波長若しくはそれ以下だけ離して設けた第１のダイポールアンテナ（第１線状アンテナ）で、誘電体基板４の裏面に形成した第１のダイポールアンテナ２を破線で示している。３は第１のダイポールアンテナ２を給電する給電線路であり、地導体１の上方に第１のダイポールアンテナ２までの長さだけ露出している。４は誘電体基板で、第１のダイポールアンテナ２、第２のダイポールアンテナ５、及び給電線路３が一体に形成されている。５は第１のダイポールアンテナ２と略同一の共振周波数を有し、第１のダイポールアンテナ２と略平行になるように、その上方に地導体１から略１／４波長離れた位置に設けられ、第１のダイポールアンテナ２からの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第２のダイポールアンテナ（第２線状アンテナ）である。
【００２０】
次に概要について説明する。ダイポールアンテナで広帯域な特性を得るためには、地導体からダイポールアンテナまでの距離を約１／４波長以上にする必要がある。このため、ダイポールアンテナに給電する給電線路、例えば平行２線を少なくとも約１／４波長分は地導体上に露出させなければならない。しかしながら、平行２線のコモンモードによる放射は、その長さが長くなるにつれて放射量が大きくなる。このように地導体上に露出させる給電線路はできるだけ短くすることが望ましい。
【００２１】
そこで、本願発明のアンテナ装置では地導体１の近傍（多くとも略１／８波長程度）に第１のダイポールアンテナ２を配置することで、地導体１上に露出する給電線路３を短くしている。しかしながら、単に地導体１上に露出する給電線路３を短くするだけでは帯域特性が狭帯域になってしまう。このため、この実施の形態１によるアンテナ装置では給電を受けている第１のダイポールアンテナ２と無給電の第２のダイポールアンテナ５との共振周波数をほぼ一致させて、第１のダイポールアンテナ２の上方に地導体１から約１／４波長離して無給電の第２のダイポールアンテナ５を設置する。このようにすることで、第１のダイポールアンテナ２と第２のダイポールアンテナ５との電磁界的な結合を利用することで広帯域化を図っている。つまり、給電を受ける第１のダイポールアンテナ２からの電磁界的作用により、地導体１の上方に略１／４波長離れた位置に設けた無給電の第２のダイポールアンテナ５が励振して共振状態となるので、給電を受けるダイポールアンテナを地導体１の上方に略１／４波長離れた位置に設けた場合と比較して、広帯域の帯域特性を示すようになる。これを定量的に示したのが図２である。以下、この図２を用いて本願発明の構成とすることによる広帯域化について説明する。
【００２２】
図２は本願発明の最も簡略された構成である実施の形態１によるアンテナ装置及びその他の構成における正規化周波数に対する反射減衰量を示すグラフ図であり、実施の形態１によるアンテナ装置の原理を確認するために、無給電のダイポールアンテナ（第２のダイポールアンテナ５）を有するか否かに対する反射減衰量特性を示している。図において、黒塗りの四角記号のプロットで表した曲線は地導体の上方に約１／４波長離れた位置に給電を受けるダイポールアンテナを配置した（従来のアンテナ装置）場合の特性、黒塗りの丸記号のプロットで表した曲線は地導体の上方に約１／８波長離れた位置に給電を受けるダイポールアンテナを配置した場合の特性で、黒塗りの三角記号のプロットで表した曲線は地導体の上方に約１／４波長離れた位置に無給電のダイポールアンテナを配置し、且つ地導体の上方に約１／８波長離れた位置に給電を受けるダイポールアンテナを配置した実施の形態１によるアンテナ装置の特性である。ここで、反射減衰量とはアンテナ装置から放射させずに給電点に反射させた場合の放射量に相当するもので、反射減衰量（絶対値）が大きいほどそのアンテナ装置は放射量が大きくなる。
【００２３】
図２に示すように、無給電ダイポールアンテナを設けず、給電を受けるダイポールアンテナが地導体１から約１／８波長分しか離れていない黒塗りの丸記号のプロットで表した曲線は、基準周波数における反射減衰量の値が小さくなり、共振できずに放射効率が落ちていることが分かる。また、黒塗りの四角記号のプロットで表した従来のアンテナ装置による曲線は基準周波数において大きな反射減衰量を示すが、黒塗りの三角記号のプロットで表した実施の形態１によるアンテナ装置の曲線は、基準周波数だけでなく、その周辺の周波数においても高い反射減衰量を示し、無給電のダイポールアンテナとして、第２のダイポールアンテナ５を地導体１の上方に約１／４波長離れた位置に設けることで、大幅な広帯域化が図られていることが分かる。
【００２４】
また、上記のようにダイポールアンテナに近接して無給電のダイポールアンテナを配置することで高利得を得る従来のダイポールアンテナとして八木アンテナがある。この八木アンテナは、例えば内田、虫明著、「超短波空中線」、生産技術センターに記載されており、その構成としては給電を受けるダイポールアンテナを地導体等に近接させずに使用することができるため、地導体との距離を適当に設定することで広帯域なダイポールアンテナとして動作させることができる。さらに、上記給電を受けるダイポールアンテナから約１／４波長離して無給電のダイポールアンテナを配置し、給電を受けるダイポールアンテナよりも素子長を短くすることで無給電のダイポールアンテナの位相を遅させる。このようにすることで、無給電のダイポールアンテナの方向で給電を受けるダイポールアンテナの放射界と位相が合い、指向性を持たせている。このように八木アンテナにおける無給電のダイポールアンテナは指向性を持たせるための構成要素として使用される。これに対して本願発明のアンテナ装置は、上述したように通常、地導体と給電ダイポールアンテナとの距離が約１／４波長以下となると共振状態にすることができないにもかかわらず、給電線路からの放射の影響を低減するために多くとも約１／８波長離れた位置に給電ダイポールアンテナを配置し、これと地導体から約１／４波長離れた位置に設けた無給電ダイポールアンテナとの電磁界的な結合を利用することにより共振状態となり、広帯域特性を得るもので、上記のような八木アンテナの構成ではこのような広帯域化を図ることはできない。
【００２５】
以上のように、この実施の形態１によれば、地導体１と、地導体１の上方に多くとも略１／８波長離して設けた第１のダイポールアンテナ２と、この第１のダイポールアンテナ２に給電し、地導体１の上方に第１のダイポールアンテナ２までの長さだけ露出する給電線路３と、第１のダイポールアンテナ２と略同一の共振周波数を有し、この第１のダイポールアンテナ２と略平行になるように、その上方の地導体１から略１／４波長離した位置に設けられ、第１のダイポールアンテナ２からの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第２のダイポールアンテナ５とを備えるので、第１のダイポールアンテナ２に給電する給電線路３の長さを短縮しても広帯域特性を得ることができるため、給電線路３から放射量を低減することができる。これにより、対称性のよい放射パターンが得られるようになり、交差偏波を低減することができる。
【００２６】
なお、上記実施の形態１では第１のダイポールアンテナ２を地導体１の上方に略１／８波長離して給電する例を示したが、１／２０波長程度にしても同様な特性が得られることを実験により確認している。要するに第１のダイポールアンテナ２は極力地導体１付近に設けてもよく、第２のダイポールアンテナ５の位置を調整することで広帯域化を図ることができる。
【００２７】
実施の形態２．
この実施の形態２では給電を受ける線状アンテナの上方に配置する無給電の線状アンテナを太くして広帯域特性を向上させたものである。
【００２８】
図３はこの発明の実施の形態２によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。図において、５ａは第１のダイポールアンテナ２からの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第２のダイポールアンテナ（第２線状アンテナ）で、第１のダイポールアンテナ２の放射素子よりも素子の端部が太くなるように構成されている。なお、図１と同一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００２９】
次に概要について説明する。上記実施の形態１と同様に広帯域特性を得るために第２のダイポールアンテナ５ａは第１のダイポールアンテナ２の上方に地導体１から約１／４波長離して配置している。このとき、無給電のダイポールアンテナを太くする（誘電体基板にプリントしたダイポールアンテナでは、その素子幅を大きくする）ことによって、さらに広帯域化できることが実験的にわかっている。そこで、この実施の形態２では第２のダイポールアンテナ５ａを太くすることで広帯域化を図っている。特に、図３では第２のダイポールアンテナ５ａの素子端部をより太くしてボウタイアンテナ状にした例を示しており、このようにすることで、単に素子を太くする場合より広帯域性を向上させることができる。
【００３０】
以上のように、この実施の形態２によれば、給電を受ける第１のダイポールアンテナ２より無給電の第２のダイポールアンテナ５ａを太くしたので、上記実施の形態１と同様の効果を奏するとともに、さらに広帯域特性を向上させることができる。
【００３１】
なお、上記実施の形態２では無給電ダイポールアンテナを太くする構成を上記実施の形態１に適用した例を示したが、これに限らず以下の実施の形態に示す構成に適用しても良い。
【００３２】
実施の形態３．
この実施の形態３では無給電の線状アンテナを、その中心に対して略対称となるように両端を地導体側に折り曲げてカット面によるビーム幅の差を低減し、通信方向による利得差の発生を低減するものである。
【００３３】
図４はこの発明の実施の形態３によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。図において、５ｂは中心に対して略対称となるように両端部を地導体１側に折り曲げた第２のダイポールアンテナ（第２線状アンテナ）である。なお、図１と同一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００３４】
次に概要について説明する。ダイポールアンテナの放射パターンはカット面によって異なり、Ｅ面は８の字型の指向性、Ｈ面は無指向性を示す。つまり、電界ベクトルを含む面であるＥ面のビーム幅は狭く、磁界ベクトルを含む面であるＨ面のビーム幅が広い。このようなカット面によるビーム幅の差は、全方向と通信を行うようなアプリケーションの場合、通信方向によって利得が異なってしまう可能性があり問題となる。この問題に対してカット面による指向性の差を低減するために、ダイポールアンテナの放射パターンをよりブロードにすることが要求される場合には、Ｅ面のビーム幅を広げる必要がある。そこで、この実施の形態３では、第２のダイポールアンテナ５ｂの中心に対して略対称となるように両端部を地導体１側に折り曲げる。このようにすることで広角方向にも指向性を有するようになり、ブロードな特性が得られる。また、折り曲げ角度を変えることでＥ面のビーム幅を調整することもできる。
【００３５】
以上のように、この実施の形態３によれば、第２のダイポールアンテナ５ｂを中心に対して略対称となるように両端部を地導体１側に折り曲げることで、上記実施の形態１と同様の効果を奏するとともに、Ｅ面のビーム幅を広げることができることから、通信方向によって利得差が生じることを抑えることができる。また、傾きの角度を変えることでビーム幅を調整することができることから、アンテナ装置の使用目的にあうように最適化するためのパラメータとして利用することができる。
【００３６】
なお、上記実施の形態３では無給電ダイポールアンテナを折り曲げる構成を上記実施の形態１に適用した例を示したが、これに限らず他の実施の形態の構成に適用しても良い。
【００３７】
実施の形態４．
この実施の形態４では給電を受ける線状アンテナの上方に無給電の線状アンテナを配置し、そのさらに上方に導波器として動作する無給電の線状アンテナを配置することで指向性を向上させたものである。
【００３８】
図５はこの発明の実施の形態４によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。図において、６は第２のダイポールアンテナ５の上方に配置された第３のダイポールアンテナ（第３線状アンテナ）である。なお、図１と同一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００３９】
次に概要について説明する。図５の例では第１のダイポールアンテナ２の上方に地導体１から約１／４波長の位置に第２のダイポールアンテナ５を配置し、その上部に第２のダイポールアンテナ５の素子長よりも短い第３のダイポールアンテナ６を約１／８波長程度離して配置する。このようにすることで、第１のダイポールアンテナ２からの電磁的作用を受けて第２のダイポールアンテナ５が励振し、この第２のダイポールアンテナ５からの電磁的作用を受けて第３のダイポールアンテナ６が励振する。これにより、上記実施の形態１と同様に第１のダイポールアンテナ２に給電する給電線路３を短くしても帯域特性を広帯域にすることができ、さらに、この実施の形態４によるアンテナ装置から放射される電波は第３のダイポールアンテナ６の方向に強められていく指向性を有するようになる。
【００４０】
このように第３のダイポールアンテナ６を導波器として動作させるためには、第３のダイポールアンテナ６を第２のダイポールアンテナ５からの距離が略１／８波長から略１／４波長程度の位置に配置し、その素子長を第２のダイポールアンテナ５より短くする。これにより、第３のダイポールアンテナ６の位相が第２のダイポールアンテナ５よりも遅れるようになり、第３のダイポールアンテナ６の方向で第２のダイポールアンテナ５の放射界と位相が合って電波が強められるようになる。従って、実施の形態４のアンテナ装置が八木アンテナと同様な指向性を有するようになり、通信方向に対する利得を高くすることができる。
【００４１】
以上のように、この実施の形態４によれば、第２のダイポールアンテナ５の素子長より短く、この第２のダイポールアンテナ５と略平行になるように略１／８波長から略１／４波長離して設けられ、第２のダイポールアンテナ５からの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第３のダイポールアンテナ６を少なくとも１つ備えるので、上記実施の形態１と同様の効果を奏するとともに、第３のダイポールアンテナ６が導波器として動作することから指向性を持たせることができ、通信方向に対する利得を向上させることができる。
【００４２】
なお、上記実施の形態４では第３のダイポールアンテナ６を１つ設けた例について示したが、これに限らず第３のダイポールアンテナ６との距離を略１／８波長から略１／４波長程度離して導波器として動作する無給電のダイポールアンテナを複数配置してもよい。
【００４３】
実施の形態５．
この実施の形態５では給電を受ける線状アンテナの上方に無給電の線状アンテナを配置し、その上方の極近傍に上記無給電の線状アンテナより高い共振周波数を有する無給電の線状アンテナを配置することで２共振特性を持たせたものである。
【００４４】
図６はこの発明の実施の形態５によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。図において、７は第２のダイポールアンテナ５の極近傍に配置され、第２のダイポールアンテナ５よりも高い共振周波数を有する第４のダイポールアンテナ（第４線状アンテナ）である。なお、図１と同一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００４５】
次に概要について説明する。この実施の形態５によるアンテナ装置は、第１のダイポールアンテナ２からの電磁的作用を受けて第２のダイポールアンテナ５及び第４のダイポールアンテナ７が励振し、給電線路３を短くしたことによる狭帯域化を抑えることができることは上記実施の形態１と同様である。ここでは、特に第４のダイポールアンテナ７を備えることで２共振特性を得ることができる構成を示している。具体的に説明すると、上記実施の形態４に示したように第３のダイポールアンテナを導波器として動作させるには、第２のダイポールアンテナ５から約１／８〜１／４波長離す必要があるが、この実施の形態５では第４のダイポールアンテナ７を第２のダイポールアンテナ５の上方に近接（約１／１０から１／２０波長程度）して配置して電磁界的な結合をさせる。これにより、第４のダイポールアンテナ７は導波器としては動作しないが、第１のダイポールアンテナ２の共振周波数に加えて第４のダイポールアンテナ７の共振周波数でも整合を取ることができ、２共振特性を得ることができるようになる。
【００４６】
また、上記実施の形態５では第４のダイポールアンテナ７を第２のダイポールアンテナ５の近傍に１つ配置することで２共振特性を得る構成を示したが、第４のダイポールアンテナ７の上方にさらに無給電のダイポールアンテナを配置して３つ以上の周波数の共振特性が得られる構成も本願発明の範疇に含まれることはいうまでもない。
【００４７】
以上のように、この実施の形態５によれば、第２のダイポールアンテナ５より高い共振周波数を有するダイポールアンテナであって、第２のダイポールアンテナ５と略平行になるように、その上方の極近傍に少なくとも１つ設けられ、この第２のダイポールアンテナ５からの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第４のダイポールアンテナ７を備えるので、複数の周波数に対する共振特性を得ることができ、アンテナ装置の使用目的に応じた最適なアンテナ装置を設計することができる。
【００４８】
実施の形態６．
この実施の形態６では給電を受ける線状アンテナと略平行になるように、その上方の地導体から略１／４波長離した位置に設けられ、上記線状アンテナに対して略対称となるように少なくとも２つ無給電の線状アンテナを配置することでカット面の違いによるビーム幅の差を低減させたものである。
【００４９】
図７はこの発明の実施の形態６によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。図において、４ａは第５のダイポールアンテナ８，８が一体に形成された誘電体基板、８は第１のダイポールアンテナ２と略平行になるように、その上方の地導体１から略１／４波長離した位置に設けられ、第１のダイポールアンテナ２に対して略対称となるように配置した無給電の第５のダイポールアンテナ（第５線状アンテナ）である。なお、図１と同一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００５０】
次に概要について説明する。この実施の形態６によるアンテナ装置は、第１のダイポールアンテナ２からの電磁的作用を受けて２つの第５のダイポールアンテナ８，８が励振し、給電線路３を短くしたことによる狭帯域化を抑えることができることは上記実施の形態１と同様である。ここでは、特にＨ面のビーム幅をシャープにする構成を示している。つまり、第５のダイポールアンテナ８，８を第１のダイポールアンテナ２と略平行になるようにその上方の地導体１から略１／４波長離した位置に第１のダイポールアンテナ２に対して略対称となるように配置することで、第５のダイポールアンテナ８，８が第１のダイポールアンテナ２のＨ面方向に配列されることになる。このように構成すると、Ｅ面方向のビーム幅を狭くすることができることが実験的に分かっている。このとき、第５のダイポールアンテナ８，８の間隔を適宜変更することで、Ｈ面のビーム幅をＥ面ビーム幅とほぼ同じになるまで調整することができる。
【００５１】
また、上記では誘電体基板４ａ上に第５のダイポールアンテナ８，８を配置する例を示したが、スペーサ等を挟んで無給電のダイポールアンテナを配列してもよく、その構成方法を変えてもこの発明は有効である。
【００５２】
以上のように、この実施の形態６によれば、地導体１と、地導体１の上方に多くとも略１／８波長離して設けた第１のダイポールアンテナ２と、この第１のダイポールアンテナ２に給電し、地導体１の上方に第１のダイポールアンテナ２までの長さだけ露出する給電線路３と、第１のダイポールアンテナ２と略同一の共振周波数を有し、この第１のダイポールアンテナ２からの電磁界的作用を受けて励振する無給電の線状アンテナであって、第１のダイポールアンテナ２と略平行になるように、その上方の地導体１から略１／４波長離した位置に設けられ、第１のダイポールアンテナ２に対して略対称となるように少なくとも２つ配置した第５のダイポールアンテナ８，８とを備えるので、上記実施の形態１と同様に第１のダイポールアンテナ２に給電する給電線路３の長さを短縮しても広帯域特性を得ることができるため、給電線路３から放射量を低減することができる。これにより、対称性のよい放射パターンが得られるようになり、交差偏波を低減させることができる。
【００５３】
また、Ｈ面方向に無給電の第５のダイポールアンテナ８，８を配列することでＨ面のビーム幅を狭くすることができ、通信方向に対する利得を向上させることができる。さらに、第５のダイポールアンテナ８，８の間隔を調整することで、Ｅ面ビーム幅とほぼ同じビーム幅を得ることができ、通信方向によって利得差が生じることを抑えることができる。
【００５４】
なお、上記実施の形態１から６に示すようにアンテナ装置の構成要素（ダイポールアンテナ２，５，５ａ，５ｂ，６，７，８、及び給電線路３）を誘電体基板４に一体に形成することで、各構成要素間を接続する工程を省略することできることから、装置の量産性を向上させることができる。これにより、上記実施の形態１から６に示したアンテナ装置を用いて構成するアレーアンテナの量産性も向上させることができる。
【００５５】
また、上記の他に、金属棒、同軸線路を用いたダイポールアンテナで本願発明のアンテナ装置を構成しても上記実施の形態１から６と同様な特性を得ることができる。また、給電方法としては平行２線等の他の方法でも基本的な原理は変わらず有効である。
【００５６】
さらに、上記実施の形態１から６では片偏波を励振する単一のアンテナ装置の構成を示したが、このアンテナ装置を複数個配列してアレーアンテナを構成してもよい（このときの配列としては三角配列、格子状の四角配列としても良く、配列方式には依存しない）。このように本願発明のアンテナ装置をアンテナ素子として使用することで、個々の素子の給電線路からの放射を抑えられ、従来のアレーアンテナにおいて問題であった素子間結合による給電線路からの放射モードの影響による放射パターンの劣化を抑えることができ、通信方向に対する利得を向上させることができる。また、本願発明のアンテナ装置のダイポールアンテナを直交させて配列すれば両偏波を励振することができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、地導体と、地導体の上方に多くとも略１／８波長離して設けた第１線状アンテナと、この第１線状アンテナに給電し、地導体の上方に第１線状アンテナまでの長さだけ露出する給電線路と、第１線状アンテナと略同一の共振周波数を有し、この第１線状アンテナと略平行になるようにその上方の地導体から略１／４波長離した位置に設けられ、第１線状アンテナからの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第２線状アンテナとを備えるので、第１線状アンテナに給電する給電線路の長さを短縮しても広帯域特性を得ることができ、給電線路から放射量を低減することができる。これにより、対称性のよい放射パターンが得られるようになり、交差偏波を低減することができる効果がある。
【００５８】
この発明によれば、第２線状アンテナの素子長より短く、この第２線状アンテナと略平行になるように略１／８波長から略１／４波長離して設けられ、第２線状アンテナからの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第３線状アンテナを少なくとも１つ備えるので、第３線状アンテナが導波器として動作することから指向性を持たせることができ、通信方向に対する利得を向上させることができる効果がある。
【００５９】
この発明によれば、第２線状アンテナより高い共振周波数を有し、この第２線状アンテナと略平行になるように、その上方の極近傍に設けられ、第２線状アンテナからの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第４線状アンテナを少なくとも１つ備えるので、複数の周波数に対する共振特性を得ることができ、アンテナ装置の使用目的に応じた最適なアンテナ装置を設計することができる効果がある。
【００６０】
この発明によれば、地導体と、地導体の上方に多くとも略１／８波長離して設けた第１線状アンテナと、この第１線状アンテナに給電し、地導体の上方に第１線状アンテナまでの長さだけ露出する給電線路と、第１線状アンテナと略同一の共振周波数を有し、この第１線状アンテナからの電磁界的作用を受けて励振する無給電の線状アンテナであって、第１線状アンテナと略平行になるように、その上方の地導体から略１／４波長離した位置に設けられ、第１線状アンテナに対して略対称となるように少なくとも２つ配置した第５線状アンテナとを備えるので、上記段落００５７と同様の効果を奏するとともに、Ｈ面方向に無給電の第５線状アンテナを配列することでＨ面のビーム幅を狭くすることができ、通信方向に対する利得を向上させることができる効果がある。
【００６１】
また、第５線状アンテナの間隔を調整することで、Ｅ面ビーム幅とほぼ同じビーム幅を得ることができ、通信方向によって利得差が生じることを抑えることができる効果がある。
【００６２】
この発明によれば、給電を受ける第１線状アンテナより無給電の線状アンテナを太くしたので、広帯域特性を向上させることができる効果がある。
【００６３】
この発明によれば、無給電の線状アンテナを、その中心に対して略対称となるように両端を地導体側に折り曲げたので、Ｅ面のビーム幅を広げることができることから、通信方向によって利得差が生じることを抑えることができる効果がある。
【００６４】
また、傾きの角度を変えることでビーム幅を調整することができることから、アンテナ装置の使用目的にあうように最適化するためのパラメータとして利用することができる効果がある。
【００６５】
この発明によれば、線状アンテナ及び給電線路を誘電体基板上に一体形成するので、各構成要素間を接続する工程を省略することできることから、装置の量産性を向上させることができる効果がある。
【００６６】
この発明によれば、請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置を複数個配列してなるので、素子間結合による給電線路からの放射モードの影響による放射パターンの劣化を抑えることができ、通信方向に対する利得を向上させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図２】 実施の形態１によるアンテナ装置及びその他の構成における正規化周波数に対する反射減衰量を示すグラフ図である。
【図３】 この発明の実施の形態２によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図４】 この発明の実施の形態３によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図５】 この発明の実施の形態４によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図６】 この発明の実施の形態５によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図７】 この発明の実施の形態６によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図８】 従来のアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 地導体、２ 第１のダイポールアンテナ（第１線状アンテナ）、３ 給電線路、４，４ａ 誘電体基板、５，５ａ，５ｂ 第２のダイポールアンテナ（第２線状アンテナ）、６ 第３のダイポールアンテナ（第３線状アンテナ）、７ 第４のダイポールアンテナ（第４線状アンテナ）、８ 第５のダイポールアンテナ（第５線状アンテナ）。
Claims (8)
- 地導体と、
上記地導体の上方に多くとも略１／８波長離して設けた第１線状アンテナと、
この第１線状アンテナに給電し、上記地導体の上方に上記第１線状アンテナまでの長さだけ露出する給電線路と、
上記第１線状アンテナと略同一の共振周波数を有し、この第１線状アンテナと略平行になるように、その上方の上記地導体から略１／４波長離した位置に設けられ、上記第１線状アンテナからの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第２線状アンテナと
を備えたアンテナ装置。 - 第２線状アンテナの素子長より短く、この第２線状アンテナと略平行になるように略１／８波長から略１／４波長離して設けられ、上記第２線状アンテナからの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第３線状アンテナを少なくとも１つ備えたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
- 第２線状アンテナより高い共振周波数を有し、この第２線状アンテナと略平行になるように、その上方の極近傍に設けられ、上記第２線状アンテナからの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第４線状アンテナを少なくとも１つ備えたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
- 地導体と、
上記地導体の上方に多くとも略１／８波長離して設けた第１線状アンテナと、
この第１線状アンテナに給電し、上記地導体の上方に上記第１線状アンテナまでの長さだけ露出する給電線路と、
上記第１線状アンテナと略同一の共振周波数を有し、この第１線状アンテナからの電磁界的作用を受けて励振する無給電の線状アンテナであって、上記第１線状アンテナと略平行になるように、その上方の上記地導体から略１／４波長離した位置で上記第１線状アンテナに対して略対称となるように、少なくとも２つ設けた第５線状アンテナと
を備えたアンテナ装置。 - 無給電の線状アンテナを、給電を受ける第１線状アンテナより太くしたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
- 無給電の線状アンテナを、その中心に対して略対称となるように両端を地導体側に折り曲げたことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
- 線状アンテナ及び給電線路は、誘電体基板上に一体形成されることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
- 請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置を複数個配列してなるアレーアンテナ。
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