JP6634237B2 - 多周波アンテナ装置 - Google Patents

Description

この発明は、対数周期型アンテナを使用した多周波アンテナ装置に関する。

例えば、トンネル内の壁面に取り付けられるアンテナ装置としては、相反する２方向に指向性を持つ八木式アンテナ装置が知られている。この種のアンテナ装置を用いると、トンネルの長手方向に電波を効率良く放射することができる。

ところで、携帯電話通信システムは利用者の需要の拡大やさらなる通信品質向上のために広帯域にわたる多周波化が進められており、使用するアンテナ装置にも広帯域な特性が求められている。このような広帯域な特性を持つ指向性アンテナ装置としては、対数周期型アンテナ（ログペリアンテナとも呼ばれる）を使用したアンテナ装置が知られている。対数周期型アンテナは、例えば基板の両面に、素子長が対数周期的に順次長くなるように設計された複数のダイポール素子を配置したもので、アンテナ装置はこのような対数周期型アンテナを２個使用する。そして、この２個の対数周期型アンテナを反射板に対し一定の距離を隔て、かつ素子長の短い側が互いに向き合う状態で逆向きに対向配置し、かつ各アンテナの素子長が最も短い素子が配置された側に給電を行うように構成される。このような対数周期型アンテナを使用したアンテナ装置によれば、対数周期型アンテナを構成する各素子がそれぞれ異なる周波数に共振することで、アンテナ装置全体として多周波に渡り広帯域な特性を実現することができる（例えば特許文献１を参照）。

特開２００６−２２９３３７号公報

ところが、対数周期型アンテナを使用したアンテナ装置は、周波数ごとの指向性が反射板と各素子との距離に依存する。このため、２個の対数周期型アンテナを素子長が短い側が互いに向き合う状態で逆向きに対向配置し、かつ反射板に対し一定距離を隔てて平行する状態に配置した構成では、周波数により指向性が乱れることから、周波数ごとに指向性を調整することが難しい。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、周波数ごとの指向性の調整を大掛かりな対策を講じることなく簡単に行えるようにする対数周期型アンテナを使用した多周波アンテナ装置を提供することにある。

上記目的を達成するためにこの発明の第１の態様は、素子長が対数周期的に順次長くなるように設定された複数の素子を誘電体基板の両面に配列した第１および第２の対数周期型アンテナを、前記複数の素子の配列方向が互いに逆向きとなるように配置したアンテナユニットと、前記第１および第２の対数周期型アンテナに対し高周波信号を給電する給電回路と、前記第１および第２の対数周期型アンテナに対し離間して配置される反射板とを具備する多周波アンテナ装置にあって、前記第１および第２の対数周期型アンテナを、その複数の素子の素子長が長くなるに従い当該複数の素子と前記反射板との間隔が大きくなるように前記反射板に対し傾斜する状態に配置し、かつ前記複数の素子と前記反射板との間隔を、当該複数の素子の共振周波数の波長に換算した場合に予め設定した範囲内で一定となるように設定したものである。

この発明の第２の態様は、前記反射板上の、前記第１および第２の対数周期型アンテナの前記複数の素子の配列方向と直交する方向に補助反射板を、さらに立設するようにしたものである。

この発明の第３の態様は、前記第１および第２の対数周期型アンテナの複数の素子の配列方向の延長上に、それぞれ無給電素子からなる一対の導波器を、さらに配置するようにしたものである。

この発明の第４の態様は、前記第１および第２の対数周期型アンテナの前記複数の素子のうち、指向性の調整対象となる周波数に共振する素子と隣接する位置に、前記複数の素子の対数周期と異なる素子長を有するマッチング素子を、さらに配置するようにしたものである。

この発明の第１の態様によれば、対数周期型アンテナごとにその各素子と反射板との間隔、すなわち反射板に対する各対数周期型アンテナの傾斜角を調整するだけで、各周波数の指向性を最適な状態に調整することが可能となる。

この発明の第２の態様によれば、反射板上の第１および第２の対数周期型アンテナの素子の配列方向と直交する方向に補助反射板を立設したことで、反射板自体を大型化することなく反射板の有効面積を増加させることが可能となり、これにより多周波アンテナ装置の小型化を維持しつつ第１および第２の対数周期型アンテナの指向性をさらに向上させることができる。

この発明の第３の態様によれば、第１および第２の対数周期型アンテナの素子の配列方向の延長上に無給電素子からなる導波器をそれぞれ配置したことで、多周波アンテナ装置の小型化を維持した上で、使用周波数帯の内の特定の周波数帯に対して指向性を制御することが可能となり、これにより対数周期型アンテナの素子の配列方向における指向性を所望の状態に調整することができる。

この発明の第４の態様によれば、第１および第２の対数周期型アンテナの各素子のうち指向性の調整対象となる周波数に共振する素子と隣接する位置に、対数周期と異なる素子長を有するマッチング素子を配置することで、大掛かりなマッチング回路を別途設けることなく電圧定在波比（Voltage Standing Wave Ratio：ＶＳＷＲ）を制御することができ、これにより広帯域性を向上させることができる。

すなわちこの発明によれば、周波数ごとの指向性の調整を大掛かりな対策を講じることなく簡単に行えるようにした対数周期型アンテナを使用した多周波アンテナ装置を提供することができる。

この発明の第１の実施形態に係る多周波アンテナ装置の構成の概要を示す斜視図。 図１に示した多周波アンテナ装置の具体的な構造を示すもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）は長辺側から見た側面図、（ｃ）は短辺側から見た側面図。 図１に示した対数周期型アンテナにおける素子の配列パターンの一例を示す図。 図１に示した多周波アンテナ装置において、対数周期型アンテナを反射板に対し傾斜させ、かつ補助反射板および導波器を設置しなかった場合のアンテナ動作を示す図。 対数周期型アンテナを反射板に対し傾斜させて配置した場合の対数周期型アンテナと反射板との間隔を示す図。 対数周期型アンテナと反射板との間隔を一定にした場合を示す図。 図４に示した条件で得られる７５０MHzにおけるＥ面およびＨ面それぞれの指向性の一例を示す図。 図４に示した条件で得られる９５０MHzにおけるＥ面およびＨ面それぞれの指向性の一例を示す図。 対数周期型アンテナを反射板に対し１５０mmの間隔を隔てて平行に配置した場合の７５０MHzにおけるＥ面およびＨ面それぞれの指向性の一例を示す図。 対数周期型アンテナを反射板に対し１５０mmの間隔を隔てて平行に配置した場合の９５０MHzにおけるＥ面およびＨ面それぞれの指向性の一例を示す図。 対数周期型アンテナを反射板に対し１２０mmの間隔を隔てて平行に配置した場合の７５０MHzにおけるＥ面およびＨ面それぞれの指向性の一例を示す図。 対数周期型アンテナを反射板に対し１２０mmの間隔を隔てて平行に配置した場合の９５０MHzにおけるＥ面およびＨ面それぞれの指向性の一例を示す図。 図７乃至図１２に示したＥ面およびＨ面それぞれの指向性の半値幅の計測値とその判定結果を一覧表示した図。 図１に示した多周波アンテナ装置において、対数周期型アンテナを反射板に対し傾斜させ、かつ補助反射板を設置し導波器を設置しなかった場合のアンテナ動作を示す図。 図１４に示した条件で得られるＥ面およびＨ面それぞれの指向性を示すもので、（ａ）は７５０MHzのときの指向性を、（ｂ）は９５０MHzのときの指向性をそれぞれ示す図。 図１に示した多周波アンテナ装置において、対数周期型アンテナを反射板に対し傾斜させ、かつ補助反射板および導波器を設置した場合のアンテナ動作を示す図。 図１６に示した条件で得られるＥ面およびＨ面それぞれの指向性を示すもので、（ａ）は７５０MHzのときの指向性を、（ｂ）は９５０MHzのときの指向性をそれぞれ示す図。 図３に示したようにマッチング素子を配置した場合のＶＳＷＲ特性を示す図。 マッチング素子を配置しない場合のＶＳＷＲ特性を示す図。 この発明の第２の実施形態に係る多周波アンテナ装置の構成を示す斜視図。 図２０に示した多周波アンテナ装置の構成を別の角度から見たときの斜視図。 図２０に示した多周波アンテナ装置で使用される４分配用の電力分配器の構成を示す図。 従来の４分配用の電力分配器の構成を示す図。 図２２に示した４分配用の電力分配器によるＶＳＷＲ特性を示す図。 図２２に示した４分配用の電力分配器によるアイソレーションの性能を示す通過特性を示す図。 図２２に示した４分配用の電力分配器による位相特性を示す図。

以下、図面を参照してこの発明に係わる実施形態を説明する。
［第１の実施形態］
この発明の第１の実施形態に係る多周波アンテナ装置は、トンネル内を走行中の新幹線などの鉄道車両との間で携帯電話通信用の無線高周波を送受信するもので、トンネル内の壁面に固定され、トンネルの長手方向、つまり鉄道車両の走行方向に対応する２方向に指向性を持つように構成される。多周波アンテナ装置は、LowBand用とHighBand用の２種類が用意され、LowBand用の装置は７００、８００、９００MHzをカバーする。一方HighBand用の装置は１．５、１．７、２．１GHzをカバーする。なお、本実施形態ではLowBand用の装置を例にとって説明する。

図１は、この発明の第１の実施形態に係る多周波アンテナ装置の構成の概要を示す斜視図である。この多周波アンテナ装置は、接地された導電材料からなる反射板１と、当該反射板１に対し離間して配置される第１及び第２の対数周期型アンテナ２ａ，２ｂと、上記反射板１上に立設される一対の補助反射板３ａ，３ｂと、上記第１及び第２の対数周期型アンテナ２ａ，２ｂの遠端側に配置される一対の導波器４ａ，４ｂとを備える。この多周波アンテナ装置は、トンネル内の壁面５に図示しない架台により固定され、装置前面部には図示しない保護カバーが取り付けられる。

第１及び第２の対数周期型アンテナ２ａ，２ｂは、図３（ａ），（ｂ）に示すように、誘電体基板２１の表面および裏面に、素子長が対数周期的に順次長くなるように設計された複数の素子２２，２３の配列パターンを形成したもので、最も短い素子が配置される側の端部にはそれぞれ給電点６１，６２が設けられている。各配列パターンは、誘電体基板２１を挟んで互い違いに対向するように形成され、これにより素子２２、２３の各々がトンネルの長手方向に指向性を持つダイポール素子として動作するようになっている。

図２は、上記多周波アンテナ装置の具体的な構成を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は長辺側から見た側面図、（ｃ）は短辺側から見た側面図である。同図に示すように、第１及び第２の対数周期型アンテナ２ａ，２ｂは、最も長い素子が配置された側が向き合う状態で互いに逆向きとなるように配置される。そして、対数周期型アンテナ２ａ，２ｂの先端部に設けられた給電点６１，６２には、図示しない給電線路を介して高周波電力が供給される。なお、図中６は外部の無線ユニットに多周波アンテナ装置を接続するためのコネクタである。

また第１及び第２の対数周期型アンテナ２ａ，２ｂは、反射板１に対しハ型に傾斜する状態に配置される。すなわち、給電点６１，６２側の素子から素子長が長くなるに従い徐々に反射板１との間の距離が大きくなるように、誘電体基板２１全体に傾斜をつけて配置される。このとき、反射板１に対する誘電体基板２１の傾斜角および給電点６１，６２の距離は、各素子と反射板１との距離が各素子が共振する周波数の波長に換算した場合にほぼ一定となるように設定される。なお、上記した反射板１に対する対数周期型アンテナ２ａ，２ｂの傾斜角および給電点６１，６２の距離は、スペーサ５ａ，５ｂにより規定される。

また、上記対数周期型アンテナ２ａ，２ｂの素子配列方向と直交する方向、つまり対数周期型アンテナ２ａ，２ｂの短辺方向の両側には、一対の補助反射板３ａ，３ｂが配置されている。これらの補助反射板３ａ，３ｂは反射板１上にネジ止めにより立設される。補助反射板３ａ，３ｂの幅方向の長さは、指向性の調整対象となる低周波域に対応する素子に対向するように設定され、また高さ方向の寸法は対数周期型アンテナ２ａ，２ｂと反射板１との距離よりも短くなるように設定される。

さらに、上記対数周期型アンテナ２ａ，２ｂの長手方向の延長上には、一対の導波器４ａ，４ｂが配置されている。これらの導波器４ａ，４ｂは対数周期型アンテナ２ａ，２ｂの各先端部を支持するスペーサ５ａ，５ｂの外側面に取り付けられ、対数周期型アンテナ２ａ，２ｂに対し無給電素子として動作する。

またさらに、対数周期型アンテナ２ａ，２ｂにおいて、誘電体基板２１の裏面側に形成された素子２３の配列パターンには、素子長が最も長い素子と２番目に長い素子との間に、マッチング素子２４が形成されている。このマッチング素子２４の素子長は、素子２３の対数周期と異なる長さに設定される。

以上のように構成された多周波アンテナ装置によれば、以下のような作用効果が奏せられる。
（１）第１及び第２の対数周期型アンテナ２ａ，２ｂは、給電点６１，６２側の素子から素子長が長くなるに従い徐々に反射板１との間の距離が大きくなるように、誘電体基板２１全体を傾斜させて配置される。このとき、反射板１に対する誘電体基板２１の傾斜角および給電点６１，６２の距離は、各素子と反射板１との距離が各素子の共振周波数の波長に換算した場合にほぼ一定となるように設定される。この結果、いずれの周波数に対しても指向性の乱れを抑制して周波数ごとの指向性を容易に調整することが可能となる。

以上の効果を指向性の計測結果により例示する。いま図４に示すように電界面Ｅ（Ｅ面）および磁界面Ｈ（Ｈ面）における指向性をそれぞれ計測する。なお、電界面Ｅの指向性は磁界面Ｈ（Ｈ面）の最大放射方向において計測した。

先ず、図５に示すように反射板１に対し第１及び第２の対数周期型アンテナ２ａ，２ｂを傾斜させて配置し、素子長が最も長い素子と反射板１との間の距離をｈ１＝１５０mm、素子長が最も短い素子と反射板１との間の距離をｈ２＝１２０mmとしたとき、７５０MHzにおけるＥ面の指向性Ｅ１１およびＨ面の指向性Ｈ１１はそれぞれ図７（ａ），（ｂ）に示すようになる。そして、Ｅ面の指向性Ｅ１１に対し最大放射方向から−３dBの位置における指向性範囲はＥ１１′となり、その半値幅は８３．２°となる。同様に、Ｈ面の指向性Ｈ１１に対し最大放射方向から−３dBの位置における指向性範囲はＨ１１′となり、その半値幅は４４．７°となる。

また、同じ条件で９５０MHzにおけるＥ面の指向性Ｅ１２およびＨ面の指向性Ｈ１２を計測すると図８（ａ），（ｂ）に示すようになる。そして、Ｅ面の指向性Ｅ１２に対し最大放射方向から−３dBの位置における指向性範囲はＥ１２′の半値幅は６４．０°となり、またＨ面の指向性Ｈ１２に対し最大放射方向から−３dBの位置における指向性範囲はＨ１２′の半値幅は４９．０°となる。

すなわち、反射板１に対し第１及び第２の対数周期型アンテナ２ａ，２ｂを傾斜させて配置することで、７５０MHzに代表される比較的低い周波数帯に対しても、また９５０MHz以上の比較的高い周波数帯においても、Ｅ面およびＨ面のいずれにおいても良好な指向性を得ることができる。

ちなみに、図６に示すように反射板１に対し第１及び第２の対数周期型アンテナ２ａ，２ｂを平行に配置させ、その離間距離をｈ１，ｈ２＝１５０mmとしたとき、７５０MHzにおけるＥ面の指向性Ｅ１３およびＨ面の指向性Ｈ１３はそれぞれ図９（ａ），（ｂ）に示すようになる。そして、Ｅ面の指向性Ｅ１３に対し最大放射方向から−３dBの位置における指向性範囲はＥ１３′となり、その半値幅は８０．０°となる。同様に、Ｈ面の指向性Ｈ１３に対し最大放射方向から−３dBの位置における指向性範囲はＨ１３′となり、その半値幅は４１．２°となる。

また、同じ条件で９５０MHzにおけるＥ面の指向性Ｅ１４およびＨ面の指向性Ｈ１４を計測すると図１０（ａ），（ｂ）に示すようになる。そして、Ｅ面の指向性Ｅ１４に対し最大放射方向から−３dBの位置における指向性範囲はＥ１４′の半値幅は６６．７°となり、またＨ面の指向性Ｈ１４に対し最大放射方向から−３dBの位置における指向性範囲はＨ１４′の半値幅は５２．３°となる。

すなわち、第１及び第２の対数周期型アンテナ２ａ，２ｂと反射板１との距離をｈ１，ｈ２＝１５０mmとした場合、９５０MHzにおけるＥ面およびＨ面の指向性の半値幅がいずれも大きくなり過ぎる。

同様に、反射板１に対し第１及び第２の対数周期型アンテナ２ａ，２ｂを平行に配置させ、その離間距離をｈ１，ｈ２＝１２０mmとしたとき、７５０MHzにおけるＥ面の指向性Ｅ１５およびＨ面の指向性Ｈ１５はそれぞれ図１１（ａ），（ｂ）に示すようになる。そして、Ｅ面の指向性Ｅ１５に対し最大放射方向から−３dBの位置における指向性範囲はＥ１５′となり、その半値幅は８７．３°となる。同様に、Ｈ面の指向性Ｈ１５に対し最大放射方向から−３dBの位置における指向性範囲はＨ１５′となり、その半値幅は７９．５°となる。

また、同じ条件で９５０MHzにおけるＥ面の指向性Ｅ１６およびＨ面の指向性Ｈ１６を計測すると図１２（ａ），（ｂ）に示すようになる。そして、Ｅ面の指向性Ｅ１６に対し最大放射方向から−３dBの位置における指向性範囲はＥ１６′の半値幅は６０．０°となり、またＨ面の指向性Ｈ１６に対し最大放射方向から−３dBの位置における指向性範囲はＨ１６′の半値幅は４８．５°となる。

すなわち、第１及び第２の対数周期型アンテナ２ａ，２ｂと反射板１との距離をｈ１，ｈ２＝１２０mmとした場合、７５０MHzにおけるＥ面およびＨ面の指向性の半値幅がいずれも大きくなり過ぎる。
図１３は、上記図７乃至図１２に示した各指向性の半値幅に対する判定結果を一覧表示したものである。同図からも明らかなように、反射板１に対し第１及び第２の対数周期型アンテナ２ａ，２ｂを傾斜させて配置し、素子長が最も長い素子と反射板１との間の距離をｈ１＝１５０mm、素子長が最も短い素子と反射板１との間の距離をｈ２＝１２０mmとすることで、７５０MHzにおいても、また９５０MHzにおいても指向性を良好な状態に調整することができる。すなわち、反射板１に対する各対数周期型アンテナ２ａ，２ｂの傾斜角を調整するだけで、各周波数の指向性を最適な状態に調整することが可能となる。

（２）対数周期型アンテナ２ａ，２ｂの素子配列方向と直交する方向、つまり対数周期型アンテナ２ａ，２ｂの短辺方向の両側に、一対の補助反射板３ａ，３ｂが配置されている。このため、反射板１自体を大型化することなく反射板１の有効面積を増加させることが可能となり、これにより多周波アンテナ装置の小型化を維持しつつ第１および第２の対数周期型アンテナ２ａ，２ｂの指向性をさらに向上させることができる。この効果は、例えばトンネル内の壁面のように設置スペースが制限される場所に設置する場合に特に有効である。

いま、図１４に示すように電界面Ｅ（Ｅ面）および磁界面Ｈ（Ｈ面）における指向性をそれぞれ計測したとする。なお、電界面Ｅの指向性は磁界面Ｈ（Ｈ面）の最大放射方向において計測した。

図５に示したように反射板１に対し第１及び第２の対数周期型アンテナ２ａ，２ｂを傾斜させて配置し、かつ反射板１上の上記対数周期型アンテナ２ａ，２ｂの両側部に相当する位置に補助反射板３ａ，３ｂを立設するものとする。なお、上記対数周期型アンテナ２ａ，２ｂの傾斜角は、素子長が最も長い素子と反射板１との間の距離がｈ１＝１５０mm、素子長が最も短い素子と反射板１との間の距離がｈ２＝１２０mmとなるように設定している。

この条件下で、７５０MHzにおけるＥ面の指向性Ｅ２１およびＨ面の指向性Ｈ２１を計測すると、図１５（ａ）に示すようになる。そして、Ｅ面の指向性Ｅ２１に対し最大放射方向から−３dBの位置における指向性範囲はＥ２１′となり、その半値幅は４５．１°となる。同様に、Ｈ面の指向性Ｈ２１に対し最大放射方向から−３dBの位置における指向性範囲はＨ２１′となり、その半値幅は５７．４°となる。

また、同じ条件で９５０MHzにおけるＥ面の指向性Ｅ２２およびＨ面の指向性Ｈ２２を計測すると図１５（ｂ）に示すようになる。そして、Ｅ面の指向性Ｅ２２に対し最大放射方向から−３dBの位置における指向性範囲はＥ２２′の半値幅は６２．８°となり、またＨ面の指向性Ｈ２２に対し最大放射方向から−３dBの位置における指向性範囲はＨ２２′の半値幅は４９．２°となる。

すなわち、反射板１に対し第１及び第２の対数周期型アンテナ２ａ，２ｂを傾斜させて配置し、かつ補助反射板３ａ，３ｂを設けることで、特に７５０MHzに代表される比較的低い周波数帯において、Ｅ面およびＨ面のいずれに対しても指向性をさらに向上させることができる。

（３）対数周期型アンテナ２ａ，２ｂの長手方向の延長上には、一対の導波器４ａ，４ｂが配置される。これらの導波器４ａ，４ｂは、対数周期型アンテナ２ａ，２ｂに対し無給電素子として動作する。このため、反射板１のサイズを大型化することなく、対数周期型アンテナ２ａ，２ｂの素子配列方向における指向性をさらに高めることが可能となる。

いま、図１６に示すように電界面Ｅ（Ｅ面）および磁界面Ｈ（Ｈ面）における指向性をそれぞれ計測したとする。なお、電界面Ｅの指向性は磁界面Ｈ（Ｈ面）の最大放射方向において計測した。

反射板１に対し第１及び第２の対数周期型アンテナ２ａ，２ｂを傾斜させて配置し、かつ反射板１上の上記対数周期型アンテナ２ａ，２ｂの両側部に相当する位置に補助反射板３ａ，３ｂを立設すると共に、対数周期型アンテナ２ａ，２ｂの長手方向の延長上に一対の導波器４ａ，４ｂを配置するものとする。なお、上記対数周期型アンテナ２ａ，２ｂの傾斜角は、素子長が最も長い素子と反射板１との間の距離がｈ１＝１５０mm、素子長が最も短い素子と反射板１との間の距離がｈ２＝１２０mmとなるように設定する。

この条件下で、７５０MHzにおけるＥ面の指向性Ｅ３１およびＨ面の指向性Ｈ３１を計測すると、図１７（ａ）に示すようになる。そして、Ｅ面の指向性Ｅ３１に対し最大放射方向から−３dBの位置における指向性範囲はＥ３１′となり、その半値幅は４６．２°となる。同様に、Ｈ面の指向性Ｈ３１に対し最大放射方向から−３dBの位置における指向性範囲はＨ３１′となり、その半値幅は５６．２°となる。

また、同じ条件で９５０MHzにおけるＥ面の指向性Ｅ３２およびＨ面の指向性Ｈ３２を計測すると図１７（ｂ）に示すようになる。そして、Ｅ面の指向性Ｅ３２に対し最大放射方向から−３dBの位置における指向性範囲はＥ３２′の半値幅は４４．７°となり、またＨ面の指向性Ｈ３２に対し最大放射方向から−３dBの位置における指向性範囲はＨ３２′の半値幅は３７．６°となる。

すなわち、反射板１に対し第１及び第２の対数周期型アンテナ２ａ，２ｂを傾斜させて配置し、かつ対数周期型アンテナ２ａ，２ｂの両側に補助反射板３ａ，３ｂを配置すると共に、対数周期型アンテナ２ａ，２ｂの長手方向の延長上に導波器４ａ，４ｂを配置したことで、特に７５０MHzに代表される比較的低い周波数帯において、Ｅ面およびＨ面のいずれに対しても指向性をさらに向上させることができる。

（４）対数周期型アンテナ２ａ，２ｂの誘電体基板２１の裏面側に形成された素子２３の配列パターンにおいて、図３（ｂ）に示したように、素子長が最も長い素子と２番目に長い素子との間に、対数周期とは異なる素子長を有するマッチング素子２４を形成している。このマッチング素子２４は、それ自体でスタブとして動作し得るほか、隣接する対数周期素子と電磁的に結合してある種の装荷素子として動作する。すなわち、マッチング素子２４の特徴は、対数周期型アンテナの一方の極（基板の片面）にのみ設けられ、電気的な言い方をすれば、平衡回路中に非対称（不平衡）に設けられていることである。この結果、大掛かりなマッチング回路を別途設けることなくＶＳＷＲを制御することができ、これにより広帯域性を向上させることができる。

図１８は、本実施形態に係るアンテナ装置のＶＳＷＲ特性の計測結果の一例を示すもので、７５０MHz〜９５０ＭＨｚの広帯域に渡り良好な特性を得ることができる。ちなみに、図１９はマッチング素子２４を設けなかったときのＶＳＷＲ特性を示す。図１８および図１９から明らかなように、本実施形態によれば７５０MHz帯のＶＳＷＲ特性を改善することが可能となり、これにより７５０MHzから９５０MHzの広帯域に渡り良好なＶＳＷＲ特性を得ることができる。

［第２の実施形態］
この発明の第２の実施形態は、第１の実施形態で述べたように素子長が最も長い素子同士が向き合う状態で互いに逆向きに配置された一対の対数周期型アンテナを２対設け、これらの対数周期型アンテナの対を反射板に対し屋根状に傾けた状態で並行して配置したものである。

図２０はこの発明の第２の実施形態に係る多周波アンテナ装置の外観を正面方向から見た斜視図、図２１は側面方向から見た斜視図である。これらの図に示すように、第２の実施形態に係る多周波アンテナ装置は、素子長が最も長い素子同士が向き合う状態で互いに逆向きに配置された一対の対数周期型アンテナ２ａ，２ｂに加え、同様の構成を有する対数周期型アンテナ２ｃ，２ｄをもう一対備えている。対数周期型アンテナ２ａ，２ｂと対数周期型アンテナ２ｃ，２ｄは、素子の配列方向と直交する方向に並べて配置され、かつ並行する対数周期型アンテナ２ａと２ｃ、および対数周期型アンテナ２ｂと２ｄがそれぞれ屋根状に傾斜した状態で配置される。なお、図中８は多周波アンテナ装置をトンネル壁面に固定するための架台である。

このように構成された多周波アンテナ装置であれば、対数周期型アンテナ２ａ，２ｂと２ｃ，２ｄとが同方向に同相でスタックされることになり、指向性を良好に保持した上でアンテナ利得を高めることが可能となる。

また、反射板１上には上記対数周期型アンテナ２ａ，２ｂおよび２ｃ，２ｄに対し高周波電力を給電するための４分配用の電力分配器７が配置されている。この電力分配器７は、図２２に示すように誘電体基板の一方の面に接地パターンを形成すると共に、他方の面に導体線路パターンを形成している。この導体線路パターンは、図示しない無線ユニットに接続される入力端子Ｐ１から、線路幅が３段階に渡りＷ１，Ｗ２，Ｗ３と順次大きくなるように構成された階段状の導電線路を有し、各導電線路の線路長は１／４波長以下に設定されている。また線路幅が最も大きい導電線路（線路幅＝Ｗ３）の先端辺には４本の突起線路が形成され、これらの突起線路の先端部にはそれぞれ給電端子Ｐ２〜Ｐ５が設けられている。これらの給電端子Ｐ２〜Ｐ５は、図示しない同軸ケーブルまたはマイクロストリップ線路を介して、上記対数周期型アンテナ２ａ，２ｂおよび２ｃ，２ｄの給電端子に接続される。ちなみに、図２３は従来使用されている４分配用の電力分配器の一構成を示すもので、４分配された各線路は同一の線路幅に設定されている。

このように構成された４分配用の電力分配器７を用いると、線路幅が段階的に大きくなるように形成された導電線路の線路長Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３と線路幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を適宜調整することで、各対数周期型アンテナ２ａ，２ｂおよび２ｃ，２ｄに対する電力分配器７のインピーダンスを整合させ、かつ出力側の４本の突起線路の長さを変更することで、各対数周期型アンテナ２ａ，２ｂおよび２ｃ，２ｄの給電端子に供給する無線信号の位相を調整することが可能となる。

図２４、図２５および図２６はそれぞれ、図２２に示したように電力分配器７のサイズを縦が８８mm、横が５０mmとし、線路長をＬ１=２７mm、Ｌ２=１５mm、Ｌ３＝１６．２mmに設定すると共に、線路幅をＷ１＝７mm、Ｗ２＝１４mm、Ｗ３＝１８mmに設定した場合の、ＶＳＷＲ特性、アイソレーションの性能を示す通過特性、および位相特性を示したものである。

［その他の実施形態］
第１の実施形態では、対数周期型アンテナ２ａ，２ｂを反射板１に対し傾斜させ、かつ補助反射板３ａ，３ｂに加えて導波器４ａ，４ｂを設置した場合について説明したが、対数周期型アンテナ２ａ，２ｂを反射板１に対し傾斜させた状態で補助反射板３ａ，３ｂのみを設けた場合や、対数周期型アンテナ２ａ，２ｂを反射板に対し傾斜させた状態で導波器４ａ，４ｂのみを設けた場合も、本発明の範囲に含まれる。

第１の実施形態では、第１及び第２の対数周期型アンテナ２ａ，２ｂの両側部にそれぞれ１個の補助反射板３ａ，３ｂを配置した場合を例にとって説明したが、第１及び第２の対数周期型アンテナ２ａ，２ｂのそれぞれに対し独立して計４個の補助反射板を設置するようにしてもよい。その他、カバー対象の周波数帯や対数周期型アンテナ自体の構成、補助反射板、導波器、マッチング素子および電力分配器のサイズや形状、数などについても、この発明の要旨を逸脱しない範囲でどのように選択してもよい。

要するにこの発明は、上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１…反射板、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ…対数周期型アンテナ、３ａ，３ｂ…補助反射板、４ａ，４ｂ…導波器、５…トンネル壁面、６…コネクタ、７…電力分配器、８…架台、２１…誘電体基板、２２，２３…素子、２４…マッチング素子、６１，６２…給電点。

Claims (4)

1. 素子長が対数周期的に順次長くなるように設定された複数の素子を誘電体基板の両面に配列した第１および第２の対数周期型アンテナを、前記複数の素子の配列方向が素子長の最も長い側同士が向き合う状態で互いに逆向きとなるように配置したアンテナユニットと、
   前記第１および第２の対数周期型アンテナの素子長が最も短い側の端部に対し高周波信号を給電する給電回路と、
   前記第１および第２の対数周期型アンテナに対し離間して配置される反射板と
   を具備し、
   前記第１および第２の対数周期型アンテナは、その複数の素子の素子長が長くなるに従い当該複数の素子と前記反射板との間隔が大きくなるように前記反射板に対しハ型に傾斜する状態に配置され、かつ前記複数の素子と前記反射板との間隔が当該複数の素子の共振周波数の波長に換算した場合に予め設定した範囲内で一定となるように設定されることを特徴とする多周波アンテナ装置。
2. 素子長が対数周期的に順次長くなるように設定された複数の素子を誘電体基板の両面に配列した第１および第２の対数周期型アンテナを、前記複数の素子の配列方向が互いに逆向きとなるように配置したアンテナユニットと、
   前記第１および第２の対数周期型アンテナに対し高周波信号を給電する給電回路と、
   前記第１および第２の対数周期型アンテナに対し離間して配置される反射板と、
   前記反射板上の、前記第１および第２の対数周期型アンテナの前記複数の素子の配列方向と直交する方向に立設された補助反射板と
   を具備し、
   前記第１および第２の対数周期型アンテナは、その複数の素子の素子長が長くなるに従い当該複数の素子と前記反射板との間隔が大きくなるように前記反射板に対し傾斜する状態に配置され、かつ前記複数の素子と前記反射板との間隔が当該複数の素子の共振周波数の波長に換算した場合に予め設定した範囲内で一定となるように設定されることを特徴とする多周波アンテナ装置。
3. 素子長が対数周期的に順次長くなるように設定された複数の素子を誘電体基板の両面に配列した第１および第２の対数周期型アンテナを、前記複数の素子の配列方向が互いに逆向きとなるように配置したアンテナユニットと、
   前記第１および第２の対数周期型アンテナに対し高周波信号を給電する給電回路と、
   前記第１および第２の対数周期型アンテナに対し離間して配置される反射板と、
   前記第１および第２の対数周期型アンテナの前記複数の素子の配列方向の延長上にそれぞれ配置される、無給電素子からなる導波器と
   を具備し、
   前記第１および第２の対数周期型アンテナは、その複数の素子の素子長が長くなるに従い当該複数の素子と前記反射板との間隔が大きくなるように前記反射板に対し傾斜する状態に配置され、かつ前記複数の素子と前記反射板との間隔が当該複数の素子の共振周波数の波長に換算した場合に予め設定した範囲内で一定となるように設定されることを特徴とする多周波アンテナ装置。
4. 素子長が対数周期的に順次長くなるように設定された複数の素子を誘電体基板の両面に配列した第１および第２の対数周期型アンテナを、前記複数の素子の配列方向が互いに逆向きとなるように配置したアンテナユニットと、
   前記第１および第２の対数周期型アンテナに対し高周波信号を給電する給電回路と、
   前記第１および第２の対数周期型アンテナに対し離間して配置される反射板と、
   前記第１および第２の対数周期型アンテナの前記複数の素子のうち、指向性の調整対象となる周波数に共振する素子と隣接する位置に配置される、前記複数の素子の対数周期と異なる素子長を有するマッチング素子と
   を具備し、
   前記第１および第２の対数周期型アンテナは、その複数の素子の素子長が長くなるに従い当該複数の素子と前記反射板との間隔が大きくなるように前記反射板に対し傾斜する状態に配置され、かつ前記複数の素子と前記反射板との間隔が当該複数の素子の共振周波数の波長に換算した場合に予め設定した範囲内で一定となるように設定されることを特徴とする多周波アンテナ装置。