JP4836142B2

JP4836142B2 - アンテナ

Info

Publication number: JP4836142B2
Application number: JP2007150758A
Authority: JP
Inventors: 正太郎堀井
Original assignee: Ｄｘアンテナ株式会社
Priority date: 2007-06-06
Filing date: 2007-06-06
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2027-06-06
Also published as: JP2008306390A

Description

本発明はアンテナに関し、特に、垂直偏波無指向性アンテナに関する。

ダイポールアンテナは、最も基本的な構造を有するアンテナであって、導体棒(線状導体)の中央部に給電点を設け、その給電点に高周波信号を供給するように構成したものである。

また、小型軽量化および低価格化を目的として、放射導体をプリント基板(誘電体基板)上に形成したプリントダイポールアンテナが提案されている。たとえば、特開２００６−３５２２９３号公報（特許文献１）には、誘電体基板の主表面に各々形成された第１および第２のプリントダイポールアンテナ部を備え、かつ、各誘電体基板に形成された切込み部を利用して互いに９０°の角度をなすように第１および第２のプリントダイポールアンテナ部を交差結合させた偏波ダイバーシチアンテナが開示される。
特開２００６−３５２２９３号公報

同軸線路の外部導体に周方向のスロットを切り、その周囲に筒型のダイポールアンテナを取り付けたアンテナ系が知られている。このようなアンテナは、同軸ダイポールアンテナと呼ばれ、水平面内で一様な指向性を有している。同軸ダイポールアンテナを多段構成し、かつ直列給電を行なうことによって垂直面内の指向性を鋭くすることが可能となる。

しかしながら、従来の同軸ダイポールアンテナは、一般的に金属パイプあるいは金属棒を用いて作成されている。このため、特に多段構成の同軸ダイポールアンテナでは構造が複雑化するという問題がある。

なお、特開２００６−３５２２９３号公報（特許文献１）には、上述の偏波ダイバーシチアンテナを複数個配列した構成が開示されている。しかし、複数個のアンテナは同一平面上に所定の間隔を設けて配置されているため、部品（素子）の数が多くなるだけでなく、アンテナ全体の設置面積が大きくなる。

それゆえに、本発明の主たる目的は、素子の数を少なくしても所望の性能を得ることが可能なアンテナを提供することである。

本発明は要約すれば、アンテナであって、第１および第２の主表面をそれぞれ有し、かつ、第１および第２の主表面が互いに直交するように組み合わされた第１および第２の誘電体基板と、第１および第２の主表面の各々において、第１および第２の主表面の交線を挟むように形成される第１および第２のダイポールアンテナとを備える。第１のダイポールアンテナは、第１および第２の主表面の各々において、交線の方向に沿って延びるように形成される第１および第２の線状導体を含む。第２のダイポールアンテナは、第１および第２の主表面の各々において、交線の方向に沿って延びるよう形成され、かつ、交線に対して第１および第２の線状導体にそれぞれ対称である第３および第４の線状導体を含む。第１の誘電体基板は、第１の主表面と反対側に位置する第３の主表面をさらに有する。第２の誘電体基板は、第２の主表面と反対側に位置する第４の主表面をさらに有する。アンテナは、第３および第４の主表面の各々に形成され、かつ、第３および第４の主表面の各々における第１のダイポールアンテナの投影像に重なる第３のダイポールアンテナと、第３および第４の主表面の各々に形成され、かつ、第３および第４の主表面の各々における第２のダイポールアンテナの投影像に重なる第４のダイポールアンテナとをさらに備える。

好ましくは、アンテナは、第１および第２の主表面の各々に形成され、第１の線状導体と第３の線状導体とを電気的に接続する第１の給電線路と、第１および第２の主表面の各々に形成され、第２の線状導体と第４の線状導体とを電気的に接続する第２の給電線路と、同軸線路とをさらに備える。同軸線路は、第１の給電線路に電気的に接続される内部導体と、内部導体を囲むように設けられ、かつ、第２の給電線路に電気的に接続される外部導体と、絶縁物により形成され、かつ、外部導体を覆う被覆とを含む。

より好ましくは、アンテナは、第１および第２の主表面に対向するように配置される第１の導波器と、第２および第３の主表面に対向するように配置される第２の導波器と、第３および第４の主表面に対向するように配置される第３の導波器と、第４および第１の主表面に対向するように配置される第４の導波器とをさらに備える。

好ましくは、アンテナは、第５の線状導体と、第６の線状導体と、第７の線状導体と、第８の線状導体と、第１の切換回路と、第２の切換回路とをさらに備える。第５の線状導体は、第１および第２の主表面の各々において、第１の線状導体の給電部位である第１の線状導体の一方端に接触し、かつ、第３の線状導体の給電部位である第３の線状導体の一方端に非接触となるように形成される。第７の線状導体は、第１および第２の主表面の各々において、第２の線状導体の給電部位である第２の線状導体の一方端に接触し、かつ、第４の線状導体の給電部位である第４の線状導体の一方端に非接触となるように形成される。第７の線状導体は、第１および第２の主表面の各々において、第１から第６の線状導体のいずれとも非接触となるように形成される。第８の線状導体は、第１および第２の主表面の各々において、第１から第７の線状導体のいずれとも非接触となるように形成される。第１の切換回路は、第３の線状導体の一方端を第５の線状導体に電気的に接続するとともに、第４の線状導体の一方端を第６の線状導体に電気的に接続する第１の状態と、第３の線状導体の一方端および第４の線状導体の一方端を電気的に開放する第２の状態とを切換える。第２の切換回路は、第１の切換回路が第１の状態であるときに、第７の線状導体の２つの端部および第８の線状導体の２つの端部を電気的に開放し、第１の切換回路が第２の状態であるときに、第７の線状導体の２つの端部を第１の線状導体の他方端および第３の線状導体の他方端にそれぞれ接続するとともに、第８の線状導体の２つの端部を第２の線状導体の他方端および第４の線状導体の他方端にそれぞれ接続する。

本発明によれば、素子の数を少なくしても所望の性能を得ることが可能になる。

以下において、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１のアンテナ１００を示す斜視図である。図１を参照して、アンテナ１００は、誘電体基板１，２を備える。誘電体基板１，２は主表面１Ａ，２Ａをそれぞれ有する。誘電体基板１，２は主表面１Ａ，２Ａのなす角度が９０度となるように組合される。

アンテナ１００は、さらに、主表面１Ａに形成されるダイポールアンテナ１１，１２と、主表面２Ａに形成されるダイポールアンテナ２１，２２とを備える。

ダイポールアンテナ１１は、主表面１Ａ，２Ａの交線Ｌの方向に沿って延びるよう形成される直線状の導体（線状導体）１１Ａ，１１Ｂを含む。ダイポールアンテナ１２は、交線Ｌの方向に沿って延びるよう形成される線状導体１２Ａ，１２Ｂを含む。線状導体１２Ａ，１２Ｂは、交線Ｌに対して線状導体１１Ａ，１１Ｂとそれぞれ対称である。

ダイポールアンテナ２１は、交線Ｌの方向に沿って延びるよう形成される線状導体２１Ａ，２１Ｂを含む。ダイポールアンテナ２２は、交線Ｌの方向に沿って延びるよう形成される線状導体２２Ａ，２２Ｂを含む。線状導体２２Ａ，２２Ｂは、交線Ｌに対して線状導体２１Ａ，２１Ｂとそれぞれ対称である。

ダイポールアンテナ１１，１２，２１，２２の各々は半波長ダイポールアンテナであり、各ダイポールアンテナに含まれる線状導体の長さは約λ／４に設定される。ここでλはアンテナ１００の使用周波数帯の中心波長を表わす。ただし、一般的には、誘電体基板１，２の誘電率に応じて線状導体の長さはλ／４よりも短い長さに設定される。

本実施の形態では、アンテナ１００の使用周波数帯はＵＨＦ帯である。なお、この周波数範囲には、日本における地上デジタル放送の周波数帯域（一般的に４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚの範囲）が含まれる。

アンテナ１００は、さらに、主表面１Ａ上に導体によって形成される給電線路１０Ａ，１０Ｂと、主表面２Ａ上に導体によって形成される給電線路２０Ａ，２０Ｂとを備える。

給電線路１０Ａは、線状導体１１Ａの一方端（給電部位）と線状導体１２Ａの一方端（給電部位）とに接続される。給電線路１０Ｂは、線状導体１１Ｂの一方端（給電部位）と線状導体１２Ｂの一方端（給電部位）とに接続される。給電線路２０Ａは、線状導体２１Ａの一方端（給電部位）と線状導体２２Ａの一方端（給電部位）とに接続される。給電線路２０Ｂは、線状導体２１Ｂの一方端（給電部位）と線状導体２２Ｂの一方端（給電部位）とに接続される。

図１には示していないが、給電線路１０Ａ，２０Ａの電気的接続、および給電線路１０Ｂ，２０Ｂの電気的接続は、たとえば、２つの給電線路をはんだによって接続することにより実現される。

アンテナ１００は、さらに、同軸ケーブル３０を備える。同軸ケーブル３０の内部導体（心線）は、たとえばはんだにより給電線路１０Ａに接続され、同軸ケーブル３０の外部導体（一般的には、編組線（へんそせん）と呼ばれる細い銅線を編んだもの）は、たとえばはんだにより給電線路１０Ｂに接続される。

さらに同軸ケーブル３０の内部導体は、たとえばはんだにより主表面１Ａに導体により形成された領域１９に接続され、同軸ケーブル３０の外部導体は、たとえばはんだにより、主表面１Ａに導体により形成された接地パターン１８Ａに接続される。さらに、同軸ケーブル３５の内部導体および外部導体は、たとえばはんだにより、領域１９および接地パターン１８Ａにそれぞれ接続される。

接地パターン１８Ａは、たとえばはんだによって、誘電体基板２の主表面２Ａに導体により形成された接地パターン２８Ａと電気的に接続される。また、同軸ケーブル３５において、領域１９（および接地パターン１８Ａ）側に位置する端部と反対側の端部は出力端子４０に接続される。

誘電体基板１，２を互いに直交した状態に保つため、導体の領域１６Ａ〜１６Ｃが主表面１Ａに形成されるとともに導体の領域２６Ａ〜２６Ｃが主表面２Ａに形成される。領域１６Ａ〜１６Ｃははんだによって領域２６Ａ〜２６Ｃとそれぞれ接続される。これにより、誘電体基板１，２が互いに固定される。

図１に示すアンテナ１００の構成を包括的に説明すると以下のとおりである。アンテナ１００は直交する２つの誘電体基板の各々の主表面に形成された第１および第２のダイポールアンテナを含む。各主表面では第１および第２のダイポールアンテナは主表面１Ａ，２Ａの交線Ｌを挟むように形成される。第１のダイポールアンテナは、交線Ｌの方向に沿って延びるよう形成される第１および第２の線状導体を含む。第２のダイポールアンテナは、交線Ｌの方向に沿って延びるよう形成され、かつ、交線Ｌに対して第１および第２の線状導体にそれぞれ対称である第３および第４の線状導体を含む。

これによりアンテナ１００は、従来の同軸ダイポールアンテナと同様に機能する。交線Ｌの方向が鉛直方向となるようにアンテナ１００が設置された場合、アンテナ１００は、水平面内において一様な指向性を得ることができる。

従来の同軸ダイポールアンテナは、一般的に同軸ケーブルの外部導体に金属パイプ等を接続した構成を有する。従来の同軸ダイポールアンテナの構造を用いて多段構成を有する同軸ダイポールアンテナを実現しようとすれば、たとえば複数の金属パイプを同軸ケーブルの延在方向に沿って配置し、かつ、複数の金属パイプの間を絶縁する（たとえば複数の金属パイプを互いに離す）ことが必要になる。このため構成が複雑化するとともに部品の点数が多くなる。

アンテナ１００は、基本的に誘電体基板の主表面にプリント形成された導体により構成されている。誘電体基板１，２の各々において交線Ｌの方向の長さを長くすれば、主表面１Ａ，２Ａの各々において、交線Ｌの方向に沿った線状導体を各々含むダイポールアンテナの対（ダイポールアンテナ１１，１２あるいはダイポールアンテナ２１，２２と同様のダイポールアンテナ）をさらに追加することができる。このため、本実施の形態によれば、多段構成の同軸ダイポールアンテナをより簡単な構造によって実現できる。また、本実施の形態によれば、同軸ダイポールアンテナの部品点数を減らすことが可能になる。

また、一般的にダイポールアンテナにおいては、線状導体の線幅を広くすることにより帯域を広くすることができることが知られている。しかし線状導体の線幅を広くした場合には、アンテナのサイズが大きくなる可能性が考えられる。本実施の形態では、直交する主表面１Ａ，２Ａの各々にダイポールアンテナを構成することにより、各ダイポールアンテナの線状導体の幅を広くしなくても帯域を広げることが可能になる。よって、アンテナのサイズが大型化するのを防ぐことができる。

図２は、図１に示すアンテナ１００の反対側を示す斜視図である。図２には誘電体基板１において主表面１Ａの反対側の面である主表面１Ｂと、誘電体基板２において主表面２Ａの反対側の面である主表面２Ｂとが示される。

図２および図１を参照して、アンテナ１００は、誘電体基板１の主表面１Ｂに形成されるダイポールアンテナ１３，１４と、誘電体基板２の主表面２Ｂに形成されるダイポールアンテナ２３，２４とをさらに備える。

ダイポールアンテナ１３は、交線Ｌの方向に沿って延びるよう形成される線状導体１３Ａ，１３Ｂを含む。ダイポールアンテナ１４は、交線Ｌの方向に沿って延びるよう形成され、かつ、交線Ｌに対して線状導体１３Ａ，１３Ｂとそれぞれ対称である線状導体１４Ａ，１４Ｂを含む。ダイポールアンテナ２３は、交線Ｌの方向に沿って延びるよう形成される線状導体２３Ａ，２３Ｂを含む。ダイポールアンテナ２４は、交線Ｌの方向に沿って延びるよう形成され、かつ、交線Ｌに対して線状導体２３Ａ，２３Ｂとそれぞれ対称である線状導体２４Ａ，２４Ｂを含む。

ダイポールアンテナ１３，１４は、ダイポールアンテナ１１，１２を主表面１Ｂに投影させたときの投影像にそれぞれ重なる。すなわち線状導体１３Ａ，１３Ｂは、線状導体１１Ａ，１１Ｂを主表面１Ｂに投影させたときの投影像にそれぞれ重なり、線状導体１４Ａ，１４Ｂは、線状導体１２Ａ，１２Ｂを主表面１Ｂに投影させたときの投影像にそれぞれ重なる。

同様に、ダイポールアンテナ２３，２４は、ダイポールアンテナ２１，２２を主表面２Ｂに投影させたときの投影像とそれぞれ重なる。すなわち線状導体２３Ａ，２３Ｂは、線状導体２１Ａ，２１Ｂを主表面２Ｂに投影させたときの投影像にそれぞれ重なる。線状導体２４Ａ，２４Ｂは、線状導体２２Ａ，２２Ｂを主表面２Ｂに投影させたときの投影像にそれぞれ重なる。

このように本実施の形態では、各誘電体基板１，２の両面にダイポールアンテナ部を形成する。各誘電体基板の一方側の主表面に形成されるダイポールアンテナは、他方側の主表面に形成されたダイポールアンテナをその一方側の主表面に投影させたときの投影像と重なる。これにより、各誘電体基板の片方の主表面のみに２つのダイポールアンテナを形成する場合に比較して、アンテナ１００の帯域をより広くすることができる。

アンテナ１００は、さらに、主表面１Ｂ上に導体によって形成される給電線路１０Ｃ，１０Ｄと、主表面２Ｂ上に導体によって形成される給電線路２０Ｃ，２０Ｄとを備える。

主表面１Ａ側と同様に、給電線路１０Ｃは、線状導体１３Ａの一方端（給電部位）と線状導体１４Ａの一方端（給電部位）とに接続される。給電線路１０Ｄは、線状導体１３Ｂの一方端（給電部位）と線状導体１４Ｂの一方端（給電部位）とに接続される。主表面２Ａ側と同様に、給電線路２０Ｃは、線状導体２３Ａの一方端（給電部位）と線状導体２４Ａの一方端（給電部位）とに接続される。給電線路２０Ｄは、線状導体２３Ｂの一方端（給電部位）と線状導体２４Ｂの一方端（給電部位）とに接続される。

たとえば給電線路１０Ｃ，２０Ｃは、はんだにより電気的に接続され、給電線路１０Ｄ，２０Ｄは、はんだにより電気的に接続される。

主表面１Ａ側と同様に主表面１Ｂにも、誘電体基板１，２を固定するための領域１７Ａ〜１７Ｃが導体により形成される。同様に、主表面２Ｂにおいて領域２７Ａ〜２７Ｃが導体により形成される。領域１７Ａ〜１７Ｃは、領域２７Ａ〜２７Ｃとそれぞれはんだにより接続される。

さらに、主表面１Ｂ，２Ｂには導体により接地パターン１８Ｂ，２８Ｂがそれぞれ形成される。接地パターン１８Ｂ，２８Ｂははんだにより電気的に接続される。

図３は、図１および２に示すアンテナ１００を分解して示す図である。図３（Ａ）に示すように、誘電体基板１の主表面１Ａには導体のパターンとして、ダイポールアンテナ１１（線状導体１１Ａ，１１Ｂ）、ダイポールアンテナ１２（線状導体１２Ａ，１２Ｂ）、給電線路１０Ａ，１０Ｂ、領域１６Ａ〜１６Ｃ、接地パターン１８Ａおよび領域１９が形成される。さらに、誘電体基板１には領域１６Ａ，１６Ｂを分断し、かつ、誘電体基板１の長辺に沿って誘電体基板１の端部から中央に向かうスリット４１が形成される。

図３（Ａ）において、主表面１Ａ上の各導体パターンに対応する主表面１Ｂ上の導体パターンを括弧つきの符号で示す。主表面１Ｂにはダイポールアンテナ１３（線状導体１３Ａ，１３Ｂ）、ダイポールアンテナ１４（線状導体１４Ａ，１４Ｂ）、給電線路１０Ｃ，１０Ｄ、および領域１７Ａ〜１７Ｃが形成される。これらの導体パターンは、主表面１Ａ上の対応する導体パターンと同じ形状を有する。なお、主表面１Ｂにはさらに接地パターン１８Ｂが形成されるが、図が煩雑になるのを防ぐため図３（Ａ）には接地パターン１８Ｂを示していない。

同軸ケーブル３０の内部導体３１は給電線路１０Ａおよび領域１９に接続され、同軸ケーブル３０の外部導体３２は給電線路１０Ｂおよび接地パターン１８Ａに接続される。同軸ケーブル３５の内部導体３６は領域１９を介して同軸ケーブル３０の内部導体３１と電気的に接続される。同軸ケーブル３５の外部導体３７は、接地パターン１８Ａを介して同軸ケーブル３０の外部導体３２と電気的に接続される。

ここで、同軸ケーブル３０に代えて主表面１Ａ上に形成された導体パターン（給電線路）を用いてもダイポールアンテナ１１，１２への給電は可能である。しかしながら、線状導体の長さが長くなるほど誘電体基板１の長辺方向の長さが長くなるので、給電線路も長くなる。給電線路が長くなると、その給電線路において生じる空間への輻射が無視できなくなる。すなわち損失が大きくなることが起こり得る。しかしながら、同軸ケーブル３０では外部導体３２は絶縁物により形成された被覆３３により覆われているので、このような輻射を防ぐことが可能になる。これにより損失を低減することができる。

図３（Ｂ）に示すように、誘電体基板２の主表面２Ａには導体のパターンとして、ダイポールアンテナ２１（線状導体２１Ａ，２１Ｂ）、ダイポールアンテナ２２（線状導体２２Ａ，２２Ｂ）、給電線路２０Ａ，２０Ｂ、領域２６Ａ〜２６Ｃ、接地パターン２８Ａが形成される。さらに、誘電体基板２には、接地パターン２８Ａ、領域２６Ｃおよび給電線路２０Ｂを分断し、かつ、誘電体基板１の長辺に沿って誘電体基板１の端部から中央に向かうスリット４２が形成される。

図３（Ａ）と同様に、図３（Ｂ）においても主表面２Ａ上の各導体パターンに対応する主表面２Ｂ上の導体パターンを括弧つきの符号で示す。主表面２Ｂには、ダイポールアンテナ２３（線状導体２３Ａ，２３Ｂ）、ダイポールアンテナ２４（線状導体２４Ａ，２４Ｂ）、給電線路２０Ｃ，２０Ｄ、および領域２７Ａ〜２７Ｃが形成される。これらの導体パターンは、主表面２Ａ上の対応する導体パターンと同じ形状を有する。なお主表面２Ｂにはさらに接地パターン２８Ｂが形成されるが、図３（Ａ）と同様に図が煩雑になるのを防ぐため図３（Ｂ）には接地パターン２８Ｂを示していない。

誘電体基板１，２のそれぞれに形成されたスリット４１，４２を利用して互いを組合せることにより主表面１Ａ，２Ａを直交させることが可能となる。よって、図１および図２に示すアンテナ１００が構成される。

次に、本実施の形態のアンテナ１００の特性として利得およびＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio：電圧定在波比）を示す。

図４は、本実施の形態のアンテナ１００の利得の周波数特性を示す図である。図４において、周波数の範囲は４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚである。この周波数範囲において利得の変化が小さいことが分かる。このことはアンテナ１００の帯域が広いことを示す。

図５は、アンテナ１００のＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。図５に示すように、４７０〜７７０ＭＨｚの周波数範囲においてＶＳＷＲはほぼ２（ｄＢ）以下である。ＶＳＷＲは低いほど好ましいが、図５に示す値であれば実用的なレベルであるといえる。

図６は、アンテナ１００のＨ面（磁界面）での指向性を示す図である。なお、この指向性は、周波数が５２０ＭＨｚである垂直偏波に対する指向性である。Ｈ面は、交線Ｌに垂直な面である。よって、交線Ｌの方向が鉛直方向となるようにアンテナ１００を設置した場合、Ｈ面は水平面となる。図６に示されるように、アンテナ１００のＨ面での指向性はほぼ無指向性である。

図７は、アンテナ１００のＥ面（電界面）での指向性を示す図である。Ｅ面とは、Ｈ面と直交する平面である。なお図６と同様に、図７は、周波数が５２０ＭＨｚの垂直偏波に対するアンテナ１００の指向性を示す。図７に示されるように、アンテナ１００のＥ面の指向性は、ほぼ８字特性である。

本実施の形態のアンテナ１００は、たとえば地上デジタル放送用電波を再送信するアンテナとして用いることが可能である。アンテナ１００を屋外に設置する場合には、アンテナ１００への積雪、雨雪や埃の付着等からアンテナ１００を保護する必要がある。

図８は、アンテナ１００を屋外に設置する場合の形態を模式的に説明する図である。図８に示すように、アンテナ１００はたとえばＦＲＰ（繊維強化プラスチック）のパイプにより形成されたレードーム４６に収納される。レードーム４６は、ＦＲＰのパイプにより形成され、かつ、レードーム４６より直径の大きいレードーム４５に収納される。

図８に示すアンテナ１００は交線Ｌの方向が鉛直方向となった状態で、たとえば電柱の先端に設置される。レードーム４５の直径を電柱の直径とほぼ同じ大きさに設定することにより、レードーム４５を電柱の先端に設置しても、景観に与える影響を少なくすることができる。

［実施の形態２］
実施の形態２のアンテナの基本的な構成は実施の形態１のアンテナ１００と同様であるが、導波器をさらに備える点で実施の形態１のアンテナ１００と異なる。よって以後は、実施の形態２のアンテナに関しては実施の形態１のアンテナ１００と同様な部分の説明を繰返さず、実施の形態２のアンテナにおける導波器の配置を主に説明する。

図９は、誘電体基板１の主表面１Ａに垂直な方向から実施の形態２のアンテナ１００Ａを見た状態を示す図である。図９を参照して、アンテナ１００Ａは導波器５１，５２をさらに備える点で図１に示すアンテナ１００と異なる。誘電体基板１の主表面１Ａに垂直な方向から見た場合、導波器５１は線状導体１１Ａ，１１Ｂに跨るように配置され、導波器５２は線状導体１２Ａ，１２Ｂに跨るように配置される。

直線ＬＡは図１に示す交線Ｌを延長した直線である。図１０は、図９に示す直線ＬＡの方向に沿ってアンテナ１００Ａの上方からアンテナ１００Ａを見た状態を示す図である。図１０（Ａ），（Ｂ）では、ダイポールアンテナ１１〜１４，２１〜２４のそれぞれの一部である線状導体１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ，１４Ａ，２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａが示される。

導波器５１は、主表面１Ａ，２Ｂに対向するように配置される。導波器５２は、主表面１Ａ，２Ａに対向するように配置される。導波器５３は、主表面１Ｂ，２Ｂに対向するように配置される。導波器５４は、主表面１Ｂ，２Ａに対向するように配置される。なお、本実施の形態では導波器５１〜５４の各々は導電板により形成される。導電板の向き（導電板の表面の垂線の方向）は特に限定されるものではない。たとえば図１０（Ａ）に示すように導電板の表面をレードーム４６の中心に向けることにより導電板を２つの誘電体基板の各主表面に対向させても良いし、図１０（Ｂ）に示すように、導電板の２つの表面を２つの誘電体基板の各主表面に対向させてもよい。また、導波器５１〜５４の形状は板状に限定されるものではなく、たとえば導波器５１〜５４として線状の導体を用いることもできる。

導波器５１はダイポールアンテナ１１，２２の各々から送信される電波を所望の方向に導くための素子である。同様に、導波器５２はダイポールアンテナ１２，２４の各々から送信される電波を所望の方向に導くための素子である。導波器５３はダイポールアンテナ１３，２１の各々から送信される電波を所望の方向へ導くための素子である。導波器５４はダイポールアンテナ１４，２３の各々から送信される電波を所望の方向へ導くための素子である。

導波器５１〜５４はたとえば図８に示すレードーム４６の内壁に接着された固定部材５５〜５８によってそれぞれ固定される。図１０ではこのような固定方法を概略的に示す。固定部材５５〜５８は、たとえばＡＢＳ樹脂や発泡スチロール等により形成される。たとえば導波器は接着剤によって固定部材に固定されてもよいし、固定部材に形成された溝に挿入されてもよい。導波器の固定方法には様々な方法を用いることができる。

さらに導波器５１〜５４を固定するための方法はこのように限定されるものではなく、誘電体基板の主表面から距離を隔てて設けることが可能であれば他の方法を用いてもよい。このような方法の一例として、たとえば誘電体基板の主表面上に誘電体からなる部材を設置するとともに、その部材により導波器を支持する方法が挙げられる。

導波器５１，５３は誘電体基板１を厚み方向に２等分する平面（ただし図１０ではその平面を直線Ｌ１として示す）に対して対称に配置され、導波器５２，５４もその平面に対して対称に配置される。なお、図１０に示すように、導波器５１，５２は、誘電体基板２を厚み方向に２等分する平面（図１０ではその平面を直線Ｌ２として示す）に対して対称に配置され、導波器５３，５４は、その平面に対して対称に配置される。

このように導波器５１〜５４を配置することにより、実施の形態１と同様にアンテナ１００Ａの指向性を無指向性としながら、その特性（利得等）を実施の形態１のアンテナ１００よりもさらに向上させることが可能になる。

さらに、導波器５１〜５４を交線Ｌの方向に沿って移動可能となるようにアンテナ１００Ａが構成されてもよい。このような構成を実現するための手段として、たとえば主表面１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂ上に導波器を交線Ｌの方向に沿って移動させることが可能な支持部材を用いてもよい。このようにアンテナ１００Ａを構成することによって、アンテナ１００Ａの主ビームの方向を変化させることが可能になる。

［実施の形態３］
実施の形態３のアンテナは垂直偏波だけでなく水平偏波も送信（または受信）することを可能にする。

図１１は、実施の形態３のアンテナ１００Ｂの主要部分の構成を示す概略図である。図１１を参照して、アンテナ１００Ｂは、主表面１Ａに形成される線状導体１５Ａ，１５Ｂと、主表面２Ａに形成される線状導体２５Ａ，２５Ｂをさらに備える点において図１に示すアンテナ１００と異なる。線状導体１５Ａ，１５Ｂは、主表面１Ａ上において、自身以外の導体パターン（線状導体１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ，１５Ａ，１５Ｂ、給電線路１０Ａ，１０Ｂ）のいずれとも接触しないように形成される。同様に、線状導体２５Ａ，２５Ｂは、主表面２Ａ上において、自身以外の導体パターン（線状導体２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ，２５Ａ，２５Ｂ、給電線路２０Ａ，２０Ｂ）のいずれとも接触しないように形成される。

さらに、アンテナ１００Ｂにおいて、給電線路１０Ａの一方端は線状導体１１Ａの給電部位である一方端に接触しているが、給電線路１０Ａの他方端は線状導体１２Ａと非接触である。

同様に、給電線路１０Ｂの一方端は線状導体１１Ｂの給電部位である一方端と接触し、給電線路１０Ｂの他方端は線状導体１２Ｂと非接触である。給電線路２０Ａの一方端は線状導体２１Ａの給電部位である一方端と接触し、給電線路２０Ａの他方端は線状導体２２Ａと非接触である。給電線路２０Ｂの一方端は線状導体２１Ｂの給電部位である一方端と接触し、給電線路２０Ｂの他方端は線状導体２２Ｂと非接触である。これらの点でもアンテナ１００Ｂは実施の形態１のアンテナ１００と異なる。

直線ＬＢは、交線Ｌを延長した直線である。直線ＬＢの方向が鉛直方向となるようにアンテナ１００Ｂが設置される。

実施の形態３において、主表面１Ａに形成されるアンテナ素子と主表面２Ａに形成されるアンテナ素子とは互いに同一の構成を有する。よって以下では代表的に主表面１Ａに形成されるアンテナ素子について説明する。

図１２は、誘電体基板１の主表面１Ａに形成されるアンテナ素子の構成をより詳細に説明する図である。図１２を参照して、主表面１Ａには、図１１にも示した線状導体１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ，１５Ａ，１５Ｂおよび給電線路１０Ａ，１０Ｂが形成されるだけでなく、スイッチＳＷ１〜ＳＷ６も設けられる。なお、実施の形態３の説明を分かりやすくするため、図１２には誘電体基板１に形成されるスリットは示されていない。

スイッチＳＷ１は、線状導体１１Ａの他方端と線状導体１５Ａの一方端との間に直列に接続され、スイッチＳＷ２は、線状導体１５Ａの他方端と線状導体１２Ａの他方端との間に直列に接続される。スイッチＳＷ１，ＳＷ２の両方がオンしている場合、線状導体１１Ａの他方端から線状導体１５Ａを介して線状導体１２Ａの他方端に高周波電力を伝送することができる。

同様に、スイッチＳＷ３は、線状導体１１Ｂの他方端と線状導体１５Ｂの一方端との間に直列に接続され、スイッチＳＷ４は、線状導体１５Ｂの他方端と線状導体１２Ｂの他方端との間に直列に接続される。スイッチＳＷ３，ＳＷ４の両方がオンしている場合、線状導体１１Ｂの他方端から線状導体１５Ｂを介して線状導体１２Ｂの他方端に高周波電力を伝送することができる。

スイッチＳＷ５は、線状導体１２Ａの給電部位となる一方端と線状導体１０Ａの他方端との間に直列に接続される。スイッチＳＷ５がオンしている場合、線状導体１２Ａの一方端から線状導体１０Ａの他方端に高周波電力を伝送することができる。

スイッチＳＷ６は、線状導体１２Ｂの給電部位となる一方端と線状導体１０Ｂの他方端との間に直列に接続される。スイッチＳＷ６がオンしている場合、線状導体１２Ｂの一方端から線状導体１０Ｂの他方端に高周波電力を伝送することができる。

スイッチＳＷ１〜ＳＷ６のオン／オフは制御回路６０により制御される。制御回路６０はたとえば主表面１Ａ上に設けられてもよいし、アンテナ１００Ｂの外部に設けられてもよい。

本実施の形態では制御回路６０は以下の２通りのスイッチ制御を行なう。第１の制御の場合、制御回路６０はスイッチＳＷ５，ＳＷ６をオンさせるとともにスイッチＳＷ１〜ＳＷ４をオフさせる。この場合、線状導体１２Ａの一方端がスイッチＳＷ５を介して給電線路１０Ａの他方端に電気的に接続されるとともに、線状導体１２Ｂの一方端がスイッチＳＷ６を介して給電線路１０Ｂの他方端に電気的に接続される。これにより実施の形態３のアンテナ１００Ｂは垂直偏波を送信（または受信）するアンテナとなる。

一方、第２の制御の場合、制御回路６０はスイッチＳＷ５，ＳＷ６をオフさせるとともにスイッチＳＷ１〜ＳＷ４をオンさせる。スイッチＳＷ５がオフすることにより給電線路１０Ａの他方端および線状導体１２Ａの一方端が電気的に開放される。さらにスイッチＳＷ１，ＳＷ２がオンすることにより線状導体１５Ａが線状導体１１Ａ，１２Ａに電気的に接続される。すなわち第２の制御の場合には、給電線路１０Ａ、線状導体１１Ａ，１５Ａ，１２Ａにより構成されるアンテナはループアンテナと等価である。同様に、給電線路１０Ｂ、線状導体１１Ｂ，１５Ｂ，１２Ｂにより構成されるアンテナもループアンテナと等価である。すなわち、第２の制御の場合には、主表面１Ａ上に双ループアンテナが形成される。各ループアンテナは水平偏波を送信または受信可能である。

すなわち、スイッチＳＷ５，ＳＷ６は本発明のアンテナにおける第１の切換回路を構成し、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は本発明のアンテナにおける第２の切換回路を構成する。

なお、本実施の形態において、第１の切換回路は、線状導体１２Ａの一方端と給電線路１０Ａの他方端とを電気的に接続するとともに線状導体１２Ｂの一方端と給電線路１０Ｂの他方端とを電気的に接続する第１の状態と、給電線路１０Ａの他方端および線状導体１２Ａの一方端が電気的に開放されるとともに線状導体１２Ｂの一方端と給電線路１０Ｂの他方端とが電気的に開放される第２の状態とを切換えることが可能であればよい。また、本実施の形態において、第２の切換回路は、第１の切換回路が第１の状態にあるときに線状導体１５Ａの両端および線状導体１５Ｂの両端を電気的に開放し、第１の切換回路が第２の状態にあるときに線状導体１５Ａの両端を線状導体１１Ａ，１２Ａにそれぞれ電気的に接続させるとともに線状導体１５Ｂの両端を線状導体１１Ｂ，１２Ｂにそれぞれ電気的に接続させることが可能であればよい。

よって、切換回路はスイッチにより構成されるものと限定されるものではなく、たとえばスイッチＳＷ１〜ＳＷ６の各々に代えてＰＩＮダイオードを用いることもできる。また、切換回路をスイッチで構成する場合にもスイッチの種類は特に限定されず、たとえば半導体スイッチを用いることもできる。この場合、半導体スイッチとしては、たとえばバイポーラトランジスタを用いてもよいし電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いてもよい。

このように実施の形態３によれば送信（または受信）の対象となる電波を垂直偏波と水平偏波とのいずれか一方に選択することができたり、両者を切換えたりすることができる。これによりアンテナの用途を広げることが可能になる。

なお、主表面１Ａ，２Ａのみならず主表面１Ｂ，２Ｂにも主表面１Ａ，２Ａにそれぞれ図１２に示すアンテナ素子が形成されていてもよい。

また、本実施の形態ではアンテナの使用周波数帯をＵＨＦ帯であるとした。しかし本発明のアンテナの使用周波数帯に応じてダイポールアンテナに含まれる線状素子の長さは設定される。すなわち、本発明のアンテナはＵＨＦ帯の電波を送信（または受信）するものと限定されるものではなく、ＵＨＦ帯以外の周波数帯の電波を送信（または受信）するアンテナにも適用可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

実施の形態１のアンテナ１００を示す斜視図である。図１に示すアンテナ１００の反対側を示す斜視図である。図１および２に示すアンテナ１００を分解して示す図である。本実施の形態のアンテナ１００の利得の周波数特性を示す図である。アンテナ１００のＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。アンテナ１００のＨ面（磁界面）での指向性を示す図である。アンテナ１００のＥ面（電界面）での指向性を示す図である。アンテナ１００を屋外に設置する場合の形態を模式的に説明する図である。誘電体基板１の主表面１Ａに垂直な方向から実施の形態２のアンテナ１００Ａを見た状態を示す図である。図９に示す直線ＬＡの方向に沿ってアンテナ１００Ａの上方からアンテナ１００Ａを見た状態を示す図である。実施の形態３のアンテナ１００Ｂの主要部分の構成を示す概略図である。誘電体基板１の主表面１Ａに形成されるアンテナ素子の構成をより詳細に説明する図である。

符号の説明

１，２誘電体基板、１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂ主表面、１０Ａ〜１０Ｄ，２０Ａ〜２０Ｄ給電線路、１１〜１４，２１〜２４ダイポールアンテナ、１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ，１３Ａ，１３Ｂ，１４Ａ，１４Ｂ，１５Ａ，１５Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ，２４Ａ，２４Ｂ，２５Ａ，２５Ｂ線状導体、１６Ａ〜１６Ｃ，１７Ａ〜１７Ｃ，２６Ａ〜２６Ｃ，２７Ａ〜２７Ｃ領域、１８Ａ，１８Ｂ，２８Ａ，２８Ｂ接地パターン、１９領域、３０，３５同軸ケーブル、３１，３６内部導体、３２，３７外部導体、３３被覆、４０出力端子、４１，４２スリット、４５，４６レードーム、５１〜５４導波器、５５〜５８固定部材、６０制御回路、１００，１００Ａ，１００Ｂアンテナ、Ｌ交線、Ｌ１，Ｌ２，ＬＡ，ＬＢ直線、ＳＷ１〜ＳＷ６スイッチ。

Claims

第１および第２の主表面をそれぞれ有し、かつ、前記第１および第２の主表面が互いに直交するように組み合わされた第１および第２の誘電体基板と、
前記第１および第２の主表面の各々において、前記第１および第２の主表面の交線を挟むように形成される第１および第２のダイポールアンテナとを備え、
前記第１のダイポールアンテナは、
前記第１および第２の主表面の各々において、前記交線の方向に沿って延びるように形成される第１および第２の線状導体を含み、
前記第２のダイポールアンテナは、
前記第１および第２の主表面の各々において、前記交線の方向に沿って延びるよう形成され、かつ、前記交線に対して前記第１および第２の線状導体にそれぞれ対称である第３および第４の線状導体を含み、
前記第１の誘電体基板は、前記第１の主表面と反対側に位置する第３の主表面をさらに有し、
前記第２の誘電体基板は、前記第２の主表面と反対側に位置する第４の主表面をさらに有し、
前記アンテナは、
前記第３および第４の主表面の各々に形成され、かつ、前記第３および第４の主表面の各々における前記第１のダイポールアンテナの投影像に重なる第３のダイポールアンテナと、
前記第３および第４の主表面の各々に形成され、かつ、前記第３および第４の主表面の各々における前記第２のダイポールアンテナの投影像に重なる第４のダイポールアンテナとをさらに備える、アンテナ。
前記アンテナは、
前記第１および第２の主表面の各々に形成され、前記第１の線状導体と前記第３の線状導体とを電気的に接続する第１の給電線路と、
前記第１および第２の主表面の各々に形成され、前記第２の線状導体と前記第４の線状導体とを電気的に接続する第２の給電線路と、
前記第１の給電線路に電気的に接続される内部導体と、前記内部導体を囲むように設けられ、かつ、第２の給電線路に電気的に接続される外部導体と、絶縁物により形成され、かつ、前記外部導体を覆う被覆とを含む同軸線路とをさらに備える、請求項１に記載のアンテナ。
前記アンテナは、
前記第１および第２の主表面に対向するように配置される第１の導波器と、
前記第２および第３の主表面に対向するように配置される第２の導波器と、
前記第３および第４の主表面に対向するように配置される第３の導波器と、
前記第４および第１の主表面に対向するように配置される第４の導波器とをさらに備える、請求項１に記載のアンテナ。
前記アンテナは、
前記第１および第２の主表面の各々において、前記第１の線状導体の給電部位である前記第１の線状導体の一方端に接触し、かつ、前記第３の線状導体の給電部位である前記第３の線状導体の一方端に非接触となるように形成される第５の線状導体と、
前記第１および第２の主表面の各々において、前記第２の線状導体の給電部位である前記第２の線状導体の一方端に接触し、かつ、前記第４の線状導体の給電部位である前記第４の線状導体の一方端に非接触となるように形成される第６の線状導体と、
前記第１および第２の主表面の各々において、前記第１から第６の線状導体のいずれとも非接触となるように形成される第７の線状導体と、
前記第１および第２の主表面の各々において、前記第１から第７の線状導体のいずれとも非接触となるように形成される第８の線状導体と、
前記第３の線状導体の一方端を前記第５の線状導体に電気的に接続するとともに、前記第４の線状導体の一方端を第６の線状導体に電気的に接続する第１の状態と、前記第３の線状導体の一方端および前記第４の線状導体の一方端を電気的に開放する第２の状態とを切換える第１の切換回路と、
前記第１の切換回路が前記第１の状態であるときに、前記第７の線状導体の２つの端部および前記第８の線状導体の２つの端部を電気的に開放し、前記第１の切換回路が前記第２の状態であるときに、前記第７の線状導体の２つの端部を前記第１の線状導体の他方端および前記第３の線状導体の他方端にそれぞれ接続するとともに、前記第８の線状導体の２つの端部を前記第２の線状導体の他方端および前記第４の線状導体の他方端にそれぞれ接続する第２の切換回路とをさらに備える、請求項１に記載のアンテナ。