偏波共用八木型アンテナ
【課題】 優れた交差偏波識別度を得ることができる偏波共用八木型アンテナを提供する。
【解決手段】 水平偏波側導波素子１１、水平偏波側放射素子１０、水平偏波側反射素子１２とが水平面内に配置されるようアーム１８やシールド筒体１９に取り付けられて水平偏波用の八木アンテナが構成され、垂直偏波側導波素子１５、垂直偏波側放射素子１４、垂直偏波側反射素子１６とが垂直面内に配置されるようアーム１８やシールド筒体１９に取り付けられて垂直偏波用の八木アンテナが構成される。水平偏波用の八木アンテナの中心軸と垂直偏波用の八木アンテナの中心軸とは、ほぼ一致する。水平偏波側放射素子１０および垂直偏波側放射素子１４には、同軸ケーブルから平衡・不平衡変換器を介して給電され、平衡・不平衡変換器はシールド筒体１９内に収納されている。
【解決手段】 水平偏波側導波素子１１、水平偏波側放射素子１０、水平偏波側反射素子１２とが水平面内に配置されるようアーム１８やシールド筒体１９に取り付けられて水平偏波用の八木アンテナが構成され、垂直偏波側導波素子１５、垂直偏波側放射素子１４、垂直偏波側反射素子１６とが垂直面内に配置されるようアーム１８やシールド筒体１９に取り付けられて垂直偏波用の八木アンテナが構成される。水平偏波用の八木アンテナの中心軸と垂直偏波用の八木アンテナの中心軸とは、ほぼ一致する。水平偏波側放射素子１０および垂直偏波側放射素子１４には、同軸ケーブルから平衡・不平衡変換器を介して給電され、平衡・不平衡変換器はシールド筒体１９内に収納されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、良好な交差偏波識別度が得られる偏波共用八木型アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
超短波（ＶＨＦ）帯以上に使用される指向性アンテナとして、従来から八木アンテナが知られている。従来の八木アンテナの構成の一例を示す斜視図を図１１に示す。
図１１に示す従来の八木アンテナ１００は、直線状とされた棒状のアーム１１４と、３本の直線状の導波素子１１１と、直線状の放射素子１１０および直線状の反射素子１１２から構成されている。アーム１１４の前側から順に３本の導波素子１１１がアーム１１４にほぼ直交して配置され、次いで放射素子１１０がアーム１１４にほぼ直交して配置され、後側に反射素子１１２がアーム１１４にほぼ直交して配置されている。この場合、導波素子１１１と、放射素子１１０および反射素子１１２とは相互にほぼ平行に配置される。八木アンテナ１００の使用周波数の波長をλとすると、放射素子１１０の長さは約λ／２とされ、３本の導波素子１１１の長さは約λ／２より若干短い長さとされ、反射素子１１２の長さは約λ／２より若干長い長さとされている。また、３本の導波素子１１１、放射素子１１０、反射素子１１２における各素子間の間隔は約λ／４の間隔とされている。これにより、使用周波数において導波素子１１１が容量性となると共に反射素子１１２が誘導性となって、反射素子１１２から導波素子１１１に向かう方向に半値角の小さい放射ビームを有する指向特性を有するようになる。
【０００３】
３本の導波素子１１１のそれぞれは、サドル金具を用いてアーム１１４に取り付けられている。サドル金具は、アーム１１４の断面形状が円形であると共に導波素子１１１の断面形状が円形であることから、導波素子１１１を安定してアーム１１４に取り付けるために使用される取付金具である。このサドル金具の下面には、導波素子１１１を安定してアーム１１４に取り付けるために、アーム１１４の外表面の曲面に一致する凹状部が形成されており、この凹状部に直交する方向であって導波素子１１１の外表面の曲面に一致する凹部がサドル金具の上面に形成されている。また、反射素子１１２も上記説明したサドル金具を用いてアーム１１４に取り付けられている。さらに、放射素子１１０はアーム１１４に固着された給電箱１１３に端部が導入されて取り付けられており、給電箱１１３内において放射素子１１０の端部に給電線から給電されている。この給電箱１１３からは、同軸ケーブル等の給電線が導出されている。
【０００４】
ところで、八木アンテナは、通信システムの回線仕様やインフラの通信仕様に従い、垂直偏波あるいは水平偏波のいずれかに対応するように、大地に対して素子が垂直方向あるいは水平方向になるように設置される。この場合、大地に対して素子が垂直方向に配置される態様では垂直偏波に対応し、大地に対して素子が平行に配置される態様では水平偏波に対応するようになる。また、将来の通信システムや放送事業分野においては、垂直偏波および水平偏波にそれぞれ個別の周波数帯を使用する通信形態や、垂直偏波および水平偏波の両偏波を用いる空間多重通信を行うことが考えられる。この場合、１台のアンテナ装置にて垂直偏波および水平偏波に対応させることができる偏波共用八木型アンテナを用いることが考えられる。
【０００５】
そこで、従来の偏波共用八木型アンテナの構成の一例を示す斜視図を図１２に、偏波共用八木型アンテナの構成の一例を示す正面図を図１３に示す。
これらの図に示す従来の偏波共用八木型アンテナ１０１は、直線状とされた棒状のアーム１２８と、水平面内に配置された３本の直線状の水平偏波側導波素子１２１と、直線状の水平偏波側放射素子１２０および直線状の水平偏波側反射素子１２２と、垂直面内に配置された３本の直線状の垂直偏波側導波素子１２５と、直線状の垂直偏波側放射素子１２４および直線状の垂直偏波側反射素子１２６とから構成されている。アーム１２８の前側から順に３本の水平偏波側導波素子１２１および垂直偏波側導波素子１２５がアーム１２８にほぼ直交して配置され、次いで水平偏波側放射素子１２０および垂直偏波側放射素子１２４がアーム１２８にほぼ直交して配置され、後側に水平偏波側反射素子１２２および垂直偏波側反射素子１２６がアーム１２８にほぼ直交して配置されている。この場合、水平偏波側導波素子１２１と、水平偏波側放射素子１２０および水平偏波側反射素子１２２とは相互にほぼ平行に水平面内に配置される。また、垂直偏波側導波素子１２５と、垂直偏波側放射素子１２４および垂直偏波側反射素子１２６とは相互にほぼ平行に垂直面内に配置される。
【０００６】
偏波共用八木型アンテナ１０１において、偏波共用八木型アンテナ１０１の使用周波数の波長をλとすると、水平偏波側放射素子１２０および垂直偏波側放射素子１２４の長さは約λ／２とされ、３本の水平偏波側導波素子１２１および垂直偏波側導波素子１２５の長さは約λ／２より若干短い長さとされ、水平偏波側反射素子１２２および垂直偏波側反射素子１２６の長さは約λ／２より若干長い長さとされている。また、３本の水平偏波側導波素子１２１および垂直偏波側導波素子１２５、水平偏波側放射素子１２０および垂直偏波側放射素子１２４、水平偏波側反射素子１２２および垂直偏波側反射素子１２６における各素子間の間隔は約λ／４の間隔とされている。これにより、使用周波数において水平偏波側導波素子１２１および垂直偏波側導波素子１２５が容量性となると共に水平偏波側反射素子１２２および垂直偏波側反射素子１２６が誘導性となって、水平偏波側反射素子１２２および垂直偏波側反射素子１２６から水平偏波側導波素子１２１および垂直偏波側導波素子１２５に向かう方向に半値角の小さい水平偏波および垂直偏波の放射ビームを有する指向特性を有するようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２７４２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の偏波共用八木型アンテナ１０１において、３本の水平偏波側導波素子１２１および水平偏波側反射素子１２２のそれぞれは、図１３に示すようにサドル金具１３０を用いてそれぞれ水平面内に位置するようにアーム１２８に取り付けられており、３本の垂直偏波側導波素子１２５および垂直偏波側反射素子１２６のそれぞれも、サドル金具１３１を用いてそれぞれ垂直面内に位置するようにアーム１２８に取り付けられている。また、水平偏波側放射素子１２０は水平面内に位置するようにアーム１２８に固着された水平偏波側給電箱１２３に端部が導入されて取り付けられており、水平偏波側給電箱１２３内において水平偏波側放射素子１２０の端部に給電線から給電されている。さらに、垂直偏波側放射素子１２４は垂直面内に位置するようにアーム１２８に固着された垂直偏波側給電箱１２７に端部が導入されて取り付けられており、垂直偏波側給電箱１２７内において垂直偏波側放射素子１２４の端部に給電線から給電されている。水平偏波側給電箱１２３および垂直偏波側給電箱１２７からは、同軸ケーブル等の給電線が導出されている。なお、給電線と水平偏波側放射素子１２０および垂直偏波側放射素子１２４との間に接続されるトロイダルコア等からなるバラントランスを用いる平衡・不平衡変換器が、水平偏波側給電箱１２３および垂直偏波側給電箱１２７内に収納されている。
【０００９】
サドル金具１３０によりアーム１２８に取り付けられた水平偏波側放射素子１２０と水平偏波側導波素子１２１および水平偏波側反射素子１２２は、図１３に示すようにアーム１２８の中心軸からずれた位置に配置され、サドル金具１３１によりアーム１２８に取り付けられた垂直偏波側放射素子１２４と垂直偏波側導波素子１２５および垂直偏波側反射素子１２６も、図１３に示すようにアーム１２８の中心軸からずれた位置に配置される。このため、アーム１２８に取り付けられた水平偏波用の八木アンテナの中心軸と垂直偏波用の八木アンテナの中心軸とが一致しないようになる。
【００１０】
ここで、従来の偏波共用八木型アンテナ１０１における主偏波・交差偏波特性を図１４に示す。図１４においては、主偏波の０°方向の放射のレベルを０ｄＢとしている。０°方向は、水平偏波側反射素子１２２および垂直偏波側反射素子１２６から３本の水平偏波側導波素子１２１および垂直偏波側導波素子１２５に向かうアーム１２８の中心軸の方向である。図１４を参照すると、主偏波の半値角は３０°以内とされて鋭い主ビームが０°方向に放射されている。交差偏波は、０°方向に約−１７．３ｄＢの交差偏波としては大きなレベルで放射されており、交差偏波識別度は約１７．３ｄＢしか得られていない。
この場合、垂直偏波および水平偏波に同一周波数帯を使用して、１台のアンテナ装置にて垂直偏波および水平偏波に対応させる場合には、交差偏波織別度として２０ｄＢ以上得られることが目標とされる。しかしながら、従来の偏波共用八木型アンテナ１０１においては、２０ｄＢ以上の交差偏波識別度が得られていない。この原因として、水平偏波側放射素子１２０および垂直偏波側放射素子１２４の給電部から漏洩電波が輻射されていることが考えられる。また、上記したアーム１２８に取り付けられた水平偏波用の八木アンテナの中心軸と垂直偏波用の八木アンテナの中心軸とが一致していないことが考えられる。
【００１１】
そこで、本発明は、優れた交差偏波識別度を得ることができる偏波共用八木型アンテナを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の偏波共用八木型アンテナは、アームのほぼ中心軸を含む第１平面上に第１導波素子と第１放射素子と第１反射素子とが配置されるように、前記アームに固着されている第１八木アンテナと、前記第１平面と直交すると共に前記アームのほぼ中心軸を含む第２平面に第２導波素子と第２放射素子と第２反射素子とが配置されるように、前記アームに固着されている第２八木アンテナと、不平衡形の第１給電手段から第１平衡・不平衡変換手段を介して平衡形の前記第１放射素子に給電する第１給電部と、不平衡形の第２給電手段から第２平衡・不平衡変換手段を介して平衡形の前記第２放射素子に給電する第２給電部とを備え、前記第１平衡・不平衡変換手段および前記第２平衡・不平衡変換手段が、導電性の前記アーム内に収納されていることを最も主要な特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、水平偏波用の八木アンテナと垂直偏波用の八木アンテナとの中心軸がアームの中心軸を通ると共に互いに直交して取り付けることができる。また、同軸ケーブルから給電される水平偏波側の八木アンテナにおける放射素子と、垂直偏波側の八木アンテナにおける放射素子とに、アーム内に収納される平衡・不平衡変換器を介して給電している。これにより、本発明にかかる偏波共用八木型アンテナにおいては、優れた交差偏波識別度が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例にかかる偏波共用八木型アンテナの構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施例にかかる偏波共用八木型アンテナの構成を示す正面図である。
【図３】放射素子と給電用の同軸ケーブルとの間に接続された平衡・不平衡変換器の構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の偏波共用八木型アンテナにおける給電部の構成を断面図で示す正面図である。
【図５】本発明の偏波共用八木型アンテナにおける給電部の構成を断面図で示す側面図である。
【図６】本発明にかかる偏波共用八木型アンテナの導波素子の取付構造を断面図で示す正面図である。
【図７】本発明にかかる偏波共用八木型アンテナの導波素子の取付構造を断面図で示す側面図である。
【図８】本発明にかかる偏波共用八木型アンテナの反射素子の取付構造を断面図で示す正面図である。
【図９】本発明にかかる偏波共用八木型アンテナの反射素子の取付構造を断面図で示す側面図である。
【図１０】本発明にかかる偏波共用八木型アンテナの主偏波・交差偏波特性を示す図である。
【図１１】従来の八木アンテナの構成の一例を示す斜視図である。
【図１２】従来の偏波共用八木型アンテナの構成の一例を示す斜視図である。
【図１３】従来の偏波共用八木型アンテナの構成の一例を示す正面図である。
【図１４】従来の偏波共用八木型アンテナの主偏波・交差偏波特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施例にかかる偏波共用八木型アンテナ１の構成を図１および図２に示す。図１は本発明の実施例にかかる偏波共用八木型アンテナ１の構成を示す斜視図であり、図２は本発明の実施例にかかる偏波共用八木型アンテナ１の構成を示す正面図である。
これらの図に示す本発明の実施例にかかる偏波共用八木型アンテナ１は、直線状とされた断面円形の金属製のアーム１８と、水平面内に配置された複数本（例えば、６本）の直線状の水平偏波側導波素子１１と、直線状の水平偏波側放射素子１０および直線状の水平偏波側反射素子１２と、垂直面内に配置された複数本（例えば、６本）の直線状の垂直偏波側導波素子１５と、直線状の垂直偏波側放射素子１４および直線状の垂直偏波側反射素子１６とから構成されている。アーム１８は、前方の第１アーム１８ａと後方の第２アーム１８ｂとに分割されて、その間にシールド筒体１９が配置されている。この第１アーム１８ａの前側から順に複数本の水平偏波側導波素子１１および垂直偏波側導波素子１５が第１アーム１８ａにほぼ直交して配置されている。次いで、水平偏波側放射素子１０および垂直偏波側放射素子１４がアーム１８の中途に配置されているシールド筒体１９にほぼ直交して配置されている。水平偏波側放射素子１０および垂直偏波側放射素子１４は、ダイポール素子とされている。続く後側に水平偏波側反射素子１２および垂直偏波側反射素子１６が第２アーム１８ｂにほぼ直交して配置されている。この場合、水平偏波側導波素子１１と、水平偏波側放射素子１０および水平偏波側反射素子１２とは相互にほぼ平行に水平面内に配置されて水平偏波用の八木アンテナを構成している。また、垂直偏波側導波素子１５と、垂直偏波側放射素子１４および垂直偏波側反射素子１６とは相互にほぼ平行に垂直面内に配置されて垂直偏波用の八木アンテナを構成している。
なお、アーム１８における第２アーム１８ｂは支柱も兼ねており、第２アーム１８ｂが偏波共用八木型アンテナ１を支持する支持体に取り付けられる。また、第２アーム１８ｂは第１アーム１８ａより太径とされているが、同径とすることができる。
【００１６】
本発明にかかる偏波共用八木型アンテナ１において、偏波共用八木型アンテナ１の使用周波数の波長をλとすると、ダイポール素子とされている水平偏波側放射素子１０および垂直偏波側放射素子１４の長さは約λ／２とされ、複数本の水平偏波側導波素子１１および垂直偏波側導波素子１５の長さは約λ／２より若干短い長さとされ、水平偏波側反射素子１２および垂直偏波側反射素子１６の長さは約λ／２より若干長い長さとされている。また、複数本の水平偏波側導波素子１１および垂直偏波側導波素子１５、水平偏波側放射素子１０および垂直偏波側放射素子１４、水平偏波側反射素子１２および垂直偏波側反射素子１６における各素子間の間隔は約λ／４の間隔とされている。これにより、使用周波数において水平偏波側導波素子１１および垂直偏波側導波素子１５が容量性となると共に水平偏波側反射素子１２および垂直偏波側反射素子１６が誘導性となって、水平偏波側反射素子１２および垂直偏波側反射素子１６から水平偏波側導波素子１１および垂直偏波側導波素子１５に向かう方向に半値角の小さい水平偏波および垂直偏波の鋭い放射ビームを有する指向特性を有するようになる。
【００１７】
本発明にかかる偏波共用八木型アンテナ１において、複数本の水平偏波側導波素子１１のそれぞれは、図２に示すように固着金具２０によりそれぞれ水平面内に位置するように第１アーム１８ａに取り付けられており、複数本の垂直偏波側導波素子１５のそれぞれも、固着金具２１によりそれぞれ垂直面内に位置するように第１アーム１８ａに取り付けられている。また、水平偏波側放射素子１０および垂直偏波側放射素子１４は、アーム１８の中途に設けられているシールド筒体１９に取り付けられている。シールド筒体１９は金属製とされており、内部に水平偏波側放射素子１０および垂直偏波側放射素子１４と同軸ケーブルとの間に接続されている後述する平衡・不平衡変換器が内蔵されている。水平偏波側放射素子１０および垂直偏波側放射素子１４は、この平衡・不平衡変換器を介して不平衡線路とされる同軸ケーブルから給電されている。同軸ケーブルは、アーム１８の端部から導出されたり、アーム１８に形成された引き出し孔から導出される。さらに、水平偏波側反射素子１２は、後述するように第２アーム１８ｂに固着された外部リングから突出するネジに螺着することにより水平面内に位置するように第２アーム１８ｂに取り付けられており、垂直偏波側反射素子１６も、後述するように第２アーム１８ｂに固着された外部リングから突出するネジに螺着することにより垂直面内に位置するように第２アーム１８ｂに取り付けられている。
【００１８】
互いに平行になるようにアーム１８に取り付けられた水平偏波側放射素子１０と水平偏波側導波素子１１および水平偏波側反射素子１２は、図２に示すようにアーム１８の中心軸を含む平面上に配置されて水平偏波用の八木アンテナが構成されている。また、互いに平行になるようにアーム１８に取り付けられた垂直偏波側放射素子１４と垂直偏波側導波素子１５および垂直偏波側反射素子１６も、図２に示すようにアーム１８のほぼ中心軸を含む上記平面と直交する平面上に配置されて垂直偏波用の八木アンテナが構成されている。このため、アーム１８に直交して取り付けられた水平偏波用の八木アンテナの中心軸と垂直偏波用の八木アンテナの中心軸とが、ほぼ一致するようになる。
【００１９】
次に、シールド筒体１９内に内蔵された平衡・不平衡変換器について説明する。図３（ａ）に、放射素子と給電用の同軸ケーブルとの間に接続された平衡・不平衡変換器３０の構成を示す上面図であり、図３（ｂ）は放射素子と給電用の同軸ケーブルとの間に接続された平衡・不平衡変換器３０の構成を示す正面図である。
放射素子は２本の放射素子３１ａ，３１ｂから構成されている。この２本からなる放射素子３１ａ、３１ｂは平衡形となっており、不平衡形の同軸ケーブル３２から給電することから、図３（ａ）（ｂ）に示す平衡・不平衡変換器３０が、放射素子３１ａ、３１ｂと同軸ケーブル３２との間に接続されている。放射素子３１ａ，３１ｂの使用周波数の波長をλとした際に、放射素子３１ａおよび放射素子３１ｂの長さはそれぞれ約λ／４とされて、λ／２の電気長とされたダイポール素子が形成されている。
【００２０】
平衡・不平衡変換器３０は、同軸ケーブル３２と、同軸ケーブル３２に所定間隔を置いてほぼ平行になるよう隣接して配置された分岐導体３４と、短絡板３３とにより構成されている。同軸ケーブル３２の外部導体３２ｂにおける先端の外周面には、一方の放射素子３１ｂの一端とされる給電端が接続されており、同軸ケーブル３２の先端から導出された内部導体３２ａは、折り返されて隣接して配置された分岐導体３４の内部導体３２ａとされている。同軸ケーブル３２において、内部導体３２ａは絶縁体に支持されて外部導体３２ｂのほぼ中心に配置され、分岐導体３４においては、内部導体３２ａは絶縁体に支持されて外部導体３４ｂのほぼ中心に配置されている。また、他方の放射素子３１ａの一端である給電端が分岐導体３４の外部導体３４ｂにおける先端の外周面に接続されている。さらに、分岐導体３４の長さは約λ／４の長さとされ、分岐導体３４における外部導体３４ｂの下端面が短絡板３３接続されており、短絡板３３は同軸ケーブル３２の外部導体３２ｂの外周面に接続されている。すなわち、同軸ケーブル３２の先端から約λ／４の長さだけ下方の位置における外部導体３２ｂに、長さが約λ／４とされた分岐導体３４の下端が短絡板３３により短絡されている。また、分岐導体３４における内部導体３２ａは先端から約λｇ／４の深さまで挿入されて、その先端は開放されている。このように、分岐導体３４における内部導体３２ａの長さは約λｇ／４とされている。なお、λｇは、分岐導体３４における管内波長である。
【００２１】
このように構成された平衡・不平衡変換器３０においては、分岐導体３４における内部導体３２ａの先端は開放されていることから先端に流れる電流は最小となり、その長さが約λｇ／４とされていることから分岐導体３４の先端において内部導体３２ａに流れる電流は最大となる。この内部導体３２ａに流れる電流と反対方向に同じ大きさの電流が対面する外部導体３４ｂの内面に流れ、この電流により他方の放射素子３１ａが励振される。そして、長さが約λ／４とされている外部導体３４ｂの下端が短絡板３３で同軸ケーブル３２の外部導体３２ｂに短絡されていることから、分岐導体３４の外部導体３４ｂの先端から見たインピーダンスがほぼ無限大と見なせるようになる。これにより、外部導体３４ｂの外面には電流が流れないようになって、分岐導体３４における漏洩電流が阻止されるようになる。
【００２２】
さらに、分岐導体３４の先端において内部導体３２ａに流れる電流が最大となることから、同軸ケーブル３２の先端において内部導体３２ａに流れる電流も最大となる。この内部導体３２ａに流れる電流と反対方向に同じ大きさの電流が対面する外部導体３２ｂの内面に流れ、この電流により一方の放射素子３１ｂが励振される。そして、外部導体３２ｂの先端から約λ／４の長さの位置において短絡板３３により分岐導体３４の外部導体３４ｂに短絡されていることから、同軸ケーブル３２の外部導体３２ｂの先端から見たインピーダンスがほぼ無限大と見なせるようになる。これにより、外部導体３２ｂの外面には電流が流れないようになって、同軸ケーブル３２における漏洩電流が阻止されるようになる。
上記したように、平衡・不平衡変換器３０により同軸ケーブル３２を伝送されてきた不平衡信号は平衡信号に変換されて、平衡形の放射素子３１ａ，３１ｂに給電されるようになる。この場合、上記説明したように平衡・不平衡変換器３０において漏洩電流は生じない。
【００２３】
このような平衡・不平衡変換器３０を水平偏波側放射素子１０および垂直偏波側放射素子１４に設けた本発明の本発明の偏波共用八木型アンテナ１における給電部の構成を示す正面図を図４に示し、本発明の本発明の偏波共用八木型アンテナ１における給電部の構成を示す側面図を図５に示す。
これらの図に示す給電部では、２本の放射素子１０ａ，１０ｂからなる水平偏波側放射素子１０に同軸ケーブル４０から平衡・不平衡変換器を介して給電すると共に、２本の放射素子１４ａ，１４ｂからなる垂直偏波側放射素子１４に同軸ケーブル４１から平衡・不平衡変換器を介して給電している。この内の水平偏波側放射素子１０に給電する給電部においては、一方の放射素子１０ａの一端とされる給電端が同軸ケーブル４０の外部導体４０ｂにおける先端の外周面に固着されて電気的に接続され、同軸ケーブル４０の先端から導出された内部導体４０ａが折り返されて平行配置された分岐導体４２の内部導体とされている。同軸ケーブル４０において、内部導体４０ａは絶縁体に支持されて外部導体４０ｂのほぼ中心に配置され、分岐導体４２においては、内部導体４０ａは絶縁体に支持されて外部導体４２ｂのほぼ中心に配置されている。また、他方の放射素子１０ｂの一端である給電端が分岐導体４２の外部導体４２ｂにおける先端の外周面に固着されて電気的に接続されている。さらに、分岐導体４２の長さは約λ／４の長さとされ、分岐導体４２における外部導体４２ｂの下端面が短絡板４４に接続されており、短絡板４４は同軸ケーブル４０の外部導体４０ｂの外周面に接続されている。すなわち、同軸ケーブル４０の先端から約λ／４の長さだけ下方の位置における外部導体４０ｂに、長さが約λ／４とされた分岐導体４２の下端が短絡板４４により短絡されている。また、分岐導体４２における内部導体４０ａは先端から約λｇ／４の深さまで挿入されて、その先端は開放されている。このように、分岐導体４２における内部導体４０ａの長さは約λｇ／４とされている。なお、λｇは、分岐導体４２における管内波長である。上記したように、水平偏波側放射素子１０に給電する平衡・不平衡変換器は、同軸ケーブル４０、分岐導体４２および短絡板４４により構成されている。
【００２４】
また、垂直偏波側放射素子１４に給電する給電部では、２本の放射素子１４ａ，１４ｂからなる垂直偏波側放射素子１４に同軸ケーブル４１から平衡・不平衡変換器を介して給電している。すなわち、一方の放射素子１４ａの一端とされる給電端が同軸ケーブル４１の外部導体４１ｂにおける先端の外周面に固着されて電気的に接続され、同軸ケーブル４１の先端から導出された内部導体４１ａが折り返されて平行配置された分岐導体４３の内部導体とされている。同軸ケーブル４１において、内部導体４１ａは絶縁体に支持されて外部導体４１ｂのほぼ中心に配置され、分岐導体４３においては、内部導体４１ａは絶縁体に支持されて外部導体４３ｂのほぼ中心に配置されている。また、他方の放射素子１４ｂの一端である給電端が分岐導体４３の外部導体４３ｂにおける先端の外周面に固着されて電気的に接続されている。さらに、分岐導体４３の長さは約λ／４の長さとされ、分岐導体４３における外部導体４３ｂの下端面が短絡板４５に接続されており、短絡板４５は同軸ケーブル４１の外部導体４１ｂの外周面に接続されている。すなわち、同軸ケーブル４１の先端から約λ／４の長さだけ下方の位置における外部導体４１ｂに、長さが約λ／４とされた分岐導体４３の下端が短絡板４５により短絡されている。また、分岐導体４３における内部導体４１ａは先端から約λｇ／４の深さまで挿入されて、その先端は開放されている。このように、分岐導体４３における内部導体４１ａの長さは約λｇ／４とされている。なお、λｇは、分岐導体４３における管内波長である。上記したように、垂直偏波側放射素子１４に給電する平衡・不平衡変換器は、同軸ケーブル４１、分岐導体４３および短絡板４５により構成されている。
【００２５】
上記説明したように給電部では、水平偏波側の内部導体４１ａの折り返し部は垂直偏波側の内部導体４０ａの折り返し部にほぼ直交配置されると共に、内部導体４０ａの折り返された水平部分と内部導体４１ａの折り返された水平部分の間に絶縁板４６が配置されて相互に短絡されることを防止している。また、同軸ケーブル４０と分岐導体４２との間に、ほぼ直交して同軸ケーブル４１と分岐導体４３とが配置されて、給電部はコンパクト化されている。このため、給電部をシールド筒体１９およびアーム１８内に収納できるようになる。
なお、図５に示すようにシールド筒体１９の外径はアーム１８の外径より若干大きくされているが、シールド筒体１９の内径はアーム１８の内径より小さくされており、シールド筒体１９の両端から所定長さの部位に段差が形成されて一端部の外径が第１アーム１８ａの内径にほぼ等しくされ、他端部の外径が第２アーム１８ｂの内径にほぼ等しくされている。この、シールド筒体１９の他端部の外周面には雄ねじが形成されていると共に、第２アーム１８ｂ内周面に雌ねじが形成されている。このシールド筒体１９の外周面に形成された雄ねじを第２アーム１８ｂの内周面に形成された雌ねじに螺着することにより、第２アーム１８ｂがシールド筒体１９に固着される。また、細径とされたシールド筒体１９の一端部を第１アーム１８ａ内に嵌挿し、複数本のビスを横方向から第１アーム１８ａにねじ込むことによりビスの先端がシールド筒体の一端部の外周面に圧接されて、第１アーム１８ａに回転不能にシールド筒体１９に固着される。これにより、第１アーム１８ａと第２アーム１８ｂとの間にシールド筒体１９が一体になるよう固着される。また、シールド筒体１９には内周面から外周面に貫通する４つの挿通孔が互いに約９０°の角度となるように形成されており、この挿通孔のそれぞれに水平偏波側放射素子１０の２本の放射素子１０ａ，１０ｂと、垂直偏波側放射素子１４の２本の放射素子１４ａ，１４ｂとが挿通されてシールド筒体１９から導出されている。この場合、放射素子１０ａ，１０ｂおよび放射素子１４ａ，１４ｂは、それぞれ絶縁材からなる支持手段によりシールド筒体１９に形成されている挿通孔に支持されているが、その構成は省略して示している。
【００２６】
給電部における水平側および垂直側の平衡・不平衡変換器においては、分岐導体４２，４３における内部導体４０ａ，４１ａの先端は開放されていることから先端に流れる電流は最小となり、その長さが約λｇ／４とされていることから分岐導体４２，４３の先端において内部導体４０ａ，４１ａに流れる電流は最大となる。この内部導体４０ａ，４１ａに流れる電流と反対方向に同じ大きさの電流が対面する外部導体４２ｂ，４３ｂの内面に流れ、この電流により他方の放射素子１０ｂ、１４ｂが励振される。そして、長さが約λ／４とされている外部導体４２ｂ，４３ｂの下端が短絡板４４，４５で同軸ケーブル４０，４１の外部導体４０ｂ，４１ｂに短絡されていることから、分岐導体４２，４３の外部導体４２ｂ，４３ｂの先端から見たインピーダンスがほぼ無限大と見なせるようになる。これにより、外部導体４２ｂ，４３ｂの外面には電流が流れないようになって、分岐導体４２，４３における漏洩電流が阻止されるようになる。
【００２７】
さらに、分岐導体４２，４３の先端において内部導体４０ａ，４１ａに流れる電流が最大となることから、同軸ケーブル４０，４１の先端において内部導体４０ａ，４１ａに流れる電流も最大となる。この内部導体４０ａ，４１ａに流れる電流と反対方向に同じ大きさの電流が対面する外部導体４０ｂ，４１ｂの内面に流れ、この電流により一方の放射素子１０ａ，１４ａが励振される。そして、外部導体４０ｂ，４１ｂの先端から約λ／４の長さの位置において短絡板４４，４５により分岐導体４２，４３の外部導体４２ｂ，４３ｂに短絡されていることから、同軸ケーブル４０，４１の外部導体４０ｂ，４１ｂの先端から見たインピーダンスがほぼ無限大と見なせるようになる。これにより、外部導体４０ｂ，４１ｂの外面には電流が流れないようになって、同軸ケーブル４０，４１における漏洩電流が阻止されるようになる。
上記したように、給電部における２つの平衡・不平衡変換器により同軸ケーブル４０，４１を伝送されてきた不平衡信号は平衡信号に変換されて、平衡形の水平偏波側放射素子１０ａ，１０ｂおよび垂直側放射素子１４ａ，１４ｂに給電されるようになる。
【００２８】
給電部における水平偏波側の給電部および垂直偏波側の給電部において漏洩電流が流れないとしたのは、理論上は流れないとしたのであって、実際には微量な漏洩電流が生じており、漏洩電流による放射界への影響が生じるようになる。そこで、本発明の偏波共用八木型アンテナ１においては、図４、図５に示すように平衡・不平衡変換器を備える水平偏波側の給電部および垂直偏波側の給電部を交差するように配置してコンパクト化することにより、水平偏波側の給電部および垂直偏波側の給電部をシールド筒体１９内に収納できる構成としている。シールド筒体１９の前後には図５に示すように分割された第１アーム１８ａと第２アーム１８ｂとが固着されて、シールド筒体１９に一体化されている。そして、第１アーム１８ａと第２アーム１８ｂおよびシールド筒体１９が金属性のパイプからなることから、水平偏波側の給電部および垂直偏波側の給電部において微量な漏洩電流が生じても、漏洩電流による放射界への影響を防止することができるようになる。
なお、同軸ケーブル４０，４１と分岐導体４２，４３とをほぼ平行になるよう支持する絶縁セパレータが所定間隔でアーム１８およびシールド筒体１９内に設けられている。
【００２９】
次に、水平偏波側導波素子１１および垂直偏波側導波素子１５を第１アーム１８ａに固着する固着構造を図６，図７に示す。図６は本発明にかかる偏波共用八木型アンテナ１の導波素子の取付構造を断面図で示す正面図であり、図７は本発明にかかる偏波共用八木型アンテナの導波素子の取付構造を断面図で示す側面図である。
これらの図に示す取付構造において、水平偏波側導波素子１１は２本に分割された導波素子１１ａ，１１ｂからなり、導波素子１１ａ，１１ｂの根本部の外周面にはネジが形成されている。また、垂直偏波側導波素子１５は２本に分割された導波素子１５ａ，１５ｂからなり、導波素子１５ａ，１５ｂの根本部の外周面にはネジが形成されている。断面円形の第１アーム１８ａ内には円筒状の内部リング５０を挿入しておく。この内部リング５０は金属製あるいは樹脂製とされるが、内部リング５０にはネジが形成されているネジ孔が互いに約９０°の角度となるように４つ形成されている。また、第１アーム１８ａには複数本の水平偏波側導波素子１１および垂直偏波側導波素子１５を取り付けるそれぞれの位置に、内部リング５０のネジ孔に対応する挿通孔が互いに約９０°の角度となるように４つ形成されている。
【００３０】
そして、水平偏波側導波素子１１の導波素子１１ａ，１１ｂおよび垂直偏波側導波素子１５の導波素子１５ａ，１５ｂの根本部にそれぞれ形成されているネジが所定の長さだけ突出するように、固着金具２０ａを導波素子１１ａに、固着金具２０ｂを導波素子１１ｂに、固着金具２１ａを導波素子１５ａに、固着金具２１ｂを導波素子１５ｂに固着する。次いで、導波素子１１ａ，１１ｂおよび導波素子１５ａ，１５ｂから突出しているネジのそれぞれにブッシュ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄを挿入して、第１アーム１８ａに挿入された内部リング５０の位置を調節してネジ孔を第１アーム１８ａに形成された挿通孔に合わせ、挿通孔のそれぞれに水平偏波側導波素子１１の導波素子１１ａ，１１ｂおよび垂直偏波側導波素子１５の導波素子１５ａ，１５ｂを挿入して、それぞれの根本に形成されたネジを内部リング５０のネジ穴にそれぞれ螺合する。さらに、固着金具２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂを回転させて内部リング５０に締着することにより、水平偏波側導波素子１１の導波素子１１ａ，１１ｂおよび垂直偏波側導波素子１５の導波素子１５ａ，１５ｂを、互いに直交するように第１アーム１８ａに固着することができる。なお、第１アーム１８ａに形成された複数本分の挿通孔のそれぞれに対応して複数個の内部リング５０が第１アーム１８ａに挿入されており、それぞれの内部リング５０を利用して複数本の水平偏波側導波素子１１および垂直偏波側導波素子１５が第１アーム１８ａに、互いに直交するように固着される。また、固着金具２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂとブッシュ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄとの間にはバネ座金が介在されている。
【００３１】
次に、水平偏波側反射素子１２および垂直偏波側反射素子１６を第２アーム１８ｂに固着する固着構造を図８，図９に示す。図８は本発明にかかる偏波共用八木型アンテナ１の反射素子の取付構造を断面図で示す正面図であり、図９は本発明にかかる偏波共用八木型アンテナの反射素子の取付構造を断面図で示す側面図である。なお、第２アーム１８ｂをシールド筒体１９に固着した後において、水平偏波側反射素子１２および垂直偏波側反射素子１６は第２アーム１８ｂに固着される。
これらの図に示す取付構造において、水平偏波側反射素子１２は２本に分割された反射素子１２ａ，１２ｂからなり、反射素子１２ａ，１２ｂの根本部の内部にはネジが形成されている。また、垂直偏波側反射素子１６は２本に分割された反射素子１６ａ，１６ｂからなり、反射素子１６ａ，１６ｂの根本部の内部にはネジが形成されている。さらに、断面円形の第２アーム１８ｂの外側に円筒状の外部リング５３が嵌着されており、外部リング５３の外周面には互いに約９０°の角度で突出するように４つのボス５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄがそれぞれ形成されている。この外部リング５３は金属製あるいは樹脂製とされ、ボス５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄには、それぞれネジ穴が貫通して設けられている。
【００３２】
このボス５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄにそれぞれネジ部１２ｃ，１２ｄとネジ部１６ｃ，１６ｄとを螺着して、ネジ部１２ｃ，１２ｄおよびネジ部１６ｃ，１６ｄの先端を第２アーム１８ｂの外周面に圧接させる。次いで、ネジ部１２ｃ，１２ｄおよびネジ部１６ｃ，１６ｄに、バネ座がね１２ｆ，１２ｈとバネ座がね１６ｆ，１６ｈとをそれぞれ嵌挿し、さらに、六角状のナット１２ｅ，１２ｇをネジ部１２ｃ，１２ｄにそれぞれ螺着すると共に六角状のナット１６ｅ，１６ｇをネジ部１６ｃ，１６ｄにそれぞれ螺着する。これにより、ネジ部１２ｃ，１２ｄ，１６ｃ，１６ｄの先端が第２アーム１８ｂの外周面に圧接されることから、第２アーム１８ｂの所定位置に回転不能に外部リング５３が固着される。
そして、ナット１２ｅ，１２ｇから所定の長さで突出しているネジ部１２ｃ，１２ｄのそれぞれに反射素子１２ａ，１２ｂの内部に形成されたネジをそれぞれ螺着する。また、ナット１６ｅ，１６ｇから所定の長さで突出しているネジ部１６ｃ，１６ｄのそれぞれに反射素子１６ａ，１６ｂの内部に形成されたネジをそれぞれ螺着する。これにより、水平偏波側反射素子１２の反射素子１２ａ，１２ｂがネジ部１２ｃ，１２ｄに固着されると共に、垂直偏波側反射素子１６の反射素子１６ａ，１６ｂがネジ部１６ｃ，１６ｄに固着されて、水平偏波側反射素子１２と垂直偏波側反射素子１６とが互いに直交するように第２アーム１８ｂに固着されるようになる。
【００３３】
ここで、本発明にかかる偏波共用八木型アンテナ１における主偏波・交差偏波特性を図１０に示す。図１０においては、主偏波の０°方向の放射のレベルを０ｄＢとしている。０°方向は、水平偏波側反射素子１２および垂直偏波側反射素子１６から複数本の水平偏波側導波素子１１および垂直偏波側導波素子１５に向かうアーム１８の中心軸の方向である。図１０を参照すると、主偏波の半値角は３０°以内とされて鋭い主ビームが０°方向に放射されている。交差偏波は、０°方向に約−３０．３ｄＢの小さなレベルで放射されるようになり、交差偏波識別度として約３０．３ｄＢの良好な値が得られている。このように良好な交差偏波識別度が得られるのは、本発明にかかる偏波共用八木型アンテナ１は、給電部において微量な漏洩電流が生じても、シールド筒体１９に給電部を収納したことによる作用により漏洩電流による放射界への影響を防止できる構成とされていること、および、アーム１８に取り付けられた水平偏波用の八木アンテナの中心軸と垂直偏波用の八木アンテナの中心軸とが一致している構成とされているからと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
以上説明した本発明にかかる偏波共用八木型アンテナにおいては、水平偏波側の八木アンテナを構成する導波素子、放射素子および反射素子と、垂直偏波側の八木アンテナを構成する導波素子、放射素子および反射素子とを、アームの中心軸を通ると共に互いに直交して取り付けることができる。また、同軸ケーブルから給電される水平偏波側の八木アンテナにおける放射素子と、垂直偏波側の八木アンテナにおける放射素子とに、アーム内に収納される平衡・不平衡変換器を介して給電するようにしている。これにより、本発明にかかる偏波共用八木型アンテナにおいては、優れた交差偏波識別度が得られるようになる。
【符号の説明】
【００３５】
１ 偏波共用八木型アンテナ、１０ 水平偏波側放射素子、１０ａ，１０ｂ 放射素子、１１ 水平偏波側導波素子、１１ａ，１１ｂ 導波素子、１２ 水平偏波側反射素子、１２ａ，１２ｂ 反射素子、１２ｃ ネジ部、１２ｄ ネジ部、１２ｅ ナット、１２ｆ バネ座金、１２ｇ ナット、１２ｈ バネ座金、１４ 垂直偏波側放射素子、１４ａ，１４ｄ 放射素子、１５ 垂直偏波側導波素子、１５ａ，１５ｂ 導波素子、１６ 垂直偏波側反射素子、１６ａ，１６ｂ 反射素子、１６ｃ ネジ部、１６ｄ ネジ部、１６ｅ ナット、１６ｆ バネ座金、１６ｇ ナット、１６ｈ バネ座金、１８ アーム、１８ａ 第１アーム、１８ｂ 第２アーム、１９ シールド筒体、２０ 固着金具、２０ａ 固着金具、２０ｂ 固着金具、２１ 固着金具、２１ａ 固着金具、２１ｂ 固着金具、３０ 不平衡変換器、３１ａ 放射素子、３１ａ，３１ｂ 放射素子、３２ 同軸ケーブル、３２ａ 内部導体、３２ｂ 外部導体、３３ 短絡板、３４ 分岐導体、３４ｂ 外部導体、４０ 同軸ケーブル、４０ａ 内部導体、４０ｂ 外部導体、４１ 同軸ケーブル、４１ａ 内部導体、４１ｂ 外部導体、４２ 分岐導体、４２ｂ 外部導体、４３ 分岐導体、４３ｂ 外部導体、４４ 短絡板、４５ 短絡板、４６ 絶縁板、５０ 内部リング、５１ａ ブッシュ、５２ａ〜５２ｄ ボス、５３ 外部リング、１００ 八木アンテナ、１０１ 偏波共用八木型アンテナ、１１０ 放射素子、１１１ 導波素子、１１２ 反射素子、１１３ 給電箱、１１４ アーム、１２０ 水平偏波側放射素子、１２１ 水平偏波側導波素子、１２２ 水平偏波側反射素子、１２３ 水平偏波側給電箱、１２４ 垂直偏波側放射素子、１２５ 垂直偏波側導波素子、１２６ 垂直偏波側反射素子、１２７ 垂直偏波側給電箱、１２８ アーム、１３０ サドル金具、１３１ サドル金具
【技術分野】
【０００１】
本発明は、良好な交差偏波識別度が得られる偏波共用八木型アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
超短波（ＶＨＦ）帯以上に使用される指向性アンテナとして、従来から八木アンテナが知られている。従来の八木アンテナの構成の一例を示す斜視図を図１１に示す。
図１１に示す従来の八木アンテナ１００は、直線状とされた棒状のアーム１１４と、３本の直線状の導波素子１１１と、直線状の放射素子１１０および直線状の反射素子１１２から構成されている。アーム１１４の前側から順に３本の導波素子１１１がアーム１１４にほぼ直交して配置され、次いで放射素子１１０がアーム１１４にほぼ直交して配置され、後側に反射素子１１２がアーム１１４にほぼ直交して配置されている。この場合、導波素子１１１と、放射素子１１０および反射素子１１２とは相互にほぼ平行に配置される。八木アンテナ１００の使用周波数の波長をλとすると、放射素子１１０の長さは約λ／２とされ、３本の導波素子１１１の長さは約λ／２より若干短い長さとされ、反射素子１１２の長さは約λ／２より若干長い長さとされている。また、３本の導波素子１１１、放射素子１１０、反射素子１１２における各素子間の間隔は約λ／４の間隔とされている。これにより、使用周波数において導波素子１１１が容量性となると共に反射素子１１２が誘導性となって、反射素子１１２から導波素子１１１に向かう方向に半値角の小さい放射ビームを有する指向特性を有するようになる。
【０００３】
３本の導波素子１１１のそれぞれは、サドル金具を用いてアーム１１４に取り付けられている。サドル金具は、アーム１１４の断面形状が円形であると共に導波素子１１１の断面形状が円形であることから、導波素子１１１を安定してアーム１１４に取り付けるために使用される取付金具である。このサドル金具の下面には、導波素子１１１を安定してアーム１１４に取り付けるために、アーム１１４の外表面の曲面に一致する凹状部が形成されており、この凹状部に直交する方向であって導波素子１１１の外表面の曲面に一致する凹部がサドル金具の上面に形成されている。また、反射素子１１２も上記説明したサドル金具を用いてアーム１１４に取り付けられている。さらに、放射素子１１０はアーム１１４に固着された給電箱１１３に端部が導入されて取り付けられており、給電箱１１３内において放射素子１１０の端部に給電線から給電されている。この給電箱１１３からは、同軸ケーブル等の給電線が導出されている。
【０００４】
ところで、八木アンテナは、通信システムの回線仕様やインフラの通信仕様に従い、垂直偏波あるいは水平偏波のいずれかに対応するように、大地に対して素子が垂直方向あるいは水平方向になるように設置される。この場合、大地に対して素子が垂直方向に配置される態様では垂直偏波に対応し、大地に対して素子が平行に配置される態様では水平偏波に対応するようになる。また、将来の通信システムや放送事業分野においては、垂直偏波および水平偏波にそれぞれ個別の周波数帯を使用する通信形態や、垂直偏波および水平偏波の両偏波を用いる空間多重通信を行うことが考えられる。この場合、１台のアンテナ装置にて垂直偏波および水平偏波に対応させることができる偏波共用八木型アンテナを用いることが考えられる。
【０００５】
そこで、従来の偏波共用八木型アンテナの構成の一例を示す斜視図を図１２に、偏波共用八木型アンテナの構成の一例を示す正面図を図１３に示す。
これらの図に示す従来の偏波共用八木型アンテナ１０１は、直線状とされた棒状のアーム１２８と、水平面内に配置された３本の直線状の水平偏波側導波素子１２１と、直線状の水平偏波側放射素子１２０および直線状の水平偏波側反射素子１２２と、垂直面内に配置された３本の直線状の垂直偏波側導波素子１２５と、直線状の垂直偏波側放射素子１２４および直線状の垂直偏波側反射素子１２６とから構成されている。アーム１２８の前側から順に３本の水平偏波側導波素子１２１および垂直偏波側導波素子１２５がアーム１２８にほぼ直交して配置され、次いで水平偏波側放射素子１２０および垂直偏波側放射素子１２４がアーム１２８にほぼ直交して配置され、後側に水平偏波側反射素子１２２および垂直偏波側反射素子１２６がアーム１２８にほぼ直交して配置されている。この場合、水平偏波側導波素子１２１と、水平偏波側放射素子１２０および水平偏波側反射素子１２２とは相互にほぼ平行に水平面内に配置される。また、垂直偏波側導波素子１２５と、垂直偏波側放射素子１２４および垂直偏波側反射素子１２６とは相互にほぼ平行に垂直面内に配置される。
【０００６】
偏波共用八木型アンテナ１０１において、偏波共用八木型アンテナ１０１の使用周波数の波長をλとすると、水平偏波側放射素子１２０および垂直偏波側放射素子１２４の長さは約λ／２とされ、３本の水平偏波側導波素子１２１および垂直偏波側導波素子１２５の長さは約λ／２より若干短い長さとされ、水平偏波側反射素子１２２および垂直偏波側反射素子１２６の長さは約λ／２より若干長い長さとされている。また、３本の水平偏波側導波素子１２１および垂直偏波側導波素子１２５、水平偏波側放射素子１２０および垂直偏波側放射素子１２４、水平偏波側反射素子１２２および垂直偏波側反射素子１２６における各素子間の間隔は約λ／４の間隔とされている。これにより、使用周波数において水平偏波側導波素子１２１および垂直偏波側導波素子１２５が容量性となると共に水平偏波側反射素子１２２および垂直偏波側反射素子１２６が誘導性となって、水平偏波側反射素子１２２および垂直偏波側反射素子１２６から水平偏波側導波素子１２１および垂直偏波側導波素子１２５に向かう方向に半値角の小さい水平偏波および垂直偏波の放射ビームを有する指向特性を有するようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２７４２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の偏波共用八木型アンテナ１０１において、３本の水平偏波側導波素子１２１および水平偏波側反射素子１２２のそれぞれは、図１３に示すようにサドル金具１３０を用いてそれぞれ水平面内に位置するようにアーム１２８に取り付けられており、３本の垂直偏波側導波素子１２５および垂直偏波側反射素子１２６のそれぞれも、サドル金具１３１を用いてそれぞれ垂直面内に位置するようにアーム１２８に取り付けられている。また、水平偏波側放射素子１２０は水平面内に位置するようにアーム１２８に固着された水平偏波側給電箱１２３に端部が導入されて取り付けられており、水平偏波側給電箱１２３内において水平偏波側放射素子１２０の端部に給電線から給電されている。さらに、垂直偏波側放射素子１２４は垂直面内に位置するようにアーム１２８に固着された垂直偏波側給電箱１２７に端部が導入されて取り付けられており、垂直偏波側給電箱１２７内において垂直偏波側放射素子１２４の端部に給電線から給電されている。水平偏波側給電箱１２３および垂直偏波側給電箱１２７からは、同軸ケーブル等の給電線が導出されている。なお、給電線と水平偏波側放射素子１２０および垂直偏波側放射素子１２４との間に接続されるトロイダルコア等からなるバラントランスを用いる平衡・不平衡変換器が、水平偏波側給電箱１２３および垂直偏波側給電箱１２７内に収納されている。
【０００９】
サドル金具１３０によりアーム１２８に取り付けられた水平偏波側放射素子１２０と水平偏波側導波素子１２１および水平偏波側反射素子１２２は、図１３に示すようにアーム１２８の中心軸からずれた位置に配置され、サドル金具１３１によりアーム１２８に取り付けられた垂直偏波側放射素子１２４と垂直偏波側導波素子１２５および垂直偏波側反射素子１２６も、図１３に示すようにアーム１２８の中心軸からずれた位置に配置される。このため、アーム１２８に取り付けられた水平偏波用の八木アンテナの中心軸と垂直偏波用の八木アンテナの中心軸とが一致しないようになる。
【００１０】
ここで、従来の偏波共用八木型アンテナ１０１における主偏波・交差偏波特性を図１４に示す。図１４においては、主偏波の０°方向の放射のレベルを０ｄＢとしている。０°方向は、水平偏波側反射素子１２２および垂直偏波側反射素子１２６から３本の水平偏波側導波素子１２１および垂直偏波側導波素子１２５に向かうアーム１２８の中心軸の方向である。図１４を参照すると、主偏波の半値角は３０°以内とされて鋭い主ビームが０°方向に放射されている。交差偏波は、０°方向に約−１７．３ｄＢの交差偏波としては大きなレベルで放射されており、交差偏波識別度は約１７．３ｄＢしか得られていない。
この場合、垂直偏波および水平偏波に同一周波数帯を使用して、１台のアンテナ装置にて垂直偏波および水平偏波に対応させる場合には、交差偏波織別度として２０ｄＢ以上得られることが目標とされる。しかしながら、従来の偏波共用八木型アンテナ１０１においては、２０ｄＢ以上の交差偏波識別度が得られていない。この原因として、水平偏波側放射素子１２０および垂直偏波側放射素子１２４の給電部から漏洩電波が輻射されていることが考えられる。また、上記したアーム１２８に取り付けられた水平偏波用の八木アンテナの中心軸と垂直偏波用の八木アンテナの中心軸とが一致していないことが考えられる。
【００１１】
そこで、本発明は、優れた交差偏波識別度を得ることができる偏波共用八木型アンテナを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の偏波共用八木型アンテナは、アームのほぼ中心軸を含む第１平面上に第１導波素子と第１放射素子と第１反射素子とが配置されるように、前記アームに固着されている第１八木アンテナと、前記第１平面と直交すると共に前記アームのほぼ中心軸を含む第２平面に第２導波素子と第２放射素子と第２反射素子とが配置されるように、前記アームに固着されている第２八木アンテナと、不平衡形の第１給電手段から第１平衡・不平衡変換手段を介して平衡形の前記第１放射素子に給電する第１給電部と、不平衡形の第２給電手段から第２平衡・不平衡変換手段を介して平衡形の前記第２放射素子に給電する第２給電部とを備え、前記第１平衡・不平衡変換手段および前記第２平衡・不平衡変換手段が、導電性の前記アーム内に収納されていることを最も主要な特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、水平偏波用の八木アンテナと垂直偏波用の八木アンテナとの中心軸がアームの中心軸を通ると共に互いに直交して取り付けることができる。また、同軸ケーブルから給電される水平偏波側の八木アンテナにおける放射素子と、垂直偏波側の八木アンテナにおける放射素子とに、アーム内に収納される平衡・不平衡変換器を介して給電している。これにより、本発明にかかる偏波共用八木型アンテナにおいては、優れた交差偏波識別度が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例にかかる偏波共用八木型アンテナの構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施例にかかる偏波共用八木型アンテナの構成を示す正面図である。
【図３】放射素子と給電用の同軸ケーブルとの間に接続された平衡・不平衡変換器の構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の偏波共用八木型アンテナにおける給電部の構成を断面図で示す正面図である。
【図５】本発明の偏波共用八木型アンテナにおける給電部の構成を断面図で示す側面図である。
【図６】本発明にかかる偏波共用八木型アンテナの導波素子の取付構造を断面図で示す正面図である。
【図７】本発明にかかる偏波共用八木型アンテナの導波素子の取付構造を断面図で示す側面図である。
【図８】本発明にかかる偏波共用八木型アンテナの反射素子の取付構造を断面図で示す正面図である。
【図９】本発明にかかる偏波共用八木型アンテナの反射素子の取付構造を断面図で示す側面図である。
【図１０】本発明にかかる偏波共用八木型アンテナの主偏波・交差偏波特性を示す図である。
【図１１】従来の八木アンテナの構成の一例を示す斜視図である。
【図１２】従来の偏波共用八木型アンテナの構成の一例を示す斜視図である。
【図１３】従来の偏波共用八木型アンテナの構成の一例を示す正面図である。
【図１４】従来の偏波共用八木型アンテナの主偏波・交差偏波特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施例にかかる偏波共用八木型アンテナ１の構成を図１および図２に示す。図１は本発明の実施例にかかる偏波共用八木型アンテナ１の構成を示す斜視図であり、図２は本発明の実施例にかかる偏波共用八木型アンテナ１の構成を示す正面図である。
これらの図に示す本発明の実施例にかかる偏波共用八木型アンテナ１は、直線状とされた断面円形の金属製のアーム１８と、水平面内に配置された複数本（例えば、６本）の直線状の水平偏波側導波素子１１と、直線状の水平偏波側放射素子１０および直線状の水平偏波側反射素子１２と、垂直面内に配置された複数本（例えば、６本）の直線状の垂直偏波側導波素子１５と、直線状の垂直偏波側放射素子１４および直線状の垂直偏波側反射素子１６とから構成されている。アーム１８は、前方の第１アーム１８ａと後方の第２アーム１８ｂとに分割されて、その間にシールド筒体１９が配置されている。この第１アーム１８ａの前側から順に複数本の水平偏波側導波素子１１および垂直偏波側導波素子１５が第１アーム１８ａにほぼ直交して配置されている。次いで、水平偏波側放射素子１０および垂直偏波側放射素子１４がアーム１８の中途に配置されているシールド筒体１９にほぼ直交して配置されている。水平偏波側放射素子１０および垂直偏波側放射素子１４は、ダイポール素子とされている。続く後側に水平偏波側反射素子１２および垂直偏波側反射素子１６が第２アーム１８ｂにほぼ直交して配置されている。この場合、水平偏波側導波素子１１と、水平偏波側放射素子１０および水平偏波側反射素子１２とは相互にほぼ平行に水平面内に配置されて水平偏波用の八木アンテナを構成している。また、垂直偏波側導波素子１５と、垂直偏波側放射素子１４および垂直偏波側反射素子１６とは相互にほぼ平行に垂直面内に配置されて垂直偏波用の八木アンテナを構成している。
なお、アーム１８における第２アーム１８ｂは支柱も兼ねており、第２アーム１８ｂが偏波共用八木型アンテナ１を支持する支持体に取り付けられる。また、第２アーム１８ｂは第１アーム１８ａより太径とされているが、同径とすることができる。
【００１６】
本発明にかかる偏波共用八木型アンテナ１において、偏波共用八木型アンテナ１の使用周波数の波長をλとすると、ダイポール素子とされている水平偏波側放射素子１０および垂直偏波側放射素子１４の長さは約λ／２とされ、複数本の水平偏波側導波素子１１および垂直偏波側導波素子１５の長さは約λ／２より若干短い長さとされ、水平偏波側反射素子１２および垂直偏波側反射素子１６の長さは約λ／２より若干長い長さとされている。また、複数本の水平偏波側導波素子１１および垂直偏波側導波素子１５、水平偏波側放射素子１０および垂直偏波側放射素子１４、水平偏波側反射素子１２および垂直偏波側反射素子１６における各素子間の間隔は約λ／４の間隔とされている。これにより、使用周波数において水平偏波側導波素子１１および垂直偏波側導波素子１５が容量性となると共に水平偏波側反射素子１２および垂直偏波側反射素子１６が誘導性となって、水平偏波側反射素子１２および垂直偏波側反射素子１６から水平偏波側導波素子１１および垂直偏波側導波素子１５に向かう方向に半値角の小さい水平偏波および垂直偏波の鋭い放射ビームを有する指向特性を有するようになる。
【００１７】
本発明にかかる偏波共用八木型アンテナ１において、複数本の水平偏波側導波素子１１のそれぞれは、図２に示すように固着金具２０によりそれぞれ水平面内に位置するように第１アーム１８ａに取り付けられており、複数本の垂直偏波側導波素子１５のそれぞれも、固着金具２１によりそれぞれ垂直面内に位置するように第１アーム１８ａに取り付けられている。また、水平偏波側放射素子１０および垂直偏波側放射素子１４は、アーム１８の中途に設けられているシールド筒体１９に取り付けられている。シールド筒体１９は金属製とされており、内部に水平偏波側放射素子１０および垂直偏波側放射素子１４と同軸ケーブルとの間に接続されている後述する平衡・不平衡変換器が内蔵されている。水平偏波側放射素子１０および垂直偏波側放射素子１４は、この平衡・不平衡変換器を介して不平衡線路とされる同軸ケーブルから給電されている。同軸ケーブルは、アーム１８の端部から導出されたり、アーム１８に形成された引き出し孔から導出される。さらに、水平偏波側反射素子１２は、後述するように第２アーム１８ｂに固着された外部リングから突出するネジに螺着することにより水平面内に位置するように第２アーム１８ｂに取り付けられており、垂直偏波側反射素子１６も、後述するように第２アーム１８ｂに固着された外部リングから突出するネジに螺着することにより垂直面内に位置するように第２アーム１８ｂに取り付けられている。
【００１８】
互いに平行になるようにアーム１８に取り付けられた水平偏波側放射素子１０と水平偏波側導波素子１１および水平偏波側反射素子１２は、図２に示すようにアーム１８の中心軸を含む平面上に配置されて水平偏波用の八木アンテナが構成されている。また、互いに平行になるようにアーム１８に取り付けられた垂直偏波側放射素子１４と垂直偏波側導波素子１５および垂直偏波側反射素子１６も、図２に示すようにアーム１８のほぼ中心軸を含む上記平面と直交する平面上に配置されて垂直偏波用の八木アンテナが構成されている。このため、アーム１８に直交して取り付けられた水平偏波用の八木アンテナの中心軸と垂直偏波用の八木アンテナの中心軸とが、ほぼ一致するようになる。
【００１９】
次に、シールド筒体１９内に内蔵された平衡・不平衡変換器について説明する。図３（ａ）に、放射素子と給電用の同軸ケーブルとの間に接続された平衡・不平衡変換器３０の構成を示す上面図であり、図３（ｂ）は放射素子と給電用の同軸ケーブルとの間に接続された平衡・不平衡変換器３０の構成を示す正面図である。
放射素子は２本の放射素子３１ａ，３１ｂから構成されている。この２本からなる放射素子３１ａ、３１ｂは平衡形となっており、不平衡形の同軸ケーブル３２から給電することから、図３（ａ）（ｂ）に示す平衡・不平衡変換器３０が、放射素子３１ａ、３１ｂと同軸ケーブル３２との間に接続されている。放射素子３１ａ，３１ｂの使用周波数の波長をλとした際に、放射素子３１ａおよび放射素子３１ｂの長さはそれぞれ約λ／４とされて、λ／２の電気長とされたダイポール素子が形成されている。
【００２０】
平衡・不平衡変換器３０は、同軸ケーブル３２と、同軸ケーブル３２に所定間隔を置いてほぼ平行になるよう隣接して配置された分岐導体３４と、短絡板３３とにより構成されている。同軸ケーブル３２の外部導体３２ｂにおける先端の外周面には、一方の放射素子３１ｂの一端とされる給電端が接続されており、同軸ケーブル３２の先端から導出された内部導体３２ａは、折り返されて隣接して配置された分岐導体３４の内部導体３２ａとされている。同軸ケーブル３２において、内部導体３２ａは絶縁体に支持されて外部導体３２ｂのほぼ中心に配置され、分岐導体３４においては、内部導体３２ａは絶縁体に支持されて外部導体３４ｂのほぼ中心に配置されている。また、他方の放射素子３１ａの一端である給電端が分岐導体３４の外部導体３４ｂにおける先端の外周面に接続されている。さらに、分岐導体３４の長さは約λ／４の長さとされ、分岐導体３４における外部導体３４ｂの下端面が短絡板３３接続されており、短絡板３３は同軸ケーブル３２の外部導体３２ｂの外周面に接続されている。すなわち、同軸ケーブル３２の先端から約λ／４の長さだけ下方の位置における外部導体３２ｂに、長さが約λ／４とされた分岐導体３４の下端が短絡板３３により短絡されている。また、分岐導体３４における内部導体３２ａは先端から約λｇ／４の深さまで挿入されて、その先端は開放されている。このように、分岐導体３４における内部導体３２ａの長さは約λｇ／４とされている。なお、λｇは、分岐導体３４における管内波長である。
【００２１】
このように構成された平衡・不平衡変換器３０においては、分岐導体３４における内部導体３２ａの先端は開放されていることから先端に流れる電流は最小となり、その長さが約λｇ／４とされていることから分岐導体３４の先端において内部導体３２ａに流れる電流は最大となる。この内部導体３２ａに流れる電流と反対方向に同じ大きさの電流が対面する外部導体３４ｂの内面に流れ、この電流により他方の放射素子３１ａが励振される。そして、長さが約λ／４とされている外部導体３４ｂの下端が短絡板３３で同軸ケーブル３２の外部導体３２ｂに短絡されていることから、分岐導体３４の外部導体３４ｂの先端から見たインピーダンスがほぼ無限大と見なせるようになる。これにより、外部導体３４ｂの外面には電流が流れないようになって、分岐導体３４における漏洩電流が阻止されるようになる。
【００２２】
さらに、分岐導体３４の先端において内部導体３２ａに流れる電流が最大となることから、同軸ケーブル３２の先端において内部導体３２ａに流れる電流も最大となる。この内部導体３２ａに流れる電流と反対方向に同じ大きさの電流が対面する外部導体３２ｂの内面に流れ、この電流により一方の放射素子３１ｂが励振される。そして、外部導体３２ｂの先端から約λ／４の長さの位置において短絡板３３により分岐導体３４の外部導体３４ｂに短絡されていることから、同軸ケーブル３２の外部導体３２ｂの先端から見たインピーダンスがほぼ無限大と見なせるようになる。これにより、外部導体３２ｂの外面には電流が流れないようになって、同軸ケーブル３２における漏洩電流が阻止されるようになる。
上記したように、平衡・不平衡変換器３０により同軸ケーブル３２を伝送されてきた不平衡信号は平衡信号に変換されて、平衡形の放射素子３１ａ，３１ｂに給電されるようになる。この場合、上記説明したように平衡・不平衡変換器３０において漏洩電流は生じない。
【００２３】
このような平衡・不平衡変換器３０を水平偏波側放射素子１０および垂直偏波側放射素子１４に設けた本発明の本発明の偏波共用八木型アンテナ１における給電部の構成を示す正面図を図４に示し、本発明の本発明の偏波共用八木型アンテナ１における給電部の構成を示す側面図を図５に示す。
これらの図に示す給電部では、２本の放射素子１０ａ，１０ｂからなる水平偏波側放射素子１０に同軸ケーブル４０から平衡・不平衡変換器を介して給電すると共に、２本の放射素子１４ａ，１４ｂからなる垂直偏波側放射素子１４に同軸ケーブル４１から平衡・不平衡変換器を介して給電している。この内の水平偏波側放射素子１０に給電する給電部においては、一方の放射素子１０ａの一端とされる給電端が同軸ケーブル４０の外部導体４０ｂにおける先端の外周面に固着されて電気的に接続され、同軸ケーブル４０の先端から導出された内部導体４０ａが折り返されて平行配置された分岐導体４２の内部導体とされている。同軸ケーブル４０において、内部導体４０ａは絶縁体に支持されて外部導体４０ｂのほぼ中心に配置され、分岐導体４２においては、内部導体４０ａは絶縁体に支持されて外部導体４２ｂのほぼ中心に配置されている。また、他方の放射素子１０ｂの一端である給電端が分岐導体４２の外部導体４２ｂにおける先端の外周面に固着されて電気的に接続されている。さらに、分岐導体４２の長さは約λ／４の長さとされ、分岐導体４２における外部導体４２ｂの下端面が短絡板４４に接続されており、短絡板４４は同軸ケーブル４０の外部導体４０ｂの外周面に接続されている。すなわち、同軸ケーブル４０の先端から約λ／４の長さだけ下方の位置における外部導体４０ｂに、長さが約λ／４とされた分岐導体４２の下端が短絡板４４により短絡されている。また、分岐導体４２における内部導体４０ａは先端から約λｇ／４の深さまで挿入されて、その先端は開放されている。このように、分岐導体４２における内部導体４０ａの長さは約λｇ／４とされている。なお、λｇは、分岐導体４２における管内波長である。上記したように、水平偏波側放射素子１０に給電する平衡・不平衡変換器は、同軸ケーブル４０、分岐導体４２および短絡板４４により構成されている。
【００２４】
また、垂直偏波側放射素子１４に給電する給電部では、２本の放射素子１４ａ，１４ｂからなる垂直偏波側放射素子１４に同軸ケーブル４１から平衡・不平衡変換器を介して給電している。すなわち、一方の放射素子１４ａの一端とされる給電端が同軸ケーブル４１の外部導体４１ｂにおける先端の外周面に固着されて電気的に接続され、同軸ケーブル４１の先端から導出された内部導体４１ａが折り返されて平行配置された分岐導体４３の内部導体とされている。同軸ケーブル４１において、内部導体４１ａは絶縁体に支持されて外部導体４１ｂのほぼ中心に配置され、分岐導体４３においては、内部導体４１ａは絶縁体に支持されて外部導体４３ｂのほぼ中心に配置されている。また、他方の放射素子１４ｂの一端である給電端が分岐導体４３の外部導体４３ｂにおける先端の外周面に固着されて電気的に接続されている。さらに、分岐導体４３の長さは約λ／４の長さとされ、分岐導体４３における外部導体４３ｂの下端面が短絡板４５に接続されており、短絡板４５は同軸ケーブル４１の外部導体４１ｂの外周面に接続されている。すなわち、同軸ケーブル４１の先端から約λ／４の長さだけ下方の位置における外部導体４１ｂに、長さが約λ／４とされた分岐導体４３の下端が短絡板４５により短絡されている。また、分岐導体４３における内部導体４１ａは先端から約λｇ／４の深さまで挿入されて、その先端は開放されている。このように、分岐導体４３における内部導体４１ａの長さは約λｇ／４とされている。なお、λｇは、分岐導体４３における管内波長である。上記したように、垂直偏波側放射素子１４に給電する平衡・不平衡変換器は、同軸ケーブル４１、分岐導体４３および短絡板４５により構成されている。
【００２５】
上記説明したように給電部では、水平偏波側の内部導体４１ａの折り返し部は垂直偏波側の内部導体４０ａの折り返し部にほぼ直交配置されると共に、内部導体４０ａの折り返された水平部分と内部導体４１ａの折り返された水平部分の間に絶縁板４６が配置されて相互に短絡されることを防止している。また、同軸ケーブル４０と分岐導体４２との間に、ほぼ直交して同軸ケーブル４１と分岐導体４３とが配置されて、給電部はコンパクト化されている。このため、給電部をシールド筒体１９およびアーム１８内に収納できるようになる。
なお、図５に示すようにシールド筒体１９の外径はアーム１８の外径より若干大きくされているが、シールド筒体１９の内径はアーム１８の内径より小さくされており、シールド筒体１９の両端から所定長さの部位に段差が形成されて一端部の外径が第１アーム１８ａの内径にほぼ等しくされ、他端部の外径が第２アーム１８ｂの内径にほぼ等しくされている。この、シールド筒体１９の他端部の外周面には雄ねじが形成されていると共に、第２アーム１８ｂ内周面に雌ねじが形成されている。このシールド筒体１９の外周面に形成された雄ねじを第２アーム１８ｂの内周面に形成された雌ねじに螺着することにより、第２アーム１８ｂがシールド筒体１９に固着される。また、細径とされたシールド筒体１９の一端部を第１アーム１８ａ内に嵌挿し、複数本のビスを横方向から第１アーム１８ａにねじ込むことによりビスの先端がシールド筒体の一端部の外周面に圧接されて、第１アーム１８ａに回転不能にシールド筒体１９に固着される。これにより、第１アーム１８ａと第２アーム１８ｂとの間にシールド筒体１９が一体になるよう固着される。また、シールド筒体１９には内周面から外周面に貫通する４つの挿通孔が互いに約９０°の角度となるように形成されており、この挿通孔のそれぞれに水平偏波側放射素子１０の２本の放射素子１０ａ，１０ｂと、垂直偏波側放射素子１４の２本の放射素子１４ａ，１４ｂとが挿通されてシールド筒体１９から導出されている。この場合、放射素子１０ａ，１０ｂおよび放射素子１４ａ，１４ｂは、それぞれ絶縁材からなる支持手段によりシールド筒体１９に形成されている挿通孔に支持されているが、その構成は省略して示している。
【００２６】
給電部における水平側および垂直側の平衡・不平衡変換器においては、分岐導体４２，４３における内部導体４０ａ，４１ａの先端は開放されていることから先端に流れる電流は最小となり、その長さが約λｇ／４とされていることから分岐導体４２，４３の先端において内部導体４０ａ，４１ａに流れる電流は最大となる。この内部導体４０ａ，４１ａに流れる電流と反対方向に同じ大きさの電流が対面する外部導体４２ｂ，４３ｂの内面に流れ、この電流により他方の放射素子１０ｂ、１４ｂが励振される。そして、長さが約λ／４とされている外部導体４２ｂ，４３ｂの下端が短絡板４４，４５で同軸ケーブル４０，４１の外部導体４０ｂ，４１ｂに短絡されていることから、分岐導体４２，４３の外部導体４２ｂ，４３ｂの先端から見たインピーダンスがほぼ無限大と見なせるようになる。これにより、外部導体４２ｂ，４３ｂの外面には電流が流れないようになって、分岐導体４２，４３における漏洩電流が阻止されるようになる。
【００２７】
さらに、分岐導体４２，４３の先端において内部導体４０ａ，４１ａに流れる電流が最大となることから、同軸ケーブル４０，４１の先端において内部導体４０ａ，４１ａに流れる電流も最大となる。この内部導体４０ａ，４１ａに流れる電流と反対方向に同じ大きさの電流が対面する外部導体４０ｂ，４１ｂの内面に流れ、この電流により一方の放射素子１０ａ，１４ａが励振される。そして、外部導体４０ｂ，４１ｂの先端から約λ／４の長さの位置において短絡板４４，４５により分岐導体４２，４３の外部導体４２ｂ，４３ｂに短絡されていることから、同軸ケーブル４０，４１の外部導体４０ｂ，４１ｂの先端から見たインピーダンスがほぼ無限大と見なせるようになる。これにより、外部導体４０ｂ，４１ｂの外面には電流が流れないようになって、同軸ケーブル４０，４１における漏洩電流が阻止されるようになる。
上記したように、給電部における２つの平衡・不平衡変換器により同軸ケーブル４０，４１を伝送されてきた不平衡信号は平衡信号に変換されて、平衡形の水平偏波側放射素子１０ａ，１０ｂおよび垂直側放射素子１４ａ，１４ｂに給電されるようになる。
【００２８】
給電部における水平偏波側の給電部および垂直偏波側の給電部において漏洩電流が流れないとしたのは、理論上は流れないとしたのであって、実際には微量な漏洩電流が生じており、漏洩電流による放射界への影響が生じるようになる。そこで、本発明の偏波共用八木型アンテナ１においては、図４、図５に示すように平衡・不平衡変換器を備える水平偏波側の給電部および垂直偏波側の給電部を交差するように配置してコンパクト化することにより、水平偏波側の給電部および垂直偏波側の給電部をシールド筒体１９内に収納できる構成としている。シールド筒体１９の前後には図５に示すように分割された第１アーム１８ａと第２アーム１８ｂとが固着されて、シールド筒体１９に一体化されている。そして、第１アーム１８ａと第２アーム１８ｂおよびシールド筒体１９が金属性のパイプからなることから、水平偏波側の給電部および垂直偏波側の給電部において微量な漏洩電流が生じても、漏洩電流による放射界への影響を防止することができるようになる。
なお、同軸ケーブル４０，４１と分岐導体４２，４３とをほぼ平行になるよう支持する絶縁セパレータが所定間隔でアーム１８およびシールド筒体１９内に設けられている。
【００２９】
次に、水平偏波側導波素子１１および垂直偏波側導波素子１５を第１アーム１８ａに固着する固着構造を図６，図７に示す。図６は本発明にかかる偏波共用八木型アンテナ１の導波素子の取付構造を断面図で示す正面図であり、図７は本発明にかかる偏波共用八木型アンテナの導波素子の取付構造を断面図で示す側面図である。
これらの図に示す取付構造において、水平偏波側導波素子１１は２本に分割された導波素子１１ａ，１１ｂからなり、導波素子１１ａ，１１ｂの根本部の外周面にはネジが形成されている。また、垂直偏波側導波素子１５は２本に分割された導波素子１５ａ，１５ｂからなり、導波素子１５ａ，１５ｂの根本部の外周面にはネジが形成されている。断面円形の第１アーム１８ａ内には円筒状の内部リング５０を挿入しておく。この内部リング５０は金属製あるいは樹脂製とされるが、内部リング５０にはネジが形成されているネジ孔が互いに約９０°の角度となるように４つ形成されている。また、第１アーム１８ａには複数本の水平偏波側導波素子１１および垂直偏波側導波素子１５を取り付けるそれぞれの位置に、内部リング５０のネジ孔に対応する挿通孔が互いに約９０°の角度となるように４つ形成されている。
【００３０】
そして、水平偏波側導波素子１１の導波素子１１ａ，１１ｂおよび垂直偏波側導波素子１５の導波素子１５ａ，１５ｂの根本部にそれぞれ形成されているネジが所定の長さだけ突出するように、固着金具２０ａを導波素子１１ａに、固着金具２０ｂを導波素子１１ｂに、固着金具２１ａを導波素子１５ａに、固着金具２１ｂを導波素子１５ｂに固着する。次いで、導波素子１１ａ，１１ｂおよび導波素子１５ａ，１５ｂから突出しているネジのそれぞれにブッシュ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄを挿入して、第１アーム１８ａに挿入された内部リング５０の位置を調節してネジ孔を第１アーム１８ａに形成された挿通孔に合わせ、挿通孔のそれぞれに水平偏波側導波素子１１の導波素子１１ａ，１１ｂおよび垂直偏波側導波素子１５の導波素子１５ａ，１５ｂを挿入して、それぞれの根本に形成されたネジを内部リング５０のネジ穴にそれぞれ螺合する。さらに、固着金具２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂを回転させて内部リング５０に締着することにより、水平偏波側導波素子１１の導波素子１１ａ，１１ｂおよび垂直偏波側導波素子１５の導波素子１５ａ，１５ｂを、互いに直交するように第１アーム１８ａに固着することができる。なお、第１アーム１８ａに形成された複数本分の挿通孔のそれぞれに対応して複数個の内部リング５０が第１アーム１８ａに挿入されており、それぞれの内部リング５０を利用して複数本の水平偏波側導波素子１１および垂直偏波側導波素子１５が第１アーム１８ａに、互いに直交するように固着される。また、固着金具２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂとブッシュ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄとの間にはバネ座金が介在されている。
【００３１】
次に、水平偏波側反射素子１２および垂直偏波側反射素子１６を第２アーム１８ｂに固着する固着構造を図８，図９に示す。図８は本発明にかかる偏波共用八木型アンテナ１の反射素子の取付構造を断面図で示す正面図であり、図９は本発明にかかる偏波共用八木型アンテナの反射素子の取付構造を断面図で示す側面図である。なお、第２アーム１８ｂをシールド筒体１９に固着した後において、水平偏波側反射素子１２および垂直偏波側反射素子１６は第２アーム１８ｂに固着される。
これらの図に示す取付構造において、水平偏波側反射素子１２は２本に分割された反射素子１２ａ，１２ｂからなり、反射素子１２ａ，１２ｂの根本部の内部にはネジが形成されている。また、垂直偏波側反射素子１６は２本に分割された反射素子１６ａ，１６ｂからなり、反射素子１６ａ，１６ｂの根本部の内部にはネジが形成されている。さらに、断面円形の第２アーム１８ｂの外側に円筒状の外部リング５３が嵌着されており、外部リング５３の外周面には互いに約９０°の角度で突出するように４つのボス５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄがそれぞれ形成されている。この外部リング５３は金属製あるいは樹脂製とされ、ボス５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄには、それぞれネジ穴が貫通して設けられている。
【００３２】
このボス５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄにそれぞれネジ部１２ｃ，１２ｄとネジ部１６ｃ，１６ｄとを螺着して、ネジ部１２ｃ，１２ｄおよびネジ部１６ｃ，１６ｄの先端を第２アーム１８ｂの外周面に圧接させる。次いで、ネジ部１２ｃ，１２ｄおよびネジ部１６ｃ，１６ｄに、バネ座がね１２ｆ，１２ｈとバネ座がね１６ｆ，１６ｈとをそれぞれ嵌挿し、さらに、六角状のナット１２ｅ，１２ｇをネジ部１２ｃ，１２ｄにそれぞれ螺着すると共に六角状のナット１６ｅ，１６ｇをネジ部１６ｃ，１６ｄにそれぞれ螺着する。これにより、ネジ部１２ｃ，１２ｄ，１６ｃ，１６ｄの先端が第２アーム１８ｂの外周面に圧接されることから、第２アーム１８ｂの所定位置に回転不能に外部リング５３が固着される。
そして、ナット１２ｅ，１２ｇから所定の長さで突出しているネジ部１２ｃ，１２ｄのそれぞれに反射素子１２ａ，１２ｂの内部に形成されたネジをそれぞれ螺着する。また、ナット１６ｅ，１６ｇから所定の長さで突出しているネジ部１６ｃ，１６ｄのそれぞれに反射素子１６ａ，１６ｂの内部に形成されたネジをそれぞれ螺着する。これにより、水平偏波側反射素子１２の反射素子１２ａ，１２ｂがネジ部１２ｃ，１２ｄに固着されると共に、垂直偏波側反射素子１６の反射素子１６ａ，１６ｂがネジ部１６ｃ，１６ｄに固着されて、水平偏波側反射素子１２と垂直偏波側反射素子１６とが互いに直交するように第２アーム１８ｂに固着されるようになる。
【００３３】
ここで、本発明にかかる偏波共用八木型アンテナ１における主偏波・交差偏波特性を図１０に示す。図１０においては、主偏波の０°方向の放射のレベルを０ｄＢとしている。０°方向は、水平偏波側反射素子１２および垂直偏波側反射素子１６から複数本の水平偏波側導波素子１１および垂直偏波側導波素子１５に向かうアーム１８の中心軸の方向である。図１０を参照すると、主偏波の半値角は３０°以内とされて鋭い主ビームが０°方向に放射されている。交差偏波は、０°方向に約−３０．３ｄＢの小さなレベルで放射されるようになり、交差偏波識別度として約３０．３ｄＢの良好な値が得られている。このように良好な交差偏波識別度が得られるのは、本発明にかかる偏波共用八木型アンテナ１は、給電部において微量な漏洩電流が生じても、シールド筒体１９に給電部を収納したことによる作用により漏洩電流による放射界への影響を防止できる構成とされていること、および、アーム１８に取り付けられた水平偏波用の八木アンテナの中心軸と垂直偏波用の八木アンテナの中心軸とが一致している構成とされているからと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
以上説明した本発明にかかる偏波共用八木型アンテナにおいては、水平偏波側の八木アンテナを構成する導波素子、放射素子および反射素子と、垂直偏波側の八木アンテナを構成する導波素子、放射素子および反射素子とを、アームの中心軸を通ると共に互いに直交して取り付けることができる。また、同軸ケーブルから給電される水平偏波側の八木アンテナにおける放射素子と、垂直偏波側の八木アンテナにおける放射素子とに、アーム内に収納される平衡・不平衡変換器を介して給電するようにしている。これにより、本発明にかかる偏波共用八木型アンテナにおいては、優れた交差偏波識別度が得られるようになる。
【符号の説明】
【００３５】
１ 偏波共用八木型アンテナ、１０ 水平偏波側放射素子、１０ａ，１０ｂ 放射素子、１１ 水平偏波側導波素子、１１ａ，１１ｂ 導波素子、１２ 水平偏波側反射素子、１２ａ，１２ｂ 反射素子、１２ｃ ネジ部、１２ｄ ネジ部、１２ｅ ナット、１２ｆ バネ座金、１２ｇ ナット、１２ｈ バネ座金、１４ 垂直偏波側放射素子、１４ａ，１４ｄ 放射素子、１５ 垂直偏波側導波素子、１５ａ，１５ｂ 導波素子、１６ 垂直偏波側反射素子、１６ａ，１６ｂ 反射素子、１６ｃ ネジ部、１６ｄ ネジ部、１６ｅ ナット、１６ｆ バネ座金、１６ｇ ナット、１６ｈ バネ座金、１８ アーム、１８ａ 第１アーム、１８ｂ 第２アーム、１９ シールド筒体、２０ 固着金具、２０ａ 固着金具、２０ｂ 固着金具、２１ 固着金具、２１ａ 固着金具、２１ｂ 固着金具、３０ 不平衡変換器、３１ａ 放射素子、３１ａ，３１ｂ 放射素子、３２ 同軸ケーブル、３２ａ 内部導体、３２ｂ 外部導体、３３ 短絡板、３４ 分岐導体、３４ｂ 外部導体、４０ 同軸ケーブル、４０ａ 内部導体、４０ｂ 外部導体、４１ 同軸ケーブル、４１ａ 内部導体、４１ｂ 外部導体、４２ 分岐導体、４２ｂ 外部導体、４３ 分岐導体、４３ｂ 外部導体、４４ 短絡板、４５ 短絡板、４６ 絶縁板、５０ 内部リング、５１ａ ブッシュ、５２ａ〜５２ｄ ボス、５３ 外部リング、１００ 八木アンテナ、１０１ 偏波共用八木型アンテナ、１１０ 放射素子、１１１ 導波素子、１１２ 反射素子、１１３ 給電箱、１１４ アーム、１２０ 水平偏波側放射素子、１２１ 水平偏波側導波素子、１２２ 水平偏波側反射素子、１２３ 水平偏波側給電箱、１２４ 垂直偏波側放射素子、１２５ 垂直偏波側導波素子、１２６ 垂直偏波側反射素子、１２７ 垂直偏波側給電箱、１２８ アーム、１３０ サドル金具、１３１ サドル金具
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アームのほぼ中心軸を含む第１平面上に第１導波素子と第１放射素子と第１反射素子とが配置されるように、前記アームに固着されている第１八木アンテナと、
前記第１平面と直交すると共に前記アームのほぼ中心軸を含む第２平面に第２導波素子と第２放射素子と第２反射素子とが配置されるように、前記アームに固着されている第２八木アンテナと、
不平衡形の第１給電手段から第１平衡・不平衡変換手段を介して平衡形の前記第１放射素子に給電する第１給電部と、
不平衡形の第２給電手段から第２平衡・不平衡変換手段を介して平衡形の前記第２放射素子に給電する第２給電部とを備え、
前記第１平衡・不平衡変換手段および前記第２平衡・不平衡変換手段が、導電性の前記アーム内に収納されていることを特徴とする偏波共用八木型アンテナ。
【請求項２】
前記アームが分割されて、前記アームの中途に導電性のシールド筒体が設けられており、該シールド筒体に前記第１放射素子と前記第２放射素子とが取り付けられていると共に、該シールド筒体内に前記第１平衡・不平衡変換手段および前記第２平衡・不平衡変換手段が収納されていることを特徴とする請求項１記載の偏波共用八木型アンテナ。
【請求項１】
アームのほぼ中心軸を含む第１平面上に第１導波素子と第１放射素子と第１反射素子とが配置されるように、前記アームに固着されている第１八木アンテナと、
前記第１平面と直交すると共に前記アームのほぼ中心軸を含む第２平面に第２導波素子と第２放射素子と第２反射素子とが配置されるように、前記アームに固着されている第２八木アンテナと、
不平衡形の第１給電手段から第１平衡・不平衡変換手段を介して平衡形の前記第１放射素子に給電する第１給電部と、
不平衡形の第２給電手段から第２平衡・不平衡変換手段を介して平衡形の前記第２放射素子に給電する第２給電部とを備え、
前記第１平衡・不平衡変換手段および前記第２平衡・不平衡変換手段が、導電性の前記アーム内に収納されていることを特徴とする偏波共用八木型アンテナ。
【請求項２】
前記アームが分割されて、前記アームの中途に導電性のシールド筒体が設けられており、該シールド筒体に前記第１放射素子と前記第２放射素子とが取り付けられていると共に、該シールド筒体内に前記第１平衡・不平衡変換手段および前記第２平衡・不平衡変換手段が収納されていることを特徴とする請求項１記載の偏波共用八木型アンテナ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−２３９１９８（Ｐ２０１１−２３９１９８Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０９１７６（Ｐ２０１０−１０９１７６）
【出願日】平成２２年５月１１日（２０１０．５．１１）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【出願人】（０００２２７８９２）日本アンテナ株式会社 (176)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１１日（２０１０．５．１１）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【出願人】（０００２２７８９２）日本アンテナ株式会社 (176)
【Ｆターム（参考）】
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