アンテナ装置

【課題】アンテナ形状を小型化し、且つ指向性、広帯域性を維持することができるアンテナ装置を提供すること。
【解決手段】アンテナ装置は、所定の平面上で、上下対称及び左右対称に配置された４個の折返しダイポールアンテナと、所定の平面と水平で、４個の折返しダイポールアンテナの配置の外側寸法よりも大きな平板状の反射板と、反射板の前面中央に沿って反射板とは別体に設けられ、放射素子のそれぞれに給電部からの給電信号を供給する給電線路とを具備し、折返しダイポールアンテナのそれぞれは、ダイポールアンテナ様の１対の素子と、１対の素子の両端を直線状につなぐ略λ／２（λは使用周波数における波長）長の折返し素子を備え、折返し素子は、溝状の断面を押し出た形状をなし、該溝の底の外側において１対の素子と対向し、溝の幅は、１対の素子の幅よりも広く形成され、反射板からの折返し素子の最大距離が、０．１λ以下である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、通信用基地局や放送用送信等に使用するアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種通信用基地局では、特定の水平方向領域に対して通信サービスを行うセクタアンテナが使用されている。セクタアンテナでは、アンテナ素子（放射素子）と金属反射板を用いた基本構造により、特定方向への指向性を強めている。
図１６は、従来例１のアンテナ装置の構成を示す図である。ダイポール素子を２段スタックにして構成する場合、半値幅１２０°の指向性を得るには、一例として、反射板の幅Ａを約０．６２λ、長さＢを約２．４８λとし、その反射板上の高さＨ：０．２５〜０．３０λにダイポールアンテナを設ける。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７５６７２１１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記従来技術によれば、ＶＨＦ（very high frequency）帯等ではアンテナ形状が大きくなり、設置、外観等が問題となっている。すなわち、支柱がアンテナの重量や風圧に耐えらない、物理的に干渉して設置できない、等の支障が生じる。
【０００５】
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、アンテナ形状を小型化し、且つ指向性、広帯域性を維持することができるアンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するためにこの発明の第１の態様は、所定の平面上で、上下対称及び左右対称に配置された４個の折返しダイポールアンテナと、前記所定の平面と水平で、前記４個の折返しダイポールアンテナの配置の外側寸法よりも大きな平板状の反射板と、前記反射板の前面中央に沿って前記反射板とは別体に設けられ、前記放射素子のそれぞれに給電部からの給電信号を供給する給電線路とを具備し、前記折返しダイポールアンテナのそれぞれは、ダイポールアンテナ様の１対の給電側素子と、前記１対の給電側素子の両端を直線状につなぐ略λ／２（λは使用周波数における波長）長の折返し素子を備え、前記折返し素子は、溝状の断面を押し出た形状をなし、該溝の底の外側において前記１対の給電側素子と対向し、前記溝の幅は、前記１対の給電側素子の幅よりも広く形成され、前記反射板からの前記折返し素子の最大距離が、０．１λ以下であることを特徴とするアンテナ装置である。
【０００７】
また、この発明の第２の態様は、上記第１の態様において、前記給電線路の少なくとも一部は、不平衡線路で構成され、該不平衡線路のアース側と前記反射板との間に複数の金属製のスペーサを有し、前記反射板は、長方形であり、該長方形の長辺において後方へ折り返された折曲部を有し、該折曲部の一部は着脱可能に構成されるものである。
【０００８】
また、この発明の第３の態様は、上記第２の態様において、前記反射板の前面に、該反射板と共働して、前記４個の折返しダイポールアンテナと前記給電線路とを収納するカバーを更に有し、該カバーは、底辺が反射板に対応し、鈍角が外側素子の端部付近に位置するような台形様の断面を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
すなわちこの発明によれば、アンテナ形状を小型化し、且つ指向性、広帯域性を維持することができるアンテナ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１に係るアンテナ装置の構成を示す三面図。
【図２】図１のアンテナ装置の斜視図。
【図３】図１のアンテナ装置の放射素子１２−２の斜視図。
【図４】図１のアンテナ装置のＶＳＷＲ特性を示す図。
【図５】図１のアンテナ装置の垂直面指向性を示す図。
【図６】図１のアンテナ装置の水平面指向性を示す図。
【図７】図１のアンテナ装置のインピーダンス特性を示す図。
【図８】実施例２に係るアンテナ装置の３面図
【図９】図８のアンテナ装置の給電線路１７の３面図
【図１０】本発明に係る実施例３のアンテナ装置の構成を示す図。
【図１１】実施例３のアンテナ装置のＶＳＷＲ特性を示す図。
【図１２】実施例３のアンテナ装置の垂直面指向性を示す図。
【図１３】実施例３のアンテナ装置の水平面指向性を示す図。
【図１４】実施例３のアンテナ装置のインピーダンス特性を示す図。
【図１５】本発明に係る実施例４のアンテナ装置の構成を示す図。
【図１６】従来例１のアンテナ装置の構成を示す図。
【図１７】従来例１のアンテナ装置のＶＳＷＲ特性を示す図。
【図１８】従来例１のアンテナ装置の垂直面指向性を示す図。
【図１９】従来例１のアンテナ装置の水平面指向性を示す図。
【図２０】従来例１のアンテナ装置のインピーダンス特性を示す図。
【図２１】従来例２のアンテナ装置の構成を示す図。
【図２２】従来例２のアンテナ装置のＶＳＷＲ特性を示す図。
【図２３】従来例２のアンテナ装置の垂直面指向性を示す図。
【図２４】従来例２のアンテナ装置の水平面指向性を示す図。
【図２５】従来例２のアンテナ装置のインピーダンス特性を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の実施例１に係るアンテナ装置の構成を示す三面図、図２はその斜視図である。図１や図２において、アンテナ装置１０は、左右両側に折返部（副反射板）１１ａを有する長方形の反射板１１と、反射板１１の略中央に設けられた給電部１３と、反射板１１の前面に、給電部１３を中心に上下左右対称に配置された４個の放射素子１２−１〜１２−４（以下、放射素子１２と総称する。）と、反射板１１の前面中央に沿って設けられ、放射素子１２のそれぞれに給電部１３からの給電信号を供給する給電線路１４、１６とを備える。本例のアンテナ装置１０は、垂直偏波で使用することを想定しており、取付け用の支柱も図示してある。
【００１３】
図３は、放射素子１２−２の拡大斜視図である。上記放射素子１２のそれぞれは、折返しダイポール（folded dipole）アンテナであり、ダイポールアンテナに相当する２つの内側素子（給電側素子）１２ａと、２つの内側素子の両端を直線的に接続する外側素子（折返し素子）１２ｂとを備える。折返しダイポールは通常のダイポールアンテナと同じ指向性（利得）でありながら、インピーダンスが高く、寸法によりにより特性を変えられる利点がある。
【００１４】
外側素子１２ｂは、長さｄの押し出し形状のアルミ製部品であり、その断面は、幅ｃ、深さｅのチャネル状（溝状、コの字状）になっている。２つの内側素子１２ａは、外側素子１２ｂの両端のチャネル底部中央の位置で外側素子１２ｂと接合し、外側素子１２ｂのチャネル外側の面に沿って間隔ｂを保って外側素子１２ｂの中央付近まで直線的に伸びる、幅ａの平板状のアルミ製部品である。本例において、ｃ＞ａ、すなわち外側素子１２ｂは内側素子１２ａより幅広に形成される。対向する外側素子１２ｂの底部と内側素子１２ａのそれぞれの面は略平行である。外側素子１２ｂの中央付近で対向する２つの内側素子１２ａの端部が、この放射素子１２の給電点となる。
【００１５】
放射素子１２−１と１２−２は、間隔ｆでもって、それぞれの外側素子１２ｂが互いに外側を向き（すなわち相手と反対を向き）、かつ面対称（鏡映対称）となるように配置される。
給電線路１６は、同一面上に並設される２つの真鍮製の平板で構成され、放射素子１２のインピーダンスに近い特性インピーダンスを有する給電線路であり、放射素子１２−１と１２−２のそれぞれの給電点を、放射素子１２−１と１２−２の間の中央（鏡映面）まで引き出す。なお、アルミ製の内側素子１２ａと真鍮製の給電線路１６とは、亜鉛のめっきまたは板を介して接続し、電蝕を防止する。
【００１６】
図１及び２に戻り、放射素子１２−１、１２−２と給電線路１６とがなす概観がＨ型であるため、これらをＨ型折返しアンテナと呼ぶことにする。放射素子１２−３、１２−４も同様にＨ型折返しアンテナを構成する。この２つのＨ型折返しアンテナは、前述の放射素子１２−１と１２−２との鏡映面と垂直な面において面対称となるようスタックされ、その結果、放射素子１２−１〜１２−４は同一面上に並ぶことになる。反射板１１は、その同一面と平行に設けられ、反射板１１の中心は、放射素子１２−１〜１２−４の配列の中心と略等しい。
【００１７】
反射板１１の幅（短辺の長さ）Ａは、放射素子１２−１と１２−２との間隔（Ｈ型折返しアンテナの幅）ｆよりも広く、長さＢは、スタック間隔Ｃと放射素子長ｄの和よりも長い。すなわち反射板１１は、放射素子１２−１〜１２−４の配列の外形寸法（外側寸法）よりも大きい。また反射板１１の長辺には、放射素子１２が設けられる面とは反対側（すなわちアンテナ装置の放射指向における後方）へ折り返された折返し部１１ａが設けられる。折り返しの角度は任意であるが、本例では９０度である。折返し部１１ａは、反射板１１同様に後方への放射（回り込み）を抑えるように働く。反射板１１の幅（短辺の長さ）Ａと折返し部１１ａの長さＤは、調整可能であり、用途に応じて交換可能な部材により、幅Ａや長さＤを継ぎ足しても良い。
【００１８】
給電線路１４は、真鍮製の伝送導体１４−ａとストリップ線路アース板１４−ｂとで構成されるマイクロストリップ線路であり、その両端が、２つのＨ型折返しアンテナのそれぞれの給電線路１６の中央と接続され、その略中央部が、給電部１３に接続される。これにより給電部１３からの電力は、給電線路１４の中央で２分され、更に給電線路１６の中央と接続される際にそれぞれ２分され、各放射素子１２に供給される。
【００１９】
給電線路１４は、ストリップ線路アース板１４−ｂ側が反射板１１に向かい合うように設けられ、ストリップ線路アース板１４−ｂは、その両端部において反射板１１と４個の真鍮製のスペーサ１５により支持され、電気的にも接続される。伝送導体１４−ａは、各所においてストリップ線路アース板１４−ｂから絶縁性スペーサ（不図示）を介して支えられる。図１及び図２では、Ｈ型折返しアンテナは、この給電線路１４の端部でのみ支えられているが、反射板１１から複数の絶縁性スペーサにより直接支えるようにしても良い。また給電線路１４は、トリプレート線路等の各種の不平衡線路と置換できる。
【００２０】
ここで、アンテナ装置１０の具体的な寸法例は、次のように表される。アンテナ装置１０の通信周波数帯における中心周波数ｆｃの波長をλｃと表した場合、反射板１１の横幅Ａは０．３λｃ、反射板１１の長さＢは１．２３λｃ、スタック間隔（２つのＨ型折返しアンテナの中心間の距離）Ｃは０．５５λｃ、反射板１１からの突出の最大高さＨは０．０９λｃ、内側素子１２ａの幅ａは０．０６λｃ、内側素子１２ａと外側素子１２ｂとの間隔ｂは０．０６λｃ、外側素子１２ｂの幅ｃは０．０４λｃ、放射素子長ｄは０．４３λｃ、外側素子１２ｂのチャネルの深さｅは０．０６λｃ、放射素子間隔ｆは０．１０λｃに設定される。
【００２１】
図４は、上記のように設定した場合のアンテナ装置１０のＶＳＷＲ特性であり、横軸に周波数［ＭＨｚ］をとり、縦軸にＶＳＷＲをとって示した。図４から、ＶＳＷＲ特性は、１７８ＭＨｚから１９３ＭＨｚに亘って１．５以下となり比帯域幅８％が得られる。また、垂直面指向性を図５に、水平面指向性を図６に示す。図５及び図６において、１点線は１７９ＭＨｚ、実線は１８４ＭＨｚ、二点鎖線は１８９ＭＨｚの場合を示している。
【００２２】
図７は上記アンテナ装置１０の給電部１３におけるインピーダンス特性を示したもので、横軸に周波数［ＭＨｚ］をとり、縦軸にインピーダンス［Ω］をとり、実部を実線で、虚部を破線で示した。このインピーダンス特性は、図７から明らかなように、１７９〜１９２ＭＨｚ付近まで略一定のインピーダンス（抵抗値）が得られている。
【００２３】
本例では図１及び２に示したように、外側素子１２ｂの左右両端を折り曲げて溝状の形状にすることにより、反射板１１からの放射素子１２の最大高さＨを０．０９λｃと低く設定しても、広帯域特性を維持することができる。
【実施例２】
【００２４】
図８に、実施例２に係るアンテナ装置の３面図を示す。本例のアンテナ装置は、給電線路１４、１６を、放射素子１２の中心と同一面から、より反射板１１に近づけた点、反射板の中央からずらされた給電部１３を給電線路１４の中央に接続する新たな給電線路１７を備えた点、及びカバー１８を設けた点で実施例１と異なる。
【００２５】
本例の給電線路１６’は、放射素子１２の給電点から反射板１１へ向かって下りた後、実施例１の給電線路１６と同様に反射板１１に平行な線路となる。本例の給電線路１４’は、給電線路１６’と同じ反射板１１からの距離に保たれている点以外は、実施例１の給電線路１４と同じである。
【００２６】
カバー１８は、ＦＲＰ（ファイバ強化プラスチック）等の絶縁性の素材であり、底辺が反射板１１に対応する台形状の断面の内部空間を有する。カバー１８の周囲の縁は、台形の底辺と同一平面をなして外側に張り出し、その縁においてボルトにより防水パッキンと共締めして反射板１１に固定される。本例ではカバー１８の幅及び長さは、反射板１１の幅Ａ及び長さＢとそれぞれ略同一である。Ｈ型折返しアンテナや給電線路等は、反射板１１とカバー１８とで閉ざされた空間に収納され、特に、カバー１８の角（台形の鈍角）が、Ｈ型折返しアンテナの外側素子１２ｂの端部付近に位置するようになっている。
【００２７】
図９に、実施例２に係るアンテナ装置の給電線路１７の３面図を示す。給電線路１７は、平板上の中心導体を、それに平行な２枚のアース板で挟んだ構造のトリプレート線路であり、中心導体の反射板１１からの高さは、給電線路１４’の伝送導体１４’−ａと同じである。給電線路１７は、給電線路１４’の中央に接続し、側方に向かった後、直角に折れ曲がって、反射板１１を貫通して設けられた接栓の直上まで伸びている。本例の給電線路１７はその一部において、本アンテナ装置の接栓における公称インピーダンス（５０Ω）と異なる特性インピーダンスを有しており、静電容量を給電部１３に並列に装荷したように作用する。
【００２８】
本例によれば、最大高さＨが低いため、カバー１８の高さも低くでき、風圧の受けにくさや外観を改善することができる。また、給電線路１４’や１６’は、反射板１１からの高さが低くなったものの、反射板１１とは別体に構成されており、カバー１８内に侵入し反射板を伝ってくる、或いはカバー１８内で結露した水分による腐食の影響を受けにくくできる効果は保たれる。給電線路１４’や１６’が放射素子１２から離れたことで、放射素子との結合が減り、アンテナの設計が容易になることが期待できる。
【実施例３】
【００２９】
図１０に、アンテナ装置１０の実施例３を示す。アンテナ装置１０Ａの放射素子１２は、一体の部材を折り曲げ等して内側素子１２ａと外側素子１２ｂとを形成してなるものである。また、上記同様に、アンテナ装置１０ＡのＶＳＷＲ特性を図１１に示し、垂直面指向性を図１２に、水平面指向性を図１３に、インピーダンス特性を図１４に示す。
【実施例４】
【００３０】
また、図１５に、このアンテナ装置１０の実施例４を示す。アンテナ装置１０Ｂは、放射素子１２の外側素子１２ｂを、外側ではなく反射板１１に向け、内側素子１２ａ及び外側素子１２ｂの幅方向が反射板１１と平行になるよう配置したものである。
ここで、本発明の実施例に係るアンテナ装置との対比のため、従来例のアンテナ装置の特性を示す。
【００３１】
図１６の従来例１のアンテナ装置の、ＶＳＷＲ特性を図１７に、垂直面指向性を図１８に、水平面指向性を図１９に、インピーダンス特性を図２０に示す。なお、従来例１のアンテナ装置では、放射素子として平板状のダイポールを用い、そのスタック間隔Ｃは０．５５λｃ、放射素子長Ｄは０．４７λｃ、放射素子と反射板の間隔Ｈは０．３０λｃである。大きな反射板のサイズおよび反射板からの突出が許容されるなら、広帯域のセクタアンテナを構成することは従来から可能である。
【００３２】
また、従来例２のアンテナ構成を図２１に示す。図２２に従来例２のアンテナ装置のＶＳＷＲ特性、図２３に垂直面指向性、図２４に水平面指向性、図２５にインピーダンス特性を示す。従来例２のアンテナ構成は、従来例１に比べ反射板からの間隔を０．０９λｃと短くしたものであり、そのことにより図２０に示すようにＶＳＷＲ特性が急激に悪化している。つまり、反射板と放射素子（の中心）との距離が０．１λ以下の場合には、放射素子が低インピーダンスとなり整合が困難になる。
【００３３】
これに対し、本実施形態では、従来例１、２のようなダイポールアンテナを、図１に示したようなＨ型の折返しアンテナに置き換えることにより、最大突出高さＨを０．０９λｃに固定し、反射板１１を横幅約０．３λｃ、長さ約１．２３λｃのように小型化して、且つ、指向性、ＶＳＷＲも広帯域特性とすることができる。
【００３４】
なお、この発明は、上記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、実施形態に示した各寸法は、比帯域幅（例えば８％）と同程度の範囲内で、変更できる可能性がある。また、放射素子１２はその中央で給電するものに限らず、内側素子１２ａの長さを異ならせても良い。また放射素子１２と反射板１１の間の空間に空気以外の誘電体を充填し、更なる小型化を図ってもよい。また３面以上の多面合成を行って、セクタアンテナではなく無指向性アンテナを実現してもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１０…アンテナ装置、１１…反射板、１１ａ…折返部、１２−１〜１２−４…放射素子、１２ａ…内側素子、１２ｂ…外側素子、１３…給電部、１４…給電線路、１５…スペーサ、１６…給電線路、１７…給電線路、１８…カバー。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の平面上で、上下対称及び左右対称に配置された４個の折返しダイポールアンテナと、
前記所定の平面と水平で、前記４個の折返しダイポールアンテナの配置の外側寸法よりも大きな平板状の反射板と、
前記反射板の前面中央に沿って前記反射板とは別体に設けられ、前記放射素子のそれぞれに給電部からの給電信号を供給する給電線路と
を具備し、
前記折返しダイポールアンテナのそれぞれは、ダイポールアンテナ様の１対の素子と、前記１対の素子の両端を直線状につなぐ略λ／２（λは使用周波数における波長）長の折返し素子を備え、前記折返し素子は、溝状の断面を押し出た形状をなし、該溝の底の外側において前記１対の素子と対向し、前記溝の幅は、前記１対の素子の幅よりも広く形成され、
前記反射板からの前記折返し素子の最大距離が、０．１λ以下であることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記給電線路の少なくとも一部は、不平衡線路で構成され、該不平衡線路のアース側と前記反射板との間に複数の金属製のスペーサを有し、
前記反射板は、長方形であり、該長方形の長辺において後方へ折り返された折曲部を有し、該折曲部の一部は着脱可能に構成されることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記使用周波数はＶＨＦであり、
前記反射板の前面に、該反射板と共働して、前記４個の折返しダイポールアンテナと前記給電線路とを収納するカバーを更に有し、該カバーは、底辺が反射板に対応し、鈍角が外側素子の端部付近に位置するような台形状の断面を有することを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。

【図１】