多周波数共用アンテナ及びアンテナ装置

【課題】多周波共用アンテナを小型化する。
【解決手段】それぞれ異なる周波数で共振する複数のアンテナ素子を備えた多周波共用アンテナが、複数のアンテナ素子として、ダイポール素子１２，１３と、ループ状のアンテナ素子１１と、を備えている。ループ状のアンテナ素子１１は、複数のアンテナ素子のうち少なくとも最も低い周波数で共振するアンテナ素子である。ダイポール素子１２，１３は、ループ状のアンテナ素子１１の外周側に配置され、ループ状のアンテナ素子１１の内周側には非配置である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多周波数共用アンテナ及びアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信等では、通信に使用される周波数帯として、８００ＭＨｚ帯、２．０ＧＨｚ帯などの複数の周波数帯が割り当てられている。このため、１本のアンテナを複数の周波数で共用できれば有利である。特許文献１には、１本のアンテナを複数の周波数で共用できる多周波共用アンテナが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２２９３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１記載の多周波共用アンテナは、それぞれ異なる周波数の電波を放射する複数のダイポール素子を有している。ダイポール素子は、素子長（ダイポール素子の長手方向長さ）として、通信周波数における１／２波長程度の長さを必要とする。
このため、複数のダイポール素子を有する多周波共用アンテナでは、ダイポール素子の素子長手方向において、通信に使用される複数の周波数における最大波長の１／２波長程度の長さを持つことになり、大型化しやすい。アンテナが大きくなると受風面積（荷重）が大きくなり、アンテナ取付支柱も強固なものが必要となるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、従来に比べて、小型化が可能な多周波共用アンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明は、それぞれ異なる周波数で共振する複数のアンテナ素子を備えた多周波共用アンテナであって、前記複数のアンテナ素子として、ダイポール素子と、ループ状のアンテナ素子と、を含み、前記ループ状のアンテナ素子は、前記複数のアンテナ素子のうち少なくとも最も低い周波数で共振するアンテナ素子であり、前記ダイポール素子は、前記ループ状のアンテナ素子の外周側に配置され、前記ループ状のアンテナ素子の内周側には非配置であることを特徴とする多周波共用アンテナである。
【０００７】
複数のアンテナ素子をダイポール素子だけで構成した場合、最も低い周波数で共振するアンテナ素子が、大型化の原因となり、およそ１／２波長の大きさを持つことになる。一方、本発明によれば、大型化の原因となる最も低い周波数で共振するアンテナ素子を、ループ状のアンテナ素子で構成したため、小型化が可能である。
【０００８】
（２）給電点から延びて形成され、前記複数のアンテナ素子それぞれに接続される線路を備え、前記線路は、前記ループ状のアンテナの内周側に設けられた給電点から、前記ループ状のアンテナ素子に至る第１線路と、前記第１線路を前記ループ状のアンテナ素子の外周側に延長させてダイポール素子に至るように形成された第２線路と、を備えているのが好ましい。この場合、アンテナの構成を簡素化できる。
【０００９】
（３）前記ダイポール素子、前記ループ状のアンテナ素子、及び前記線路は、同一基板上に形成されているのが好ましい。
【００１０】
（４）前記複数のアンテナ素子の背後に設けられた反射板と、前記反射板と前記ダイポール素子との間に配置された無給電素子と、を更に備えるのが好ましい。
【００１１】
（５）他の観点からみた本発明は、前記（１）項記載の多周波共用アンテナを用いた水平偏波用の第１多周波共用アンテナと、前記（１）項記載の多周波共用アンテナを用いた垂直偏波用の第２多周波共用アンテナと、を備え、前記第１多周波共用アンテナは、垂直偏波は反射させないが水平偏波を反射させるよう形成された第１反射板を備え、前記第２多周波共用アンテナは、水平偏波は反射させないが垂直偏波を反射させるよう形成された第２反射板を備え、前記第１多周波共用アンテナ及び前記第２多周波共用アンテナは、前記第１反射板及び第２反射板の前後方向位置を異ならせることで、重なり合って配置されていることを特徴とするアンテナ装置である。この場合、前記多周波共用アンテナを重ねて配置することができる。
【００１２】
（６）前記第１多周波共用アンテナのループ状のアンテナ素子は、そのループの途中に電気的に切断された第１切断部を有し、前記第２多周波共用アンテナのループ状のアンテナ素子は、そのループの途中に電気的に切断された第２切断部を有しているのが好ましい。
この場合、第１多周波共用アンテナ及び第２多周波共用アンテナの各ループ状のアンテナ素子のうち、一方のループ状のアンテナ素子に電流を流したときに、その電流の流れによって他方のループ状のアンテナ素子に誘導電流が流れるのを切断部により抑制することができる。これにより、第１多周波共用アンテナと第２多周波共用アンテナとが誘導電流により相互に干渉するのを抑制することができる。
【００１３】
（７）前記第１多周波共用アンテナは、給電点から互いに異なる方向に延びるとともに互いに同一長さに形成され、かつ前記ループ状のアンテナ素子において互いに異なる箇所に接続される一対の線路素子を備え、前記第２多周波共用アンテナは、給電点から互いに異なる方向に延びるとともに互いに同一長さに形成され、かつ前記ループ状のアンテナ素子において互いに異なる箇所に接続される一対の線路素子を備え、前記第１多周波共用アンテナの一対の線路素子のうち、一方の線路素子と前記ループ状のアンテナ素子との接続点から前記第１切断部までの経路長さと、他方の線路素子と当該ループ状のアンテナ素子との接続点から当該第１切断部までの経路長さとが略同一長さに設定され、前記第２多周波共用アンテナの一対の線路素子のうち、一方の線路素子と前記ループ状のアンテナ素子との接続点から前記第２切断部までの経路長さと、他方の線路素子と当該ループ状のアンテナ素子との接続点から当該第２切断部までの経路長さとが略同一長さに設定されているのが好ましい。
この場合、第１及び第２切断部は、給電点から一方の線路素子を通過して第１及び第２切断部に至る経路長さと、給電点から他方の線路素子を通過して第１及び第２切断部に至る経路長さとが略同一長さとなる位置、すなわち元々電流が流れない位置にあるため、第１及び第２多周波共用アンテナは、切断部を有していても、切断部を有していない場合と同等のアンテナ特性を実現することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、多周波共用アンテナの小型化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態に係る多周波共用アンテナの斜視図である。
【図２】第１実施形態のアンテナ本体の側面図である。
【図３】第１比較例に係る多周波共用アンテナの斜視図である。
【図４】第１実施形態のアンテナのＶＳＷＲ特性である。
【図５】第１実施形態のアンテナの水平面指向性である。
【図６】第１比較例のアンテナのＶＳＷＲ特性である。
【図７】第１比較例のアンテナの水平面指向性である。
【図８】第２実施形態に係る多周波共用アンテナの斜視図である。
【図９】第２実施形態のアンテナの模式的な側面図である。
【図１０】第２実施形態のアンテナのＶＳＷＲ特性である。
【図１１】第２実施形態のアンテナの水平面指向性である。
【図１２】第３実施形態の多周波共用アンテナの斜視図である。
【図１３】第３実施形態のアンテナの模式的な側面図である。
【図１４】第４実施形態のアンテナの模式的な側面図である。
【図１５】第５実施形態のアンテナの模式的な側面図である。
【図１６】アンテナ装置（第６実施形態）の斜視図である。
【図１７】比較例の模式的な平面図である。
【図１８】水平偏波用の第１多周波共用アンテナの斜視図である。
【図１９】水平偏波用の第１多周波共用アンテナのＶＳＷＲ特性である。
【図２０】水平偏波用の第１多周波共用アンテナの水平面指向性である。
【図２１】垂直偏波用の第２多周波共用アンテナの斜視図である。
【図２２】アンテナ装置（第７実施形態）の斜視図である。
【図２３】水平偏波用の第１多周波共用アンテナの斜視図である。
【図２４】垂直偏波用の第２多周波共用アンテナの斜視図である。
【図２５】水平偏波用の第１多周波共用アンテナの反射特性である。
【図２６】垂直偏波用の第２多周波共用アンテナの反射特性である。
【図２７】水平偏波用の第１多周波共用アンテナの水平面指向性である。
【図２８】水平偏波用の第１多周波共用アンテナの垂直面指向性である。
【図２９】垂直偏波用の第２多周波共用アンテナの水平面指向性である。
【図３０】垂直偏波用の第２多周波共用アンテナの垂直面指向性である。
【図３１】本発明の他の実施形態を示す多周波共用アンテナの斜視図である。
【図３２】図３１の変形例を示す多周波共用アンテナの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
［１．第１実施形態及び第１比較例］
図１及び図２は、第１実施形態に係る多周波共用アンテナ１を示している。この多周波共用アンテナ１は、携帯電話などの移動端末との間で無線通信を行う基地局のアンテナ（送受信アンテナ）として好適に用いられる。なお、第１実施形態のアンテナ１は、水平偏波用であるが、垂直偏波用として用いることも可能である。
【００１８】
多周波共用アンテナ１は、複数のアンテナ素子（放射素子）１１，１２，１３を有するアンテナ本体１０、複数のアンテナ素子１１，１２，１３を有するアンテナ本体１０の給電点１５へ給電する給電部２０、及び、アンテナ本体１０の背後に設けられた反射板３０を備えている。なお、給電部２０は、反射板３０の背後から反射板３０を貫通して、給電点１５に至るように配置される。
【００１９】
複数のアンテナ素子１１，１２，１３としては、８００ＭＨｚ、１．５ＧＨｚ、２．０ＧＨｚの３つの周波数で共振し、それらの周波数の電波を放射するため、３種類設けられている。なお、アンテナ素子の数は、複数であれば特に限定されるものではない。
【００２０】
複数のアンテナ素子１１，１２，１３のうち、最も低い周波数（８００ＭＨｚ）に対応した第１アンテナ素子１１は、ループ状のアンテナ素子（ループアンテナ素子）として形成されている。このループアンテナ素子１１は、１波長ループアンテナである。つまり、第１アンテナ素子１１の周長（ループ１周分の長さ）は、８００ＭＨｚの約１波長（λ_８００Ｍ＝３５６ｍｍ）分の長さを有している。
図示のループアンテナ素子１１は、矩形状のループとして形成されており、短辺１１ａの長さが６０ｍｍ、長辺１１ｂの長さが１１８ｍｍに設定されている。
なお、ループアンテナ素子１１の具体的形状やその寸法は、特に限定されるものではなく、円形状又は楕円状のループなどの他の形状を採用することもできる。
【００２１】
アンテナ本体１０は、ループアンテナ素子である第１アンテナ素子１１の内側（第１アンテナ素子１１のほぼ中央）に、給電点１５を有している。給電点１５には、給電部（給電線）２０が接続される。図示の給電線２０は、平行２線タイプであるが、同軸ケーブルなどであってもよい。なお、給電部２０では、複数の周波数の信号が、混在した状態で流れる。
図２に示すように、アンテナ本体１０を構成するアンテナ素子１１，１２，１３、給電点１５、及び後述の線路１６は、図２に示すように、平面状の基板１０ａ上に形成されている。なお、図１では、基板１０ａは省略されている。
【００２２】
複数のアンテナ素子１１，１２，１３における他のアンテナ素子である第２及び第３アンテナ素子１２，１３は、ダイポール素子として形成されている。
【００２３】
第２アンテナ素子１２は、１．５ＧＨｚの周波数に対応したものである。第２アンテナ素子１２は、ループアンテナ素子１１である第１アンテナ素子１１の両側に対をなして配置されている。ダイポール素子である第２アンテナ素子１２は、その長手方向長さ（素子長）が、１．５ＧＨｚの波長（λ_１．５Ｇ）の約１／２（＝λ_１．５Ｇ／２＝１０２ｍｍ）である。
【００２４】
第３アンテナ素子１３は、２．０ＧＨｚの周波数に対応したものである。第３アンテナ素子１３も、第１アンテナ素子１１の両側に対をなして配置されている。ダイポール素子である第３アンテナ素子１３は、その長手方向長さ（素子長）が、２．０ＧＨｚの波長（λ_２．０Ｇ）の約１／２（＝λ_２．０Ｇ／２＝７８ｍｍ）である。
第３アンテナ素子１３は、ループ状の第１アンテナ素子１１と、ダイポール素子である第２アンテナ素子１２との間に配置されている。
【００２５】
アンテナ本体１０は、給電点１５から各アンテナ素子１１，１２，１３に向けて延び、各アンテナ素子１１，１２，１３に接続される線路１６を備えている。線路１６は、給電点１５を起点として、アンテナ本体１０の最外に位置する対の第２アンテナ素子１２，１２それぞれにまで至る。本実施形態の線路１６は、直線状に形成されている。
線路１６の全長（一方の第２アンテナ素子１２から他方の第２アンテナ素子１２までの長さ＝第２アンテナ素子１２，１２の素子間隔）は、λ_１．５Ｇ／２＝１０２ｍｍである。なお、給電点１５から一方の第２アンテナ素子１２までの長さ、及び、給電点１５から他方の第２アンテナ素子１２までの長さは、λ_１．５Ｇ／４＝５１ｍｍである。
【００２６】
対の第３アンテナ素子１３は、それぞれ、線路１６上における、給電点１５からλ_２．０Ｇ／４＝４２ｍｍの位置に設けられている。つまり、一方の第３アンテナ素子１３から他方の第３アンテナ素子１３までの長さ（第３アンテナ素子１３，１３の素子間隔）は、λ_２．０Ｇ／２＝８４ｍｍである。
【００２７】
ループ状の第１アンテナ素子１１は、複数のダイポール素子１２，１３のうち最も高い周波数（２．０ＧＨｚ）に対応した対の第３アンテナ素子１３，１３の間に設けられている。
対の第３アンテナ素子１３，１３の間に設けられている矩形ループ状の第１アンテナ素子１１は、その矩形短辺１１ａに沿った方向と、線路１６の長手方向と、が一致するように形成されている。そして、矩形短辺１１ａの長さは、前述のように６０ｍｍである。
なお、線路１６の長手方向に沿ってみたときに、給電点１５からループ状の第１アンテナ素子１１における対向する２点１６ｃ，１６ｃそれぞれまでの距離は、矩形状ループの短辺の長さの１／２＝３０ｍｍに等しい。
【００２８】
第１実施形態の多周波共用アンテナ１のアンテナ本体１０の全体の大きさは、線路１６の長手方向に関しては、線路１６の全長（第２アンテナ素子１２，１２の素子間隔＝λ_１．５Ｇ／２＝１０２ｍｍ）で規定され、線路１６の長手方向に直交する方向に関しては、矩形ループ状の第１アンテナ素子１１の長辺長さ（＝１１８ｍｍ）で規定される。
【００２９】
仮に、８００ＭＨｚ、１．５ＧＨｚ、２．０ＧＨｚの３つの周波数用のアンテナ素子をすべてダイポール素子で構成した場合、図１及び図２における対の１．５ＧＨｚ用ダイポール素子（第２アンテナ素子）１２，１２のさらに両外側に、８００ＭＨｚ用ダイポール素子を設ける必要がある。
したがって、線路１６の全長は、対をなす８００ＭＨｚ用ダイポール素子同士の間隔に等しくなる。その間隔は、λ_８００Ｍ／２＝１７８ｍｍであり、第１実施形態の線路１６よりも長くなる。
また、８００ＭＨｚ用ダイポール素子の素子長は、λ_８００Ｍ／２＝１７８ｍｍであり、複数のダイポール素子の中で最も長くなる。
【００３０】
したがって、複数のアンテナ素子をすべてダイポール素子で構成した多周波共用アンテナの場合、その大きさを規定するのは、８００ＭＨｚ用ダイポール素子の素子間隔と素子長となり、いずれも、λ_８００Ｍ／２＝１７８ｍｍである。その結果、多周波共用アンテナが大型化する。
【００３１】
これに対し、第１実施形態の多周波共用アンテナ１では、複数のアンテナ素子をすべてダイポール素子で構成した多周波共用アンテナの場合において、その大きさを規定することとなる８００ＭＨｚ用のダイポール素子を廃止したため、小型化されている。
つまり、大型化の原因となる最小周波数（ここでは、８００ＭＨｚ）用のアンテナ素子１１として、第１実施形態の多周波共用アンテナ１では、ダイポール素子ではなく、ループアンテナを用い、ダイポール素子１２，１３の内側に配置した。
これにより、線路１６の長手方向両端に位置するはずの８００ＭＨｚ用ダイポール素子が存在しない分、線路１６の長手方向におけるアンテナ本体１０の大きさを小さくできる。
【００３２】
また、第１実施形態のアンテナ１においても、線路１６の長手方向に直交する方向における大きさを規定するのは、８００ＭＨｚ用の第１アンテナ素子１１であるが、その長さは、矩形状の第１アンテナ素子１１の長辺の長さである１１８ｍｍである。これは、８００ＭＨｚダイポール素子の素子長＝１７８ｍｍよりも短く、小型化されている。
【００３３】
なお、矩形状の第１アンテナ素子１１における短辺１１ａと長辺１１ｂの長さの設定の仕方によっては、第１実施形態のアンテナ１において、線路１６の長手方向に直交する方向における大きさを規定するのは、ダイポール素子１２，１３のなかで最も低い周波数（ここでは、１．５ＧＨｚ）用の第２アンテナ素子１２の素子長となることもある。
例えば、矩形状の第１アンテナ素子１１の長辺（線路１６に直交する辺）の長さを、第２アンテナ素子１２の素子長λ_１．５Ｇ／２＝１０２ｍｍよりも小さく設定した場合には、第２アンテナ素子１２の素子長が、アンテナ１において、線路１６の長手方向に直交する方向における大きさを規定することになる。
【００３４】
対のダイポール素子１３の間に配置されるループ状の第１アンテナ素子１１は、ループ状でさえあれば、その形状は問われないため、設計の自由度が高く、有利である。
しかも、最も高い周波数（ここでは、２．０ＧＨｚ）用の対のダイポール素子１３の間隔が、狭い場合であっても、第１アンテナ素子１１を、最も高い周波数用の対のダイポール素子１３の間に配置することが可能である。
つまり、第１アンテナ素子１１の形状として、線路１６の長手方向における長さが比較的小さく、線路１６の長手方向に直交する方向における長さが比較的大きくなる形状とすることで、最も高い周波数用の対のダイポール素子１３の間隔が狭くても、それらのダイポール素子１３の間にループ状のアンテナ素子１１を配置することができる。
【００３５】
より、具体的には、第１アンテナ素子１１は、図１及び図２に示す矩形状のほか、短軸が線路１６の長手方向にほぼ一致し、長軸が線路１６の長手方向に直交する方向にほぼ一致する形状などとすることができる。
ただし、最も高い周波数（ここでは、２．０ＧＨｚ）用の対のアンテナ素子１３の間隔が、十分に広い場合には、線路１６の長手方向における長さが比較的大きく、線路１６の長手方向に直交する方向における長さが比較的小さくなる形状とすることも可能である。
【００３６】
ここで、線路１６のうち、給電点１５からループ状の第１アンテナ素子１１に至るまでの部分を第１線路１６ａというものとし、第１アンテナ素子１１から第２アンテナ素子１２に至るまでの部分を第２線路１６ｂというものとする。
第１線路１６ａは、ループ状の第１アンテナ素子１１の内周側に位置する給電点１５から第１アンテナ素子１１に至るために必要な線路である。
また、線路１６全体は、給電点１５から各ダイポール素子１２，１３に至るために必要な線路である。
【００３７】
第１実施形態では、給電点１５から各ダイポール素子１２，１３に至るために必要な線路１６として、給電点１５からループ状の第１アンテナ素子１１に至るために必要な第１線路１６ａが利用されている。さらに、給電点１５から各ダイポール素子１２，１３に至るために必要な線路１６は、この第１線路１６ａを第１アンテナ素子１１の外周側に延長した第２線路１６ｂを形成することで構成されている。
つまり、第１実施形態では、給電点１５から各ダイポール素子１２，１３に至るために必要な線路１６の一部が、給電点１５からループ状の第１アンテナ素子１１に至るために必要な第１線路１６ａとして兼用されている。この結果、多周波共用アンテナ１の構成が簡素化されている。
【００３８】
図３は、第１比較例に係る多周波共用アンテナ１を示している。第１実施形態及び第１比較例が相違する点は、矩形状の第１アンテナ素子１１の形状である。第１比較例では、矩形状の第１アンテナ素子１１は、正方形（８９ｍｍ×８９ｍｍ）に形成されている。第１比較例の第２アンテナ素子１２の配置及び形状は第１実施形態と同様である。一方、第１比較例における２．０ＧＨｚ用の対の第３アンテナ素子１３，１３が、矩形ループ状の第１アンテナ素子１１の内周側に位置している。なお、第１比較例において、対の第３アンテナ素子１３，１３の素子間隔は８４ｍｍである。
【００３９】
図４は、第１実施形態の多周波共用アンテナ１のＶＳＷＲ特性を示し、図５は、第１実施形態の多周波共用アンテナ１の水平面指向性を示している。
また、図６は、第１比較例の多周波共用アンテナ１のＶＳＷＲ特性を示し、図７は、第１比較例の多周波共用アンテナ１の水平面指向性を示している。
【００４０】
図４に示すように、第１実施形態では、各周波数帯（８００ＭＨｚ帯、１．５ＧＨｚ帯、２．０ＧＨｚ帯）において、ＶＳＷＲが２．００の近傍又はそれ以下となっており、アンテナとして良好な特性が得られている。一方、図６に示すように、第１比較例では、各周波数帯でＶＳＷＲが悪化している。
また、図５及び図７の比較から明らかなように、第１比較例では、ループ状の第１アンテナ素子１１の内側に位置する第３アンテナ素子１３についての０度方向の利得が、第１実施形態に比べて低下している。
【００４１】
つまり、第１比較例のように、ループ状の第１アンテナ素子１１の内側にアンテナ素子１３を配置させると、アンテナ１の特性が劣化するのに対し、第１実施形態のように、ループ状の第１アンテナ素子１１の内側には、他のアンテナ素子を非配置とし、外側だけに配置することで、良好な特性が得られる。
【００４２】
［２．第２実施形態：無給電素子付アンテナ］
図８及び図９は、第２実施形態に係る多周波共用アンテナ１を示している。第２実施形態のアンテナ１は、第３アンテナ素子１３と反射板３０との間に、無給電素子４１を配置したものである。図９に示すように、無給電素子４１は、基板４３上に形成されている。その基板４３は、反射板３０に取り付けられた支持部４４によって、反射板３０から所定の間隔をもって支持されている。なお、図８では、基板４３及び支持部４４は省略した。
第２実施形態において（第１実施形態も）、アンテナ本体１０と反射板３０との間隔は、８００ＭＨｚ用の第１アンテナ素子１１が８００ＭＨｚ用であることを考慮して、７０ｍｍに設定されている（なお、理論的に適切な間隔は、λ_８００Ｍ／４＝８９ｍｍ）。
ここで、アンテナ本体１０は、平坦な基板１０ａに設けられているため、第１アンテナ素子１１以外の第２アンテナ素子１２及び第３アンテナ素子１３と、反射板３０との間隔も７０ｍｍとなっている。しかし、この間隔は、第２アンテナ素子１２及び第３アンテナ素子１３にとっては、あまり適切な間隔ではない。
【００４３】
そこで、図８及び図９に示すように、第３アンテナ素子１３の背後に無給電素子４１を配置することで、無給電素子４１が第３アンテナ素子１３の反射板として機能し、アンテナ１の特性が向上する。第３アンテナ素子１３と無給電素子４１との間隔は、例えば、λ_２．０Ｇ／４に設定することができる。
第２実施形態では、図１１に示すように、背後に無給電素子４１を有する第３アンテナ素子（２．０ＧＨｚ用）１３についての０度方向の利得が向上していることがわかる。
また、無給電素子４１は、第２アンテナ素子（１．５ＧＨｚ用）１２の反射板としても機能し得るため、図１０に示すように、１．５ＧＨｚ帯のＶＳＷＲが改善している。
【００４４】
なお、第２実施形態において説明を省略した点は、第１実施形態と同様である。
【００４５】
［３．第３実施形態：無給電素子付アンテナ］
図１２及び図１３は、第３実施形態に係る多周波共用アンテナ１を示している。第３実施形態のアンテナ１は、第３アンテナ素子１３と反射板３０との間の無給電素子４１に加えて、第２アンテナ素子１２と反射板３０との間にも、無給電素子４２を配置したものである。第２アンテナ素子１２と無給電素子４２との間隔は、例えば、λ_１．５Ｇ／４に設定することができる。図１３に示すように、両無給電素子４１，４２は、基板４３ａ，４３ｂ上に形成されている。
【００４６】
第２アンテナ素子１２の背後に配置された無給電素子４２は、第２アンテナ素子１２の反射板として機能する。第１の無給電素子４１は、第１の基板４３ａ上に形成され、第２の無給電素子４２は、第２の基板４３ｂ上に形成されており、各基板４３ａ，４３ｂは支持部４４によって支持されている。第３実施形態においても、第１実施形態よりもアンテナ特性を改善することが可能である。
なお、第３実施形態において、説明を省略した点については、第１又は第２実施形態と同様である。
【００４７】
［４．第４実施形態］
図１４は、第４実施形態に係る多周波共用アンテナ１を示している。第１実施形態のアンテナ１では、同一平面内に第１〜第３アンテナ素子１１，１２，１３が配置されていたが、第４実施形態では、各アンテナ素子１１，１２，１３の周波数に応じて、反射板３０から各アンテナ素子１１，１２，１３までの距離が異なっている。これにより、第２及び第３実施形態のように無給電素子を設けなくても、良好なアンテナ特性が得られる。
なお、反射板３０から各アンテナ素子１１までの距離は、例えば、第１アンテナ素子１１についてはλ_８００Ｍ／４、第２アンテナ素子１２についてはλ_１．５Ｇ／４、第３アンテナ素子１３についてはλ_２．０Ｇ／４に設定される。
【００４８】
［５．第５実施形態］
図１５は、第５実施形態に係る多周波共用アンテナ１を示している。第５実施形態では、第４実施形態と同様に、各アンテナ素子１１，１２，１３の周波数に応じて、反射板３０から各アンテナ素子１１，１２，１３までの距離が異なっている。ただし、給電部２０から第２アンテナ素子１２及び第３アンテナ素子１３へ延びる線路として、第１アンテナ素子用の線路１６ａとは別に、第２アンテナ素子１２用の線路１７と、第３アンテナ素子１３用の線路１８とが、それぞれ別個に設けられている。
なお、反射板３０から各アンテナ素子１１までの距離は、例えば、第１アンテナ素子１１についてはλ_８００Ｍ／４、第２アンテナ素子１２についてはλ_１．５Ｇ／４、第３アンテナ素子１３についてはλ_２．０Ｇ／４に設定される。
【００４９】
［６．第６実施形態：水平偏波及び垂直偏波に対応したアンテナ装置］
図１６は、水平偏波及び垂直偏波に対応したアンテナ装置１００を示している。アンテナ装置１００は、機能的には、第３実施形態の多周波共用アンテナ１を二つ組み合わせたものに相当する。つまり、アンテナ装置１００は、水平偏波用の第１多周波共用アンテナ１−１と、水平偏波用の第１多周波共用アンテナ１−１を前後方向軸まわりに９０°回転させた垂直偏波用の第２多周波共用アンテナ１−２と、前後方向の位置をずらして組み合わせたものである。
【００５０】
ここで、図１７に示すように、３つのアンテナ素子１１，１２，１３を、全てダイポール素子で形成した場合には、水平偏波及び垂直偏波に対応したアンテナ本体を、アンテナ素子同士の重なりを生じさせることなく、同一平面上に形成することができる。
一方、実施形態に係る多周波共用アンテナ１では、アンテナ素子１３の内側に更に、ループアンテナ素子１１が位置するため、水平偏波及び垂直偏波に対応させようとすると、ループアンテナ素子１１，１１同士が重なってしまい。同一平面に形成することができない。したがって、図１６に示すように、水平偏波用のアンテナ本体１０と、垂直偏波用のアンテナ本体１０とを、前後方向（図１６の上下方向）にずらして重ねる必要がある。
【００５１】
２つのアンテナ本体１０，１０を前後方向にずらした場合において、単一の反射板３０しか設けない場合、２つのアンテナ本体１０，１０のうちのいずれか一方は、反射板３０との間の間隔が不適切になる。そこで、アンテナ装置１００は、水平偏波用のアンテナ本体１０及び垂直偏波用のアンテナ本体１０にそれぞれ対応して、二つの反射板（第１反射板３１及び第２反射板３２）を備えている。
【００５２】
ここで、図１８は、図１６のアンテナ装置１００から、水平偏波用の第１多周波共用アンテナ１−１だけを抜き出したものを示している。図１８のアンテナ１−１は、第２実施形態に係るアンテナ１とほぼ同様であるが、異なる点は、水平偏波用の第１多周波共用アンテナ１−１用の第１反射板３１は、ダイポール素子１２，１３の長手方向（水平方向）に長く形成されたスリット３１ａを有している。これにより、第１反射板３１は、垂直偏波は反射させないが水平偏波を反射させるものとなっている。
【００５３】
図１９及び図２０に示すように、反射板３１にスリット３１ａを形成した第１多周波共用アンテナ１−１の特性は、スリットのない第３実施形態に係るアンテナ１の特性とほぼ同様である。
【００５４】
また、図２１は、図１６のアンテナ装置１００から垂直偏波用の第２多周波共用アンテナ１−２だけを抜き出したものを示している（ただし、給電部２０は省略）。垂直偏波用の第２多周波共用アンテナ１−２は、水平偏波用の第１多周波共用アンテナ１−１を前後方向軸まわりに９０°回転させたものに対応している。したがって、垂直偏波用の第２多周波共用アンテナ１−２用の第２反射板３２は、ダイポール素子１２，１３の長手方向（垂直方向）に長く形成されたスリット３２ａを有している。これにより、第２反射板３２は、水平偏波は反射させないが垂直偏波を反射させるものとなっている。
【００５５】
したがって、アンテナ装置１００は、２つの反射板３１，３２を備えていても、二つのアンテナ本体１０それぞれからみると、単一の反射板だけが存在するのと同じ状況であるから、二つのアンテナ本体１０それぞれにとって適切な位置に反射板を位置させることができる。
したがって、図１６のアンテナ装置１００のように、水平偏波用の第１多周波共用アンテナ１−１と、水平偏波用の第１多周波共用アンテナ１−１を前後方向軸まわりに９０°回転させた垂直偏波用の第２多周波共用アンテナ１−２と、前後方向の位置をずらして組み合わせることができる。
【００５６】
なお、図１６のアンテナ装置１００では、垂直偏波用のアンテナ１−２の各部材が、水平偏波用のアンテナ１−１の各部材よりも前方に位置するように重ねて配置されているが、前後逆配置であってもよい。
【００５７】
また、給電部２０は、第１反射板３１に取り付けられており、第２反射板３２のスリット３２ａを貫通している。給電部２０は、水平偏波用のアンテナ本体１０の給電点１５に接続されているほか、さらに垂直偏波用のアンテナ本体１０の給電点１５にまで延びている。
【００５８】
［７．第７実施形態：水平偏波及び垂直偏波に対応したアンテナ装置］
図２２は、第７実施形態に係るアンテナ装置１００を示している。本実施形態のアンテナ装置１００は、第６実施形態と同様に、水平偏波用の第１多周波共用アンテナ１−１を前後方向軸まわりに９０°回転させた垂直偏波用の第２多周波共用アンテナ１−２と、前後方向の位置をずらして組み合わせたものである。
【００５９】
ここで、第６実施形態に係るアンテナ装置１００では、後側に配置された第１多周波共用アンテナ１−１のループアンテナ素子１１に電流が流れると、その電流の流れによって磁界が発生し、前側に配置された第２多周波共用アンテナ１−２のループアンテナ素子１１に誘導電流が流れる。そして、この誘導電流が流れると、その流れによって磁界が発生し、第１多周波共用アンテナ１−１のループアンテナ素子１１にも誘導電流が流れることになる。このように、第６実施形態に係るアンテナ装置１００では、前記誘導電流により相互に干渉することになり、各アンテナ１−１，１−２を単体で使用する場合に比べて、アンテナ特性が劣化する。
【００６０】
そこで、本実施形態のアンテナ装置１００は、前記誘導電流が流れるのを抑制するために、第１多周波共用アンテナ１−１及び第２多周波共用アンテナ１−２の各ループアンテナ素子（第１アンテナ素子）１１が、そのループの途中２箇所に電気的に切断された第１切断部１１−１及び第２切断部１１−２をそれぞれ備えている。
【００６１】
第１切断部１１−１及び第２切断部１１−２は、各ループアンテナ素子１１の一部を切断することによって形成された隙間からなる。その隙間の間隔は、短絡するのを防止するとともにループの周長（本実施形態では１波長）が変化することによってアンテナ特性に悪影響を及ぼさない程度の長さであることが好ましい。本実施形態では、前記隙間の間隔は２〜３ｍｍに設定されている。
【００６２】
図２３は、図２２のアンテナ装置１００から、水平偏波用の第１多周波共用アンテナ１−１だけを抜き出したものを示している。図２３のアンテナ１−１におけるアンテナ本体１０は、第１実施形態と同様に給電点１５から各アンテナ素子１１，１２，１３に接続される線路１６−１を備えている。この線路１６−１は、給電点１５から互いに逆方向（異なる方向）に直線状に延びて、各アンテナ素子１１，１２，１３に接続される一対の線路素子１６−１ａ，１６−１ｂを備えている。両線路素子１６−１ａ，１６−１ｂは、互いに同一長さに形成されており、その長さは線路１６−１の全長の１／２（＝１０２／２＝５１ｍｍ）である。
【００６３】
両線路素子１６−１ａ，１６−１ｂは、ループアンテナ素子１１において互いに異なる箇所に接続されている。線路素子１６−１ａとループアンテナ素子１１との接続点５１から第１切断部１１−１までの経路長さＬ１と、線路素子１６−１ｂとループアンテナ素子１１との接続点５２から第１切断部１１−１までの経路長さＬ２とは、略同一長さに設定されている。経路長さＬ１及びＬ２は、ループアンテナ素子１１の長辺１１ｂの１／２の長さ（＝１１８／２＝５９ｍｍ）と、短辺１１ａの１／２の長さ（＝６０／２＝３０ｍｍ）とを合計した長さ、すなわち８００ＭＨｚの波長（λ_８００Ｍ）の約１／４（＝λ_８００Ｍ／４＝８９ｍｍ）である。
【００６４】
図２４は、図２２のアンテナ装置１００から、垂直偏波用の第２多周波共用アンテナ１−２だけを抜き出したものを示している。図２４のアンテナ１−２におけるアンテナ本体１０は、第１実施形態と同様に給電点１５から各アンテナ素子１１，１２，１３に接続される線路１６−２を備えている。この線路１６−２は、上述の線路１６−１と同様の構成であって、給電点１５から互いに逆方向（異なる方向）に直線状に延びて、各アンテナ素子１１，１２，１３に接続される一対の線路素子１６−２ａ，１６−２ｂを備えている。両線路素子１６−２ａ，１６−２ｂは、互いに同一長さに形成されており、その長さは線路１６−２の全長の１／２（＝１０２／２＝５１ｍｍ）である。
【００６５】
両線路素子１６−２ａ，１６−２ｂは、ループアンテナ素子１１において互いに異なる箇所に接続されている。線路素子１６−２ａとループアンテナ素子１１との接続点５３から第２切断部１１−２までの経路長さＬ３と、線路素子１６−２ｂとループアンテナ素子１１との接続点５４から第２切断部１１−２までの経路長さＬ４とは、略同一長さに設定されている。経路長さＬ３及びＬ４は、ループアンテナ素子１１の長辺１１ｂの１／２の長さ（＝１１８／２＝５９ｍｍ）と、短辺１１ａの１／２の長さ（＝６０／２＝が３０ｍｍ）とを合計した長さ、すなわち８００ＭＨｚの波長（λ_８００Ｍ）の約１／４（＝λ_８００Ｍ／４＝８９ｍｍ）である。
【００６６】
なお、図２３及び図２４の第１切断部１１−１及び第２切断部１１−２は、ループアンテナ素子１１の一部を切断することによって形成された隙間からなるが、この隙間に電気的に切断する絶縁材を介在させたものであってもよい。
また、前記経路長さＬ１とＬ２，Ｌ３とＬ４は、それぞれ同一長さに設定されているが、第１切断部１１−１及び第２切断部１１−２を有していない場合と同等のアンテナ特性を実現することができれば、異なる長さに設定されていてもよい。
【００６７】
図２５（ａ）は、本実施形態の水平偏波用の第１多周波共用アンテナ１−１の反射特性であり、図２５（ｂ）は、第６実施形態の水平偏波用の第１多周波共用アンテナ１−１の反射特性である。また、図２６（ａ）は、本実施形態の垂直偏波用の第２多周波共用アンテナ１−２の反射特性であり、図２６（ｂ）は、第６実施形態の垂直偏波用の第２多周波共用アンテナ１−２の反射特性である。
図２５の（ａ）と（ｂ）、図２６の（ａ）と（ｂ）をそれぞれ比較すると、本実施形態の反射特性は、第６実施形態の反射特性よりも原点（円グラフの中心部）に近づいており、反射特性が改善されているのが分かる。すなわち、反射特性の劣化原因となる誘導電流が各アンテナ１−１，１−２に流れるのを抑制していることが分かる。
【００６８】
図２７は、本実施形態の水平偏波用の第１多周波共用アンテナ１−１の水平面指向性である。図２７と図２０の第６実施形態のアンテナ１−１の水平面指向性とを比較すると、本実施形態のアンテナ１−１の０度方向の利得が、第６実施形態のアンテナ１−１の０度方向の利得とほぼ同様であり、第１切断部１１−１を有する本実施形態のアンテナ１−１が、第１切断部１１−１を有しない場合と同等のアンテナ特性を実現していることが分かる。
【００６９】
図２８（ａ）は本実施形態の水平偏波用の第１多周波共用アンテナ１−１の垂直面指向性であり、図２８（ｂ）は第６実施形態の水平偏波用の第１多周波共用アンテナ１−１の垂直面指向性である。図２８の（ａ）と（ｂ）とを比較すると、本実施形態のアンテナ１−１の０度方向の利得が、第６実施形態のアンテナ１−１の０度方向の利得とほぼ同様であり、第１切断部１１−１を有する本実施形態のアンテナ１−１が、第１切断部１１−１を有しない場合と同等のアンテナ特性を実現していることがわかる。
【００７０】
図２９（ａ）は本実施形態の垂直偏波用の第２多周波共用アンテナ１−２の水平面指向性であり、図２９（ｂ）は第６実施形態の垂直偏波用の第２多周波共用アンテナ１−２の水平面指向性である。また、図３０（ａ）は本実施形態の垂直偏波用の第２多周波共用アンテナ１−２の垂直面指向性であり、図３０（ｂ）は第６実施形態の垂直偏波用の第２多周波共用アンテナ１−２の垂直面指向性である。図２９の（ａ）と（ｂ）、図３０の（ａ）と（ｂ）をそれぞれ比較すると、本実施形態のアンテナ１−２の０度方向の利得が、第６実施形態のアンテナ１−２の０度方向の利得とほぼ同様であり、第２切断部１１−２を有する本実施形態のアンテナ１−２が、第２切断部１１−２を有しない場合と同等のアンテナ特性を実現していることがわかる。
【００７１】
以上、本実施形態のアンテナ装置１００によれば、第１多周波共用アンテナ１−１及び第２多周波共用アンテナ１−２の各ループアンテナ素子１１のうち、一方のループアンテナ素子１１に電流を流したときに、その電流の流れによって他方のループアンテナ素子１１に誘導電流が流れるのを第１及び第２切断部１１−１，１１−２により抑制することができる。これにより、第１多周波共用アンテナ１−１と第２多周波共用アンテナ１−２とが前記誘導電流により相互に干渉するのを抑制することができる。
【００７２】
また、第１切断部１１−１は、給電点１５から一方の線路素子１６−１ａを通過して第１切断部１１−１に至る経路長さＬ１と、給電点１５から他方の線路素子１６−１ｂを通過して第１切断部１１−１に至る経路長さＬ２とが略同一長さとなる位置、すなわち元々電流が流れない位置にあるため、第１多周波共用アンテナ１−１は、第１切断部１１−１を有していても、第１切断部１１−１を有していない場合と同等のアンテナ特性を実現することができる。
【００７３】
また、第２切断部１１−２は、給電点１５から一方の線路素子１６−２ａを通過して第２切断部１１−２に至る経路長さＬ３と、給電点１５から他方の線路素子１６−２ｂを通過して第２切断部１１−２に至る経路長さＬ４とが略同一長さとなる位置、すなわち元々電流が流れない位置にあるため、第２多周波共用アンテナ１−２は、第２切断部１１−２を有していても、第２切断部１１−２を有していない場合と同等のアンテナ特性を実現することができる。
【００７４】
なお、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、上記した意味ではなく、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、及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。
例えば、ループ状に形成されるアンテナ素子は、複数備わっていても良い。すなわち、図３１に示すように、最も周波数の低い周波数で共振する第１アンテナ素子１１のほか、２番目に低い周波数で共振する第２アンテナ素子１２もループ状に形成しておき、残りの第３アンテナ素子１３をダイポール素子としてもよい。
さらに、その変形例として、図３２に示すように、第１アンテナ素子１１の一部を第２アンテナ素子１２の一部として兼用してもよい。この場合、第２アンテナ素子１２のループは、第１辺素子１２ａ、第２辺素子１２ｂ、第３辺素子１２ｃ、第４辺素子１２ｄ１、第５辺素子１２ｄ２、第６辺素子１２ｅ、第７辺素子１２ｆ、第８辺素子１２ｇ、第９辺素子１２ｈ１及び第１０辺素子１２ｈ２により形成される。第１〜第１０辺素子１２ａ〜１２ｈ２のうち、第２辺素子１２ｂ、第４辺素子１２ｄ１、第５辺素子１２ｄ２、第７辺素子１２ｆ、第９辺素子１２ｈ１及び第１０辺素子１２ｈ２は、第１ループ素子１１の一部であって、第２ループ素子１２の一部として兼用されている。
【符号の説明】
【００７５】
１多周波数アンテナ素子
１０アンテナ本体
１１第１アンテナ素子（ループ状のアンテナ素子）
１２第２アンテナ素子（ダイポール素子）
１３第３アンテナ素子（ダイポール素子）
１５給電点
１６線路
１６ａ第１線路
１６ｂ第２線路
２０給電部
３０反射板
３１第１反射板
３２第２反射板
４１無給電素子
４２無給電素子
１００アンテナ装置
１−１第１多周波共用アンテナ
１−２第２多周波共用アンテナ
１１−１第１切断部
１１−２第２切断部
１６−１ａ線路素子
１６−１ｂ線路素子
１６−２ａ線路素子
１６−２ｂ線路素子
５１〜５４接続点

【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ異なる周波数で共振する複数のアンテナ素子を備えた多周波共用アンテナであって、
前記複数のアンテナ素子として、ダイポール素子と、ループ状のアンテナ素子と、を含み、
前記ループ状のアンテナ素子は、前記複数のアンテナ素子のうち少なくとも最も低い周波数で共振するアンテナ素子であり、
前記ダイポール素子は、前記ループ状のアンテナ素子の外周側に配置され、前記ループ状のアンテナ素子の内周側には非配置である
ことを特徴とする多周波共用アンテナ。
【請求項２】
給電点から延びて形成され、前記複数のアンテナ素子それぞれに接続される線路を備え、前記線路は、前記ループ状のアンテナの内周側に設けられた給電点から、前記ループ状のアンテナ素子に至る第１線路と、前記第１線路を前記ループ状のアンテナ素子の外周側に延長させてダイポール素子に至るように形成された第２線路と、を備えている
請求項１記載の多周波共用アンテナ。
【請求項３】
前記ダイポール素子、前記ループ状のアンテナ素子、及び前記線路は、同一基板に形成されている
請求項２記載の多周波共用アンテナ。
【請求項４】
前記複数のアンテナ素子の背後に設けられた反射板と、
前記反射板と前記ダイポール素子との間に配置された無給電素子と、
を更に備える請求項１〜３のいずれか１項に記載の多周波共用アンテナ。
【請求項５】
請求項１記載の多周波共用アンテナを用いた水平偏波用の第１多周波共用アンテナと、
請求項１記載の多周波共用アンテナを用いた垂直偏波用の第２多周波共用アンテナと、
を備え、
前記第１多周波共用アンテナは、垂直偏波は反射させないが水平偏波を反射させるよう形成された第１反射板を備え、
前記第２多周波共用アンテナは、水平偏波は反射させないが垂直偏波を反射させるよう形成された第２反射板を備え、
前記第１多周波共用アンテナ及び前記第２多周波共用アンテナは、前記第１反射板及び第２反射板の前後方向位置を異ならせることで、重なり合って配置されている
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項６】
前記第１多周波共用アンテナのループ状のアンテナ素子は、そのループの途中に電気的に切断された第１切断部を有し、
前記第２多周波共用アンテナのループ状のアンテナ素子は、そのループの途中に電気的に切断された第２切断部を有している
請求項５記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記第１多周波共用アンテナは、給電点から互いに異なる方向に延びるとともに互いに同一長さに形成され、かつ前記ループ状のアンテナ素子において互いに異なる箇所に接続される一対の線路素子を備え、
前記第２多周波共用アンテナは、給電点から互いに異なる方向に延びるとともに互いに同一長さに形成され、かつ前記ループ状のアンテナ素子において互いに異なる箇所に接続される一対の線路素子を備え、
前記第１多周波共用アンテナの一対の線路素子のうち、一方の線路素子と前記ループ状のアンテナ素子との接続点から前記第１切断部までの経路長さと、他方の線路素子と当該ループ状のアンテナ素子との接続点から当該第１切断部までの経路長さとが略同一長さに設定され、
前記第２多周波共用アンテナの一対の線路素子のうち、一方の線路素子と前記ループ状のアンテナ素子との接続点から前記第２切断部までの経路長さと、他方の線路素子と当該ループ状のアンテナ素子との接続点から当該第２切断部までの経路長さとが略同一長さに設定されている
請求項６記載のアンテナ装置。

【図１】