双方向性アンテナ
【課題】 携帯電話，自動車電話その他の移動体通信において、制限された領域内の通信に好適に使用できること。
【解決手段】 円状に形成した導波管リングＭRと、該導波管リングＭRの略中央位置付近に取り付けられ,且つ前記導波管リングＭR内に突出するプローブＰとからなること。
【解決手段】 円状に形成した導波管リングＭRと、該導波管リングＭRの略中央位置付近に取り付けられ,且つ前記導波管リングＭR内に突出するプローブＰとからなること。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、携帯電話，自動車電話その他の移動体通信において、制限された領域内の通信に好適に使用できる双方向性アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、通信技術の発達と、移動体通信端末（携帯電話端末，ＰＨＳ端末，自動車電話端末，業務用通信端末，船舶無線端末，航空無線端末その他の非固定局又は移動可能な通信端末をいう。以下同じ。）の爆発的な普及により、多様な場面で移動体端末が利用されている。
【０００３】とりわけ、徒歩中や,電車内,自動車内、トンネル内等から通信を行う機会が激増しているが、通信中に移動すると、通信が途絶えたり強制切断されることがある。即ち、比較的直線部分の長い道路上等にて自動車等に搭乗した状態で、その道路等を、基地局近傍を通過するようにして移動する。すると、ある所で、通信に使用中の基地局アンテナの指向特性エリア内（通信に必要な電界強度を得られるビームパターン内）から、自己の移動体通信端末が圏外となることが顕著にある。移動により、通信に必要な電界強度を得ることができるエリアから外れてしまったり、道路等の近傍の高層建築物の壁面による反射波の干渉を受けて電界強度が弱まる位置に偶然遭遇したりするからである。
【０００４】その原因の一つに、基地局やトンネル内で使用されているアンテナ（空中線）の多くが、いわゆる垂直ダイポール型,ヘリカルロッド型,スコーン型，同軸ケーブルからの漏れ電磁波によるアンテナその他の無指向性アンテナであることが挙げられる。良好な双方向の指向特性を備えたアンテナが存在しないからである。
【０００５】また、上述のような移動体通信に限らず、業務用無線，ＰＨＳ，警察無線等であっても、道路や路線脇に設置されているアンテナの殆ども無指向性であることが多い。アンテナの構造が簡単で、受風面積も小さく、低いコストで、大量のアンテナを設置できるからである。
【０００６】ところで、移動体の通信に関して、移動体通信事業者の交換設備の機能によっていわゆるテイクオーバー（ハンドオーバー）処理が行われている。異なる基地局のゾーン間を連続的に移動するような移動体通信であっても、通信を切断することなく通信の連続性を保証する処理であるが、同一基地局のエリア内で移動しながら通信する場合は、テイクオーバー等の処理は意味がない。したがって、依然、上述のような、移動体通信における電界強度の変化に起因した通信断等の問題が存在している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】したがって、同一基地局エリア内で通信端末が一定経路に沿って移動するような移動体通信において、移動体通信端末と好適に電磁波を送信又は受信することができるアンテナの登場が待望されている。特に、従来の無指向性アンテナの種々のコスト（設置コスト，製造コスト，維持コスト等）と比較しても十分に代替可能であるような新規なアンテナの登場が待望されている。
【０００８】そこで発明者は、鋭意研究を重ねた結果、その発明を、円状に形成した導波管リングと、該導波管リングの略中央位置付近に取り付けられ,且つ前記導波管リング内に突出するプローブとからなる双方向性アンテナ等としたことで、極めて簡易な構造であって、且つビームパターンの決定も容易で、製造やメンテナンスも格段に容易となるので、同一基地局エリア内で通信端末が一定経路に沿って移動するような移動体通信においても、移動体通信端末と好適に電磁波を送信又は受信することができ、特に、従来の無指向性アンテナの種々のコストと比較しても十分に代替可能とすることができ、上記課題を解決したものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の好適な実施の一形態について説明する。図１は、本発明の双方向性アンテナの第１実施形態に係る構成外略図である。本発明の第１実施形態に係る双方向性アンテナは、主に、円状に形成した導波管リングＭRと、該導波管リングＭRの略中央位置付近に取り付けられ，且つ前記導波管リングＭR内に突出するプローブＰとから構成される。
【００１０】前記導波管リングＭRは、２方向（ｚ方向）に開口部Ａ（第１開口部Ａ1及び第２開口部Ａ2：いずれが第１であっても第２であってもよい）を有する、円形状に形成した導波管である（図１参照）。その形状は、理想的には真円とするが、製造上生じ得るわずかな歪みを含んでいてもほぼ円形状であれば差し支えない。
【００１１】説明の便宜のため、３次元座標において前記導波管リングＭRの中心位置を原点Ｏと符合させる。半径をａ1（即ち直径が２ａ1）と，幅をｄと，前記原点Ｏからの任意の距離ｒだけ離れた自由空間の一点を点Ｐrと，ｚ軸と線分ＯＰrとがなす角をΘと，前記点Ｐrからｘｙ平面上に垂直に下ろした点Ｐr´が前記原点Ｏと結ぶ線分を線分ＯＰr´と，該線分ＯＰr´がｘ軸となす角をΦとする。前記半径ａ1と前記幅ｄとは、優先ＴＥ11モードで動作する標準的な円形導波管と同様にして求めることができる。しかし、前記幅ｄが小さい場合は、前記プローブＰに近い開口部Ａにおける振幅は複数のモードから構成され、前記プローブＰ付近の高位モードのエバネッセント波はかなり大きいレベルを有する。
【００１２】前記プローブＰは、前記導波管リングＭRの略中央位置付近（正確に中央位置であってもよいし、その近傍であってもよい。以下同じ。）に取り付けられ，且つ前記導波管リングＭR内に突出するようにして設けられる（図１参照）。具体的には、同軸ケーブルＣCの図示しないアース線（網線等）が前記導波管リングＭRに接続される。また、前記同軸ケーブルＣCの図示しない芯線は、ＢＮＣ型コネクタ，Ｎ型コネクタ等の整合特性が良好なメスコネクタＣNに接続される。そのメスコネクタＣNには、前記同軸ケーブルＣCの芯線に対応するように適切な長さの銅線（実質的な前記プローブＰとしての銅線）を接続する。
【００１３】これにより、前記同軸ケーブルＣCの芯線は、電磁波を前記導波管リングＭR内に放射するためのプローブＰとして実質的に機能する。該プローブＰは、送信のためだけでなく、電磁波を受信するためにも使用される。そして、前記導波管リングＭRの略中央位置付近に取り付けられる構成とする。
【００１４】図２は、発信源（前記プローブＰ）からの距離の関数として前記導波管リングＭR内における３つの最下位モードでの相対振幅のグラフである。発信源からの距離が0.075λ（ＴＥ11カットオフ周波数の1.03における動作周波数）であるとき、高位モードであるＴＥ01及びＴＥ21モードは優先モードの電力のおよそ1/16となり、高位モードの電力は無視できることになる。
【００１５】図３は、動作周波数がＴＥ11カットオフ周波数の1.03におけるＥ平面内〔図３（Ａ）〕及びＨ平面内〔図３（Ｂ）〕の、放射パターンの理論値と実験値とに係るグラフである。これより、双方向に指向特性を得られたことがわかる。また、前記導波管リングＭRの幅ｄが長くなる程、ビーム幅が広くなるが、幅ｄが0.15λ以下の場合はビーム幅は狭くならない。
【００１６】図４は、前記導波管リングＭRの幅ｄの関数としての指向特性を示す。これにより、最高6.9dBiの指向特性を得られる最適な幅ｄは、該幅ｄが（ＴＥ11カットオフ周波数の1.03における動作周波数としての）0.15λであることがわかる。前記幅ｄの寸法は、ＴＥ11基本モードが伝播できるように選択される。図５は、ＴＥ11モードカットオフ周波数における動作周波数と、前記導波管リングＭRの幅（ｄ／λ）との間の相関を示す。
【００１７】図６乃至図８は、導波管リングＭRの幅ｄと半径ａ1とを様々に変化させた場合の放射パターングラフである。幅ｄを概ね0.7λ以上にすると、ビームパターンは徐々にスプリットビームとなる。図６は前記半径ａ1＝0.3019λときの各平面内ビームパターンを示す。図７はＷＣ４５１導波管を適用した場合であって前記半径ａ1＝0.3461λとしたときの各平面内ビームパターンを示す。図８はＷＣ５２８導波管を適用した場合であって前記半径ａ1＝0.4262λとしたときの各平面内ビームパターンを示す。
【００１８】例えば、図６（Ａ）は本発明の第１実施形態の双方向性アンテナの放射パターンを解析的に求めたＥ平面内のパターングラフである（後述する第２実施形態にも適用できる）が、これより、前記導波管リングＭRの幅ｄを変化させることにより、ビームパターン特性も変化することがわかる。
【００１９】ここで、本発明の双方向性アンテナの特性を特に良好とするために、前記導波管リングＭRの外径の半径ａ1は、好ましくは前記プローブＰに入射させる（又は前記プローブＰを励振させる）入射波のおよそ0.25乃至0.35波長の長さと、より理想的には0.3乃至0.31波長の長さと、最も理想的には0.3019波長の長さとする。
【００２０】また、前記導波管リングＭRの幅ｄは、入射波のおよそ0.1乃至0.2波長の長さと、より理想的には0.13波長乃至0.17波長の長さと、最も理想的には0.15波長の長さとする。
【００２１】更に、前記プローブＰの長さＬは、入射波のおよそ0.2乃至0.3波長の長さと、より理想的には0.24波長乃至0.25波長の長さと、最も理想的には0.248波長の長さとして、前記導波管リングＭR内に突出させる構成とする。
【００２２】図９（Ａ）は、このようにして本発明の第１実施形態に係る双方向性アンテナＡＮＴ１から実際に電磁波を放射して実験したときの、Ｅ平面内におけるビームパターンを示す。また、図９（Ｂ）は同様にＨ平面内のビームパターンを示す。具体的には、半径ａ1＝4.75cm，幅ｄ＝2.36cm，プローブＰの長さＬ＝3.93cm，プローブＰの直径1mm，動作周波数ｆ＝1906.55MHzとしたときのビームパターンである。
【００２３】前記幅ｄを増加させるとビームパターンを鋭くさせることができる。即ち、ある定点における電界強度だけを考えれば、その定点で受信した電磁波の電界強度（又は受信電力）は、従来のアンテナから放射された電磁波のときよりも、格段に強いものとすることができ、良好に通信状態を維持することができる。また、理論値と実験値とが非常に高い精度でほぼ一致していることから、設計・製造が極めて容易で、ビームパターンを確実に良好とすることができる。
【００２４】このような第１実施形態の双方向性アンテナを、実際に高速道路の側壁上に設置し、ビームパターンが高速道路の延伸方向と平行となるようにした〔図１０R>０（Ａ）参照〕。このときの、前記プローブＰから一定距離離れた測定点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ及びＦにおける、受信電界強度の測定結果を図１０（Ｂ）に示す。
【００２５】この実験結果より、本実施形態に係る双方向性アンテナによって2.15dBiの利得を得ることができる距離は、他の単方向性アンテナを用いた場合と比較して、約２倍となり、極めて優れた利得を得ることができる。
【００２６】次に、本発明の第２の実施形態に係る方形状の双方向性アンテナの構造について説明する（図１１参照）。本発明の第２実施形態に係る双方向性アンテナは、主に、方形状に形成した導波管（方形状導波管ＭT）と、該方形状導波管ＭTの略中央位置付近に取り付けられ，且つ前記方形状導波管ＭT内に突出するプローブＰとから構成される。
【００２７】前記方形状導波管ＭTは、２方向（ｘ方向）に開口部を有する、方形状に形成した導波管である（図１１参照）。説明の便宜のため、３次元座標において前記方形状導波管ＭTの中心位置を原点Ｏと符合させる。縦の長さ（長手方向の長さ）をａ2と，横の長さ（開口部長手方向の長さ）をｂと、幅の長さ（開口部短辺の長さ）をｃと，前記原点Ｏからの任意の距離ｒだけ離れた自由空間の一点を点Ｑrと，ｚ軸と線分ＯＱとがなす角をΘと，前記点Ｑrからｘｙ平面上に垂直に下ろした点Ｑr´が前記原点Ｏと結ぶ線分を線分ＯＱr´と，該線分ＯＱr´がｘ軸となす角をΦとする。
【００２８】前記プローブＰは、前記方形状導波管ＭTの長手方向側面における略中央位置付近に，且つ前記方形状導波管ＭT内に突出するようにして設けられる（図１１１１参照）。具体的には、第１実施形態の場合と同様に、Ｎ型コネクタ等のコネクタＣNにて接続される。該プローブＰは、送信のためだけでなく、電磁波を受信するためにも使用される。これを基本モードにて励振させると、前記方形状導波管ＭTの開口部Ａ（第３開口部Ａ3及び第４開口部Ａ4）から電磁波を放射（受信）することができる。
【００２９】ここで、前記方形状導波管ＭTの縦の長さ（長手方向の長さ）ａ2は、好ましくは入射波のおよそ0.6乃至0.8波長の長さと、より理想的には0.65乃至0.75波長の長さと、最も理想的には0.69波長の長さとする。
【００３０】更に、前記方形状導波管ＭTの横の長さ（開口部長手方向の長さ）ｂは、好ましくは入射波のおよそ0.3乃至0.4波長の長さと、より理想的には0.33波長乃至0.37波長の長さと、最も理想的には0.35波長の長さとする。
【００３１】また、前記方形状導波管ＭTの幅の長さ（開口部短辺の長さ）ｃは、好ましくは入射波のおよそ0.1乃至0.2波長の長さと、より理想的には0.13波長乃至0.17波長の長さと、最も理想的には0.15波長の長さとする。
【００３２】そして、前記プローブＰの長さＬは、入射波のおよそ0.2乃至0.3波長の長さと、より理想的には0.25波長乃至0.3波長の長さと、最も理想的には0.28波長の長さとして、前記方形状導波管ＭT内に突出させる構成とする。
【００３３】図１２（Ａ）は、このようにして本発明の第２実施形態に係る双方向性アンテナから実際に電磁波を放射して実験したときの、Ｅ平面内におけるビームパターンを示す。また、図１２（Ｂ）は同様にＨ平面内のビームパターンを示す。具体的には、前記方形状導波管ＭTの幅ｃを、0.075λ，0.1λ，0.15λとしたときのそれぞれのビームパターンであり、ａ2＝10.92cm，横の長さｂ＝5.46cm，幅ｃ＝2.37cm，プローブＰの長さＬ＝4.41cmとした。
【００３４】これより、幅ｃを増加させるとビームパターンを鋭くさせることができる。即ち、ある定点における電界強度だけを考えれば、その定点で受信した電磁波の電界強度（又は受信電力）は、従来のアンテナから放射された電磁波のときよりも、格段に強いものとすることができ、良好に通信状態を維持することができる。また、理論値と実験値とは、非常に高い精度でほぼ一致していることから、設計・製造が極めて容易で、ビームパターンを確実に良好とすることができる。
【００３５】
【発明の効果】請求項１の発明では、円状に形成した導波管リングＭRと、該導波管リングＭRの略中央位置付近に取り付けられ,且つ前記導波管リングＭR内に突出するプローブＰとからなる双方向性アンテナとしたことにより、簡易な構成であって，且つ優れた指向特性をもつ双方向性アンテナとすることができる結果、同一基地局エリア内で通信端末が一定経路に沿って移動するような移動体通信においても、移動体通信端末と好適に電磁波を送信又は受信することができるという画期的な効果を奏する。
【００３６】具体的には、導波管を円形状に形成した導波管リングＭRと、前記導波管リングＭR内に突出するプローブＰとからなる簡易な構成により、動作周波数（動作波長）を決定すれば、そのプローブＰや，前記導波管リングＭRの好適な寸法を決定することができる。したがって、従来の無指向性アンテナの種々のコスト（設置コスト，製造コスト，維持コスト等）と比較しても十分に代替可能である。
【００３７】また、前記プローブＰは、該導波管リングＭRの略中央位置付近に取り付けられる構成である。これにより、前記プローブＰは前記導波管リングＭRとほぼ同一平面内に収まる厚さ数ｃｍ程度の平坦なアンテナとすることができる。したがって、受風面積も極めて小さく、軽量で、野外に設置しても倒壊したり吹き飛ばされたりすることがなく、設置コスト、製造コスト、維持コスト等を確実に低減させることができるという優れた利点もある。
【００３８】このような本発明の双方向性アンテナは、前述の実験結果からも明らかなように、優れた双方向性指向特性を有するので、道路（高速道路，一般道路），作業構内，倉庫その他の制限された領域内で使用するアンテナとして極めて適している。例えば、2.15dBiの利得を得られる距離について比較すると、従来の単方向性アンテナのときと比べて、本発明の双方向性アンテナでは約２倍の距離となる。したがって、安定して通信できるアンテナからの距離を、従来よりも２倍遠い距離まで拡張することができるという画期的な効果を奏する。
【００３９】次に、請求項２の発明では、請求項１記載において、前記プローブＰは入射波のおよそ0.2乃至0.3波長の長さだけ前記導波管リングＭR内に突出してなる双方向性アンテナとしたことにより、請求項１の発明による極めて優れた効果及び利点に加えて、更にビームパターンを良好な特性とすることができるという優れた利点がある。即ち、前記プローブＰの最適な長さは、入射波のおよそ0.2乃至0.3波長分であることが実験結果から判明した結果、前記プローブＰを入射波のおよそ0.2乃至0.3波長の長さだけ前記導波管リングＭR内に突出した構成としたことにより、更にビームパターンを良好な特性とすることができるという優れた利点がある。
【００４０】次に、請求項３の発明では、請求項１又は２記載において、前記導波管リングＭRの幅を入射波のおよそ0.1乃至0.2波長の長さとした双方向性アンテナとしたことにより、請求項１又は２の発明による極めて優れた効果及び利点に加えて、更にビームパターンを良好な特性とすることができるという優れた利点がある。即ち、前記導波管リングＭRの最適な幅が、入射波のおよそ0.1乃至0.2波長であることが実験結果から判明した結果、前記導波管リングＭRの幅を入射波のおよそ0.1乃至0.2波長の長さとした構成としたことにより、更にビームパターンを良好な特性とすることができるという優れた利点がある。
【００４１】次に、請求項４の発明では、請求項１，２又は３記載において、前記導波管リングＭRの外径の半径を入射波のおよそ0.25乃至0.35波長の長さとした双方向性アンテナとしたことにより、請求項１,２又は３の発明による極めて優れた効果及び利点に加えて、更にビームパターンを良好な特性とすることができるという優れた利点がある。即ち、前記導波管リングＭRの外径の最適な半径が、入射波のおよそ0.25乃至0.35波長の長さであることが実験結果から判明した結果、前記導波管リングＭRの外径の半径を入射波のおよそ0.25乃至0.35波長の長さとした構成としたことにより、更にビームパターンを良好な特性とすることができるという優れた利点がある。
【００４２】次に、請求項５の発明では、方形状導波管ＭTと、該方形状導波管ＭTの長手方向側面の略中央位置付近に取り付けられ，且つ前記方形状導波管ＭT内に突出するプローブＰとからなる双方向性アンテナとしたことにより、簡易な構成であって，且つ優れた指向特性をもつ双方向性アンテナとすることができる結果、同一基地局エリア内で通信端末が一定経路に沿って移動するような移動体通信においても、移動体通信端末と好適に電磁波を送信又は受信することができるという画期的な効果を奏する。
【００４３】具体的には、方形状導波管ＭTと、該方形状導波管ＭT内に突出するプローブＰとからなる簡易な構成により、動作周波数（動作波長）を決定すれば、そのプローブＰや，前記方形状導波管ＭTの好適な寸法を決定することができる。したがって、従来の無指向性アンテナの種々のコスト（設置コスト，製造コスト，維持コスト等）と比較しても十分に代替可能である。
【００４４】また、前記プローブＰは、該方形状導波管ＭTの略中央位置付近に取り付けられる構成である。これにより、前記プローブＰは前記方形状導波管ＭT内に収まる厚さ数ｃｍ程度の平坦なアンテナとすることができる。したがって、受風面積も極めて小さく、軽量で、野外に設置しても倒壊したり吹き飛ばされたりすることがなく、設置コスト、製造コスト、維持コスト等を確実に低減させることができるという優れた利点もある。
【００４５】このような本発明の双方向性アンテナは、前述の実験結果からも明らかなように、優れた双方向性指向特性を有するので、道路（高速道路，一般道路），作業構内，倉庫その他の制限された領域内で使用するアンテナとして極めて適している。例えば、2.15dBiの利得を得られる距離について比較すると、従来の単方向性アンテナのときと比べて、本発明の双方向性アンテナでは約２倍の距離となる。したがって、安定して通信できるアンテナからの距離を、従来よりも２倍遠い距離まで拡張することができるという画期的な効果を奏する。
【００４６】次に、請求項６の発明では、請求項５記載において、前記プローブＰは入射波のおよそ0.2乃至0.3波長の長さだけ前記方形状導波管ＭT内に突出してなる双方向性アンテナとしたことにより、請求項５の発明による極めて優れた効果及び利点に加えて、更にビームパターンを良好な特性とすることができるという優れた利点がある。即ち、前記プローブＰの最適な長さは、入射波のおよそ0.2乃至0.3波長分であることが実験結果から判明した結果、前記プローブＰは入射波のおよそ0.2乃至0.3波長の長さだけ前記方形状導波管ＭT内に突出した構成としたことにより、更にビームパターンを良好な特性とすることができるという優れた利点がある。
【００４７】次に、請求項７の発明では、請求項５又は６記載において、前記方形状導波管ＭTの幅ｃを入射波のおよそ0.1乃至0.2波長の長さとした双方向性アンテナとしたことにより、請求項５又は６の発明による極めて優れた効果及び利点に加えて、更にビームパターンを良好な特性とすることができるという優れた利点がある。即ち、前記方形状導波管ＭTの最適な幅ｃが、入射波のおよそ0.1乃至0.2波長の長さであることが実験結果から判明した結果、前記方形状導波管ＭTの幅ｃを入射波のおよそ0.1乃至0.2波長の長さとした構成としたことにより、更にビームパターンを良好な特性とすることができるという優れた利点がある。
【００４８】請求項８の発明では、請求項５，６又は７記載において、前記方形状導波管ＭTの長手方向の長さａ2を入射波のおよそ0.6乃至0.8波長の長さと，且つ前記方形状導波管ＭTの開口部長手方向ｂの長さを入射波のおよそ0.3乃至0.4波長の長さとした双方向性アンテナとしたことにより、請求項５，６又は７の発明による極めて優れた効果及び利点に加えて、更にビームパターンを良好な特性とすることができるという優れた利点がある。即ち、前記方形状導波管ＭTの長手方向の最適な長さａ2が入射波のおよそ0.6乃至0.8波長の長さと，且つ前記方形状導波管ＭTの開口部長手方向ｂの最適な長さが入射波のおよそ0.3乃至0.4波長の長さであることが、実験結果から判明した結果、前記方形状導波管ＭTの長手方向の長さａ2を入射波のおよそ0.6乃至0.8波長の長さと，且つ前記方形状導波管ＭTの開口部長手方向ｂの長さを入射波のおよそ0.3乃至0.4波長の長さとした構成としたことにより、更にビームパターンを良好な特性とすることができるという優れた利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る双方向性アンテナの構成概略図
【図２】本発明の第１実施形態に係る双方向性アンテナの相対振幅グラフ
【図３】（Ａ）は動作周波数がＴＥ11カットオフ周波数の1.03におけるＥ平面内の放射パターンの理論値と実験値とを示すグラフ
（Ｂ）は動作周波数がＴＥ11カットオフ周波数の1.03におけるＨ平面内の放射パターンの理論値と実験値とを示すグラフ
【図４】本発明の第１実施形態に係る双方向性アンテナの幅ｄの関数としての指向特性グラフ
【図５】本発明の第１実施形態に係る双方向性アンテナの、ＴＥ11モードカットオフ周波数における動作周波数と導波管リングの幅との間の相関グラフ
【図６】（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る双方向性アンテナの幅を様々に変化させた場合の放射パターングラフ
（Ｂ）は本発明の第１実施形態に係る双方向性アンテナの幅を様々に変化させた場合の放射パターングラフ
【図７】（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る双方向性アンテナの幅を様々に変化させた場合の放射パターングラフ
（Ｂ）は本発明の第１実施形態に係る双方向性アンテナの幅を様々に変化させた場合の放射パターングラフ
【図８】（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る双方向性アンテナの幅を様々に変化させた場合の放射パターングラフ
（Ｂ）は本発明の第１実施形態に係る双方向性アンテナの幅を様々に変化させた場合の放射パターングラフ
【図９】（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る双方向性アンテナから実際に電磁波を放射して実験したときの、Ｅ平面内におけるビームパターングラフ
（Ｂ）は本発明の第１実施形態に係る双方向性アンテナから実際に電磁波を放射して実験したときの、Ｈ平面内におけるビームパターングラフ
【図１０】（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る双方向性アンテナを高速道路に設置して実験した場合のビームパターンを示す概略図
（Ｂ）は（Ａ）の実験による測定結果の概略図
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る双方向性アンテナの構成概略図
【図１２】（Ａ）は本発明の第２実施形態に係る双方向性アンテナから電磁波を放射して実験したときの、Ｅ平面内におけるビームパターングラフ
（Ｂ）は本発明の第２実施形態に係る双方向性アンテナから電磁波を放射して実験したときの、Ｈ平面内におけるビームパターングラフ
【符号の説明】
ａ1…導波管リングの外径の半径
ａ2…方形状導波管の長手方向の長さ
ｂ…方形状導波管の開口部長手方向
ｃ…方形状導波管の幅
ｄ…導波管リングの幅
ＭR…導波管リング
ＭT…方形状導波管
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、携帯電話，自動車電話その他の移動体通信において、制限された領域内の通信に好適に使用できる双方向性アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、通信技術の発達と、移動体通信端末（携帯電話端末，ＰＨＳ端末，自動車電話端末，業務用通信端末，船舶無線端末，航空無線端末その他の非固定局又は移動可能な通信端末をいう。以下同じ。）の爆発的な普及により、多様な場面で移動体端末が利用されている。
【０００３】とりわけ、徒歩中や,電車内,自動車内、トンネル内等から通信を行う機会が激増しているが、通信中に移動すると、通信が途絶えたり強制切断されることがある。即ち、比較的直線部分の長い道路上等にて自動車等に搭乗した状態で、その道路等を、基地局近傍を通過するようにして移動する。すると、ある所で、通信に使用中の基地局アンテナの指向特性エリア内（通信に必要な電界強度を得られるビームパターン内）から、自己の移動体通信端末が圏外となることが顕著にある。移動により、通信に必要な電界強度を得ることができるエリアから外れてしまったり、道路等の近傍の高層建築物の壁面による反射波の干渉を受けて電界強度が弱まる位置に偶然遭遇したりするからである。
【０００４】その原因の一つに、基地局やトンネル内で使用されているアンテナ（空中線）の多くが、いわゆる垂直ダイポール型,ヘリカルロッド型,スコーン型，同軸ケーブルからの漏れ電磁波によるアンテナその他の無指向性アンテナであることが挙げられる。良好な双方向の指向特性を備えたアンテナが存在しないからである。
【０００５】また、上述のような移動体通信に限らず、業務用無線，ＰＨＳ，警察無線等であっても、道路や路線脇に設置されているアンテナの殆ども無指向性であることが多い。アンテナの構造が簡単で、受風面積も小さく、低いコストで、大量のアンテナを設置できるからである。
【０００６】ところで、移動体の通信に関して、移動体通信事業者の交換設備の機能によっていわゆるテイクオーバー（ハンドオーバー）処理が行われている。異なる基地局のゾーン間を連続的に移動するような移動体通信であっても、通信を切断することなく通信の連続性を保証する処理であるが、同一基地局のエリア内で移動しながら通信する場合は、テイクオーバー等の処理は意味がない。したがって、依然、上述のような、移動体通信における電界強度の変化に起因した通信断等の問題が存在している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】したがって、同一基地局エリア内で通信端末が一定経路に沿って移動するような移動体通信において、移動体通信端末と好適に電磁波を送信又は受信することができるアンテナの登場が待望されている。特に、従来の無指向性アンテナの種々のコスト（設置コスト，製造コスト，維持コスト等）と比較しても十分に代替可能であるような新規なアンテナの登場が待望されている。
【０００８】そこで発明者は、鋭意研究を重ねた結果、その発明を、円状に形成した導波管リングと、該導波管リングの略中央位置付近に取り付けられ,且つ前記導波管リング内に突出するプローブとからなる双方向性アンテナ等としたことで、極めて簡易な構造であって、且つビームパターンの決定も容易で、製造やメンテナンスも格段に容易となるので、同一基地局エリア内で通信端末が一定経路に沿って移動するような移動体通信においても、移動体通信端末と好適に電磁波を送信又は受信することができ、特に、従来の無指向性アンテナの種々のコストと比較しても十分に代替可能とすることができ、上記課題を解決したものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の好適な実施の一形態について説明する。図１は、本発明の双方向性アンテナの第１実施形態に係る構成外略図である。本発明の第１実施形態に係る双方向性アンテナは、主に、円状に形成した導波管リングＭRと、該導波管リングＭRの略中央位置付近に取り付けられ，且つ前記導波管リングＭR内に突出するプローブＰとから構成される。
【００１０】前記導波管リングＭRは、２方向（ｚ方向）に開口部Ａ（第１開口部Ａ1及び第２開口部Ａ2：いずれが第１であっても第２であってもよい）を有する、円形状に形成した導波管である（図１参照）。その形状は、理想的には真円とするが、製造上生じ得るわずかな歪みを含んでいてもほぼ円形状であれば差し支えない。
【００１１】説明の便宜のため、３次元座標において前記導波管リングＭRの中心位置を原点Ｏと符合させる。半径をａ1（即ち直径が２ａ1）と，幅をｄと，前記原点Ｏからの任意の距離ｒだけ離れた自由空間の一点を点Ｐrと，ｚ軸と線分ＯＰrとがなす角をΘと，前記点Ｐrからｘｙ平面上に垂直に下ろした点Ｐr´が前記原点Ｏと結ぶ線分を線分ＯＰr´と，該線分ＯＰr´がｘ軸となす角をΦとする。前記半径ａ1と前記幅ｄとは、優先ＴＥ11モードで動作する標準的な円形導波管と同様にして求めることができる。しかし、前記幅ｄが小さい場合は、前記プローブＰに近い開口部Ａにおける振幅は複数のモードから構成され、前記プローブＰ付近の高位モードのエバネッセント波はかなり大きいレベルを有する。
【００１２】前記プローブＰは、前記導波管リングＭRの略中央位置付近（正確に中央位置であってもよいし、その近傍であってもよい。以下同じ。）に取り付けられ，且つ前記導波管リングＭR内に突出するようにして設けられる（図１参照）。具体的には、同軸ケーブルＣCの図示しないアース線（網線等）が前記導波管リングＭRに接続される。また、前記同軸ケーブルＣCの図示しない芯線は、ＢＮＣ型コネクタ，Ｎ型コネクタ等の整合特性が良好なメスコネクタＣNに接続される。そのメスコネクタＣNには、前記同軸ケーブルＣCの芯線に対応するように適切な長さの銅線（実質的な前記プローブＰとしての銅線）を接続する。
【００１３】これにより、前記同軸ケーブルＣCの芯線は、電磁波を前記導波管リングＭR内に放射するためのプローブＰとして実質的に機能する。該プローブＰは、送信のためだけでなく、電磁波を受信するためにも使用される。そして、前記導波管リングＭRの略中央位置付近に取り付けられる構成とする。
【００１４】図２は、発信源（前記プローブＰ）からの距離の関数として前記導波管リングＭR内における３つの最下位モードでの相対振幅のグラフである。発信源からの距離が0.075λ（ＴＥ11カットオフ周波数の1.03における動作周波数）であるとき、高位モードであるＴＥ01及びＴＥ21モードは優先モードの電力のおよそ1/16となり、高位モードの電力は無視できることになる。
【００１５】図３は、動作周波数がＴＥ11カットオフ周波数の1.03におけるＥ平面内〔図３（Ａ）〕及びＨ平面内〔図３（Ｂ）〕の、放射パターンの理論値と実験値とに係るグラフである。これより、双方向に指向特性を得られたことがわかる。また、前記導波管リングＭRの幅ｄが長くなる程、ビーム幅が広くなるが、幅ｄが0.15λ以下の場合はビーム幅は狭くならない。
【００１６】図４は、前記導波管リングＭRの幅ｄの関数としての指向特性を示す。これにより、最高6.9dBiの指向特性を得られる最適な幅ｄは、該幅ｄが（ＴＥ11カットオフ周波数の1.03における動作周波数としての）0.15λであることがわかる。前記幅ｄの寸法は、ＴＥ11基本モードが伝播できるように選択される。図５は、ＴＥ11モードカットオフ周波数における動作周波数と、前記導波管リングＭRの幅（ｄ／λ）との間の相関を示す。
【００１７】図６乃至図８は、導波管リングＭRの幅ｄと半径ａ1とを様々に変化させた場合の放射パターングラフである。幅ｄを概ね0.7λ以上にすると、ビームパターンは徐々にスプリットビームとなる。図６は前記半径ａ1＝0.3019λときの各平面内ビームパターンを示す。図７はＷＣ４５１導波管を適用した場合であって前記半径ａ1＝0.3461λとしたときの各平面内ビームパターンを示す。図８はＷＣ５２８導波管を適用した場合であって前記半径ａ1＝0.4262λとしたときの各平面内ビームパターンを示す。
【００１８】例えば、図６（Ａ）は本発明の第１実施形態の双方向性アンテナの放射パターンを解析的に求めたＥ平面内のパターングラフである（後述する第２実施形態にも適用できる）が、これより、前記導波管リングＭRの幅ｄを変化させることにより、ビームパターン特性も変化することがわかる。
【００１９】ここで、本発明の双方向性アンテナの特性を特に良好とするために、前記導波管リングＭRの外径の半径ａ1は、好ましくは前記プローブＰに入射させる（又は前記プローブＰを励振させる）入射波のおよそ0.25乃至0.35波長の長さと、より理想的には0.3乃至0.31波長の長さと、最も理想的には0.3019波長の長さとする。
【００２０】また、前記導波管リングＭRの幅ｄは、入射波のおよそ0.1乃至0.2波長の長さと、より理想的には0.13波長乃至0.17波長の長さと、最も理想的には0.15波長の長さとする。
【００２１】更に、前記プローブＰの長さＬは、入射波のおよそ0.2乃至0.3波長の長さと、より理想的には0.24波長乃至0.25波長の長さと、最も理想的には0.248波長の長さとして、前記導波管リングＭR内に突出させる構成とする。
【００２２】図９（Ａ）は、このようにして本発明の第１実施形態に係る双方向性アンテナＡＮＴ１から実際に電磁波を放射して実験したときの、Ｅ平面内におけるビームパターンを示す。また、図９（Ｂ）は同様にＨ平面内のビームパターンを示す。具体的には、半径ａ1＝4.75cm，幅ｄ＝2.36cm，プローブＰの長さＬ＝3.93cm，プローブＰの直径1mm，動作周波数ｆ＝1906.55MHzとしたときのビームパターンである。
【００２３】前記幅ｄを増加させるとビームパターンを鋭くさせることができる。即ち、ある定点における電界強度だけを考えれば、その定点で受信した電磁波の電界強度（又は受信電力）は、従来のアンテナから放射された電磁波のときよりも、格段に強いものとすることができ、良好に通信状態を維持することができる。また、理論値と実験値とが非常に高い精度でほぼ一致していることから、設計・製造が極めて容易で、ビームパターンを確実に良好とすることができる。
【００２４】このような第１実施形態の双方向性アンテナを、実際に高速道路の側壁上に設置し、ビームパターンが高速道路の延伸方向と平行となるようにした〔図１０R>０（Ａ）参照〕。このときの、前記プローブＰから一定距離離れた測定点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ及びＦにおける、受信電界強度の測定結果を図１０（Ｂ）に示す。
【００２５】この実験結果より、本実施形態に係る双方向性アンテナによって2.15dBiの利得を得ることができる距離は、他の単方向性アンテナを用いた場合と比較して、約２倍となり、極めて優れた利得を得ることができる。
【００２６】次に、本発明の第２の実施形態に係る方形状の双方向性アンテナの構造について説明する（図１１参照）。本発明の第２実施形態に係る双方向性アンテナは、主に、方形状に形成した導波管（方形状導波管ＭT）と、該方形状導波管ＭTの略中央位置付近に取り付けられ，且つ前記方形状導波管ＭT内に突出するプローブＰとから構成される。
【００２７】前記方形状導波管ＭTは、２方向（ｘ方向）に開口部を有する、方形状に形成した導波管である（図１１参照）。説明の便宜のため、３次元座標において前記方形状導波管ＭTの中心位置を原点Ｏと符合させる。縦の長さ（長手方向の長さ）をａ2と，横の長さ（開口部長手方向の長さ）をｂと、幅の長さ（開口部短辺の長さ）をｃと，前記原点Ｏからの任意の距離ｒだけ離れた自由空間の一点を点Ｑrと，ｚ軸と線分ＯＱとがなす角をΘと，前記点Ｑrからｘｙ平面上に垂直に下ろした点Ｑr´が前記原点Ｏと結ぶ線分を線分ＯＱr´と，該線分ＯＱr´がｘ軸となす角をΦとする。
【００２８】前記プローブＰは、前記方形状導波管ＭTの長手方向側面における略中央位置付近に，且つ前記方形状導波管ＭT内に突出するようにして設けられる（図１１１１参照）。具体的には、第１実施形態の場合と同様に、Ｎ型コネクタ等のコネクタＣNにて接続される。該プローブＰは、送信のためだけでなく、電磁波を受信するためにも使用される。これを基本モードにて励振させると、前記方形状導波管ＭTの開口部Ａ（第３開口部Ａ3及び第４開口部Ａ4）から電磁波を放射（受信）することができる。
【００２９】ここで、前記方形状導波管ＭTの縦の長さ（長手方向の長さ）ａ2は、好ましくは入射波のおよそ0.6乃至0.8波長の長さと、より理想的には0.65乃至0.75波長の長さと、最も理想的には0.69波長の長さとする。
【００３０】更に、前記方形状導波管ＭTの横の長さ（開口部長手方向の長さ）ｂは、好ましくは入射波のおよそ0.3乃至0.4波長の長さと、より理想的には0.33波長乃至0.37波長の長さと、最も理想的には0.35波長の長さとする。
【００３１】また、前記方形状導波管ＭTの幅の長さ（開口部短辺の長さ）ｃは、好ましくは入射波のおよそ0.1乃至0.2波長の長さと、より理想的には0.13波長乃至0.17波長の長さと、最も理想的には0.15波長の長さとする。
【００３２】そして、前記プローブＰの長さＬは、入射波のおよそ0.2乃至0.3波長の長さと、より理想的には0.25波長乃至0.3波長の長さと、最も理想的には0.28波長の長さとして、前記方形状導波管ＭT内に突出させる構成とする。
【００３３】図１２（Ａ）は、このようにして本発明の第２実施形態に係る双方向性アンテナから実際に電磁波を放射して実験したときの、Ｅ平面内におけるビームパターンを示す。また、図１２（Ｂ）は同様にＨ平面内のビームパターンを示す。具体的には、前記方形状導波管ＭTの幅ｃを、0.075λ，0.1λ，0.15λとしたときのそれぞれのビームパターンであり、ａ2＝10.92cm，横の長さｂ＝5.46cm，幅ｃ＝2.37cm，プローブＰの長さＬ＝4.41cmとした。
【００３４】これより、幅ｃを増加させるとビームパターンを鋭くさせることができる。即ち、ある定点における電界強度だけを考えれば、その定点で受信した電磁波の電界強度（又は受信電力）は、従来のアンテナから放射された電磁波のときよりも、格段に強いものとすることができ、良好に通信状態を維持することができる。また、理論値と実験値とは、非常に高い精度でほぼ一致していることから、設計・製造が極めて容易で、ビームパターンを確実に良好とすることができる。
【００３５】
【発明の効果】請求項１の発明では、円状に形成した導波管リングＭRと、該導波管リングＭRの略中央位置付近に取り付けられ,且つ前記導波管リングＭR内に突出するプローブＰとからなる双方向性アンテナとしたことにより、簡易な構成であって，且つ優れた指向特性をもつ双方向性アンテナとすることができる結果、同一基地局エリア内で通信端末が一定経路に沿って移動するような移動体通信においても、移動体通信端末と好適に電磁波を送信又は受信することができるという画期的な効果を奏する。
【００３６】具体的には、導波管を円形状に形成した導波管リングＭRと、前記導波管リングＭR内に突出するプローブＰとからなる簡易な構成により、動作周波数（動作波長）を決定すれば、そのプローブＰや，前記導波管リングＭRの好適な寸法を決定することができる。したがって、従来の無指向性アンテナの種々のコスト（設置コスト，製造コスト，維持コスト等）と比較しても十分に代替可能である。
【００３７】また、前記プローブＰは、該導波管リングＭRの略中央位置付近に取り付けられる構成である。これにより、前記プローブＰは前記導波管リングＭRとほぼ同一平面内に収まる厚さ数ｃｍ程度の平坦なアンテナとすることができる。したがって、受風面積も極めて小さく、軽量で、野外に設置しても倒壊したり吹き飛ばされたりすることがなく、設置コスト、製造コスト、維持コスト等を確実に低減させることができるという優れた利点もある。
【００３８】このような本発明の双方向性アンテナは、前述の実験結果からも明らかなように、優れた双方向性指向特性を有するので、道路（高速道路，一般道路），作業構内，倉庫その他の制限された領域内で使用するアンテナとして極めて適している。例えば、2.15dBiの利得を得られる距離について比較すると、従来の単方向性アンテナのときと比べて、本発明の双方向性アンテナでは約２倍の距離となる。したがって、安定して通信できるアンテナからの距離を、従来よりも２倍遠い距離まで拡張することができるという画期的な効果を奏する。
【００３９】次に、請求項２の発明では、請求項１記載において、前記プローブＰは入射波のおよそ0.2乃至0.3波長の長さだけ前記導波管リングＭR内に突出してなる双方向性アンテナとしたことにより、請求項１の発明による極めて優れた効果及び利点に加えて、更にビームパターンを良好な特性とすることができるという優れた利点がある。即ち、前記プローブＰの最適な長さは、入射波のおよそ0.2乃至0.3波長分であることが実験結果から判明した結果、前記プローブＰを入射波のおよそ0.2乃至0.3波長の長さだけ前記導波管リングＭR内に突出した構成としたことにより、更にビームパターンを良好な特性とすることができるという優れた利点がある。
【００４０】次に、請求項３の発明では、請求項１又は２記載において、前記導波管リングＭRの幅を入射波のおよそ0.1乃至0.2波長の長さとした双方向性アンテナとしたことにより、請求項１又は２の発明による極めて優れた効果及び利点に加えて、更にビームパターンを良好な特性とすることができるという優れた利点がある。即ち、前記導波管リングＭRの最適な幅が、入射波のおよそ0.1乃至0.2波長であることが実験結果から判明した結果、前記導波管リングＭRの幅を入射波のおよそ0.1乃至0.2波長の長さとした構成としたことにより、更にビームパターンを良好な特性とすることができるという優れた利点がある。
【００４１】次に、請求項４の発明では、請求項１，２又は３記載において、前記導波管リングＭRの外径の半径を入射波のおよそ0.25乃至0.35波長の長さとした双方向性アンテナとしたことにより、請求項１,２又は３の発明による極めて優れた効果及び利点に加えて、更にビームパターンを良好な特性とすることができるという優れた利点がある。即ち、前記導波管リングＭRの外径の最適な半径が、入射波のおよそ0.25乃至0.35波長の長さであることが実験結果から判明した結果、前記導波管リングＭRの外径の半径を入射波のおよそ0.25乃至0.35波長の長さとした構成としたことにより、更にビームパターンを良好な特性とすることができるという優れた利点がある。
【００４２】次に、請求項５の発明では、方形状導波管ＭTと、該方形状導波管ＭTの長手方向側面の略中央位置付近に取り付けられ，且つ前記方形状導波管ＭT内に突出するプローブＰとからなる双方向性アンテナとしたことにより、簡易な構成であって，且つ優れた指向特性をもつ双方向性アンテナとすることができる結果、同一基地局エリア内で通信端末が一定経路に沿って移動するような移動体通信においても、移動体通信端末と好適に電磁波を送信又は受信することができるという画期的な効果を奏する。
【００４３】具体的には、方形状導波管ＭTと、該方形状導波管ＭT内に突出するプローブＰとからなる簡易な構成により、動作周波数（動作波長）を決定すれば、そのプローブＰや，前記方形状導波管ＭTの好適な寸法を決定することができる。したがって、従来の無指向性アンテナの種々のコスト（設置コスト，製造コスト，維持コスト等）と比較しても十分に代替可能である。
【００４４】また、前記プローブＰは、該方形状導波管ＭTの略中央位置付近に取り付けられる構成である。これにより、前記プローブＰは前記方形状導波管ＭT内に収まる厚さ数ｃｍ程度の平坦なアンテナとすることができる。したがって、受風面積も極めて小さく、軽量で、野外に設置しても倒壊したり吹き飛ばされたりすることがなく、設置コスト、製造コスト、維持コスト等を確実に低減させることができるという優れた利点もある。
【００４５】このような本発明の双方向性アンテナは、前述の実験結果からも明らかなように、優れた双方向性指向特性を有するので、道路（高速道路，一般道路），作業構内，倉庫その他の制限された領域内で使用するアンテナとして極めて適している。例えば、2.15dBiの利得を得られる距離について比較すると、従来の単方向性アンテナのときと比べて、本発明の双方向性アンテナでは約２倍の距離となる。したがって、安定して通信できるアンテナからの距離を、従来よりも２倍遠い距離まで拡張することができるという画期的な効果を奏する。
【００４６】次に、請求項６の発明では、請求項５記載において、前記プローブＰは入射波のおよそ0.2乃至0.3波長の長さだけ前記方形状導波管ＭT内に突出してなる双方向性アンテナとしたことにより、請求項５の発明による極めて優れた効果及び利点に加えて、更にビームパターンを良好な特性とすることができるという優れた利点がある。即ち、前記プローブＰの最適な長さは、入射波のおよそ0.2乃至0.3波長分であることが実験結果から判明した結果、前記プローブＰは入射波のおよそ0.2乃至0.3波長の長さだけ前記方形状導波管ＭT内に突出した構成としたことにより、更にビームパターンを良好な特性とすることができるという優れた利点がある。
【００４７】次に、請求項７の発明では、請求項５又は６記載において、前記方形状導波管ＭTの幅ｃを入射波のおよそ0.1乃至0.2波長の長さとした双方向性アンテナとしたことにより、請求項５又は６の発明による極めて優れた効果及び利点に加えて、更にビームパターンを良好な特性とすることができるという優れた利点がある。即ち、前記方形状導波管ＭTの最適な幅ｃが、入射波のおよそ0.1乃至0.2波長の長さであることが実験結果から判明した結果、前記方形状導波管ＭTの幅ｃを入射波のおよそ0.1乃至0.2波長の長さとした構成としたことにより、更にビームパターンを良好な特性とすることができるという優れた利点がある。
【００４８】請求項８の発明では、請求項５，６又は７記載において、前記方形状導波管ＭTの長手方向の長さａ2を入射波のおよそ0.6乃至0.8波長の長さと，且つ前記方形状導波管ＭTの開口部長手方向ｂの長さを入射波のおよそ0.3乃至0.4波長の長さとした双方向性アンテナとしたことにより、請求項５，６又は７の発明による極めて優れた効果及び利点に加えて、更にビームパターンを良好な特性とすることができるという優れた利点がある。即ち、前記方形状導波管ＭTの長手方向の最適な長さａ2が入射波のおよそ0.6乃至0.8波長の長さと，且つ前記方形状導波管ＭTの開口部長手方向ｂの最適な長さが入射波のおよそ0.3乃至0.4波長の長さであることが、実験結果から判明した結果、前記方形状導波管ＭTの長手方向の長さａ2を入射波のおよそ0.6乃至0.8波長の長さと，且つ前記方形状導波管ＭTの開口部長手方向ｂの長さを入射波のおよそ0.3乃至0.4波長の長さとした構成としたことにより、更にビームパターンを良好な特性とすることができるという優れた利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る双方向性アンテナの構成概略図
【図２】本発明の第１実施形態に係る双方向性アンテナの相対振幅グラフ
【図３】（Ａ）は動作周波数がＴＥ11カットオフ周波数の1.03におけるＥ平面内の放射パターンの理論値と実験値とを示すグラフ
（Ｂ）は動作周波数がＴＥ11カットオフ周波数の1.03におけるＨ平面内の放射パターンの理論値と実験値とを示すグラフ
【図４】本発明の第１実施形態に係る双方向性アンテナの幅ｄの関数としての指向特性グラフ
【図５】本発明の第１実施形態に係る双方向性アンテナの、ＴＥ11モードカットオフ周波数における動作周波数と導波管リングの幅との間の相関グラフ
【図６】（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る双方向性アンテナの幅を様々に変化させた場合の放射パターングラフ
（Ｂ）は本発明の第１実施形態に係る双方向性アンテナの幅を様々に変化させた場合の放射パターングラフ
【図７】（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る双方向性アンテナの幅を様々に変化させた場合の放射パターングラフ
（Ｂ）は本発明の第１実施形態に係る双方向性アンテナの幅を様々に変化させた場合の放射パターングラフ
【図８】（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る双方向性アンテナの幅を様々に変化させた場合の放射パターングラフ
（Ｂ）は本発明の第１実施形態に係る双方向性アンテナの幅を様々に変化させた場合の放射パターングラフ
【図９】（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る双方向性アンテナから実際に電磁波を放射して実験したときの、Ｅ平面内におけるビームパターングラフ
（Ｂ）は本発明の第１実施形態に係る双方向性アンテナから実際に電磁波を放射して実験したときの、Ｈ平面内におけるビームパターングラフ
【図１０】（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る双方向性アンテナを高速道路に設置して実験した場合のビームパターンを示す概略図
（Ｂ）は（Ａ）の実験による測定結果の概略図
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る双方向性アンテナの構成概略図
【図１２】（Ａ）は本発明の第２実施形態に係る双方向性アンテナから電磁波を放射して実験したときの、Ｅ平面内におけるビームパターングラフ
（Ｂ）は本発明の第２実施形態に係る双方向性アンテナから電磁波を放射して実験したときの、Ｈ平面内におけるビームパターングラフ
【符号の説明】
ａ1…導波管リングの外径の半径
ａ2…方形状導波管の長手方向の長さ
ｂ…方形状導波管の開口部長手方向
ｃ…方形状導波管の幅
ｄ…導波管リングの幅
ＭR…導波管リング
ＭT…方形状導波管
【特許請求の範囲】
【請求項１】 円状に形成した導波管リングと、該導波管リングの略中央位置付近に取り付けられ,且つ前記導波管リング内に突出するプローブとからなることを特徴とする双方向性アンテナ。
【請求項２】 請求項１記載において、前記プローブは入射波のおよそ0.2乃至0.3波長の長さだけ前記導波管リング内に突出してなることを特徴とする双方向性アンテナ。
【請求項３】 請求項１又は２記載において、前記導波管リングの幅を入射波のおよそ0.1乃至0.2波長の長さとしたことを特徴とする双方向性アンテナ。
【請求項４】 請求項１，２又は３記載において、前記導波管リングの外径の半径を入射波のおよそ0.25乃至0.35波長の長さとしたことを特徴とする双方向性アンテナ。
【請求項５】 方形状導波管と、該方形状導波管の長手方向側面の略中央位置付近に取り付けられ，且つ前記方形状導波管内に突出するプローブとからなる特徴とする双方向性アンテナ。
【請求項６】 請求項５記載において、前記プローブは入射波のおよそ0.2乃至0.3波長の長さだけ前記方形状導波管内に突出してなることを特徴とする双方向性アンテナ。
【請求項７】 請求項５又は６記載において、前記方形状導波管の幅を入射波のおよそ0.1乃至0.2波長の長さとしたことを特徴とする双方向性アンテナ。
【請求項８】 請求項５，６又は７記載において、前記方形状導波管の長手方向の長さを入射波のおよそ0.6乃至0.8波長の長さと，且つ前記方形状導波管の開口部長手方向の長さを入射波のおよそ0.3乃至0.4波長の長さとしたことを特徴とする双方向性アンテナ。
【請求項１】 円状に形成した導波管リングと、該導波管リングの略中央位置付近に取り付けられ,且つ前記導波管リング内に突出するプローブとからなることを特徴とする双方向性アンテナ。
【請求項２】 請求項１記載において、前記プローブは入射波のおよそ0.2乃至0.3波長の長さだけ前記導波管リング内に突出してなることを特徴とする双方向性アンテナ。
【請求項３】 請求項１又は２記載において、前記導波管リングの幅を入射波のおよそ0.1乃至0.2波長の長さとしたことを特徴とする双方向性アンテナ。
【請求項４】 請求項１，２又は３記載において、前記導波管リングの外径の半径を入射波のおよそ0.25乃至0.35波長の長さとしたことを特徴とする双方向性アンテナ。
【請求項５】 方形状導波管と、該方形状導波管の長手方向側面の略中央位置付近に取り付けられ，且つ前記方形状導波管内に突出するプローブとからなる特徴とする双方向性アンテナ。
【請求項６】 請求項５記載において、前記プローブは入射波のおよそ0.2乃至0.3波長の長さだけ前記方形状導波管内に突出してなることを特徴とする双方向性アンテナ。
【請求項７】 請求項５又は６記載において、前記方形状導波管の幅を入射波のおよそ0.1乃至0.2波長の長さとしたことを特徴とする双方向性アンテナ。
【請求項８】 請求項５，６又は７記載において、前記方形状導波管の長手方向の長さを入射波のおよそ0.6乃至0.8波長の長さと，且つ前記方形状導波管の開口部長手方向の長さを入射波のおよそ0.3乃至0.4波長の長さとしたことを特徴とする双方向性アンテナ。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００１−３１３５１７（Ｐ２００１−３１３５１７Ａ）
【公開日】平成１３年１１月９日（２００１．１１．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０００−１３００９７（Ｐ２０００−１３００９７）
【出願日】平成１２年４月２８日（２０００．４．２８）
【出願人】（０００１２５３６９）学校法人東海大学 (352)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１３年１１月９日（２００１．１１．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１２年４月２８日（２０００．４．２８）
【出願人】（０００１２５３６９）学校法人東海大学 (352)
【Ｆターム（参考）】
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