無指向性アレイアンテナ
【課題】垂直面指向性におけるグレーチングローブを抑制しつつ無指向性アレイアンテナを実現し、アンテナ全体構造を簡素化する。
【解決手段】鉛直方向に配列された２ｎ個の放射素子を有する無指向性アレイアンテナであって、前記２ｎ個の放射素子のうち、１〜ｎ番目の放射素子は同一鉛直軸上に配列され、ｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子は前記同一鉛直軸上とは独立した同一鉛直軸上に配列され、前記１〜ｎ番目の放射素子はそれらの放射方向が全て同じ方向になるよう給電され、前記ｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子はそれらの放射方向が全て前記１〜ｎ番目の放射素子と逆方向になるよう給電されている。
【解決手段】鉛直方向に配列された２ｎ個の放射素子を有する無指向性アレイアンテナであって、前記２ｎ個の放射素子のうち、１〜ｎ番目の放射素子は同一鉛直軸上に配列され、ｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子は前記同一鉛直軸上とは独立した同一鉛直軸上に配列され、前記１〜ｎ番目の放射素子はそれらの放射方向が全て同じ方向になるよう給電され、前記ｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子はそれらの放射方向が全て前記１〜ｎ番目の放射素子と逆方向になるよう給電されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射素子を鉛直方向に複数並べた無指向性アレイアンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信、特に携帯電話通信に使用されている無指向性アレイアンテナは、水平面指向性において均一な指向性利得特性が必要とされる。また、他セル干渉を抑制するために、垂直面指向性において所望としない角度への放射（サイドローブ）を抑制する必要がある。これらを実現する方法として、誘電体基板に形成されたダイポールアンテナ素子を互いに逆向きに配置し、さらに前記ダイポールアンテナ素子を形成した複数枚の基板を、基板毎に異なる角度の向きに配置することにより不要な垂直面指向性サイドローブを抑制している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２６６４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的にダイポールアンテナは無指向性であるが、前記特許文献１のようにプリント基板にてダイポールアンテナ素子を形成した場合（このように形成したものはプリントダイポールアンテナと呼ばれている）、素子後方に基板グランドがあるため指向性が出てしまう。すなわち、プリントダイポールアンテナにおいては、素子後方のグランドによって、素子から放射された電波の一部が反射される。このため、プリントダイポールアンテナではわずかに指向性が出てしまう。
【０００５】
したがって、図２のような垂直面指向性を実現しようとした場合、特許文献１と同様にダイポールアンテナ素子互いに逆向きに配置した無指向性アレイアンテナを考えると、素子単体の指向性のため、電気的には素子配置間隔の２倍の素子間隔で配置したアレイアンテナに見え、その結果、図３のように垂直面指向性において水平方向から±４０〜±６０度の方向にグレーチングローブ５が発生する。このグレーチングローブ５は、メインローブと１波長以上ずれたところで波の合成が起こって発生するものである。
【０００６】
アンテナが対象とするエリアや方向以外に電波が放射されると、他の無線局に妨害を及ぼすことになるため、対象とするエリアや方向以外への電波の放射はできるだけ抑制する必要がある。例えば、このグレーチングローブは、天空４５度方向に電波が放射されることになるが、比較的低いところに設置されることが多いＰＨＳの基地局アンテナからグレーチングローブが出た場合、ＰＨＳの基地局の周囲にある当該基地局よりも高い高層ビルにおける電波の送受信に影響を及ぼすこととなる。このような高層ビルでは、ビル内にアンテナが設置されていることが多いからである。したがって、このグレーチングローブを抑制する必要がある。その対策として前記特許文献１のアンテナ構造において、上下に配置した複数の放射素子の水平角度方向を異ならせること（特許文献１の図２、図４）によりそれぞれの水平面指向性を重畳させて各放射素子のレベル差を均して抑制する方法もあり得る。しかし、この方法を用いると、アンテナの構造が複雑になるという問題がある。
【０００７】
また、前記特許文献１のアンテナ構造において、上下に配置した複数の放射素子の水平角度方向を異ならせることによりそれぞれの水平面指向性を重畳させて各放射素子のレベ
ル差を均して制御する方法を採用した場合、アンテナ素子、及び素子給電のための分岐回路を有するマイクロストリップラインをプリント基板で形成するとき、アンテナ外形を細径化しようとすると、プリント基板に対してアンテナ素子面積が基板を占有する比率が大きくなるため、給電のためのマイクロストリップラインの自由度がなくなる。その結果、素子数が多い場合はマイクロストリップラインの配置が不可能となる。その対策としてアンテナ素子とマイクロストリップラインとを分けて異なるプリント基板上に形成する構造にしたり、プリント基板上にマイクロストリップラインが配置できない部分は同軸ケーブルを使用して給電したりする方法もあり得る。しかし、この方法を用いると、アンテナ構造そのものが機械的に複雑になる問題がある。
【０００８】
さらに、素子とマイクロストリップラインとを分けた構造にしたり、同軸ケーブルを使用して給電したりすると、分岐回路とアンテナ素子との構造上の位置関係によっては水平面指向性の偏差が悪化するという問題もある。
【０００９】
本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を解消して、簡単な構造でありながら、水平面指向性の偏差を悪化させることなく、垂直面指向性におけるグレーチングローブを抑制することが可能な無指向性アレイアンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、鉛直方向に配列された２ｎ個の放射素子を有する無指向性アレイアンテナであって、前記２ｎ個の放射素子のうち、１〜ｎ番目の放射素子は同一鉛直軸上に配列され、ｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子は前記同一鉛直軸上とは独立した同一鉛直軸上に配列され、前記１〜ｎ番目の放射素子はそれらの放射方向が全て同じ方向になるよう給電され、前記ｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子はそれらの放射方向が全て前記１〜ｎ番目の放射素子と逆方向になるよう給電されていることを特徴とする無指向性アレイアンテナが提供される。
【００１１】
この場合、前記２ｎ個の放射素子の配列の中央部に設けられた１つの給電点と、該給電点に対してＴ分岐によりトーナメント状に接続された給電線であって、前記給電線のＴ分岐の端末部に前記１〜ｎ番目の放射素子と前記ｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子とが接続され、前記給電点に供給された入力電力を前記給電線にて複数の出力電力に分配し、前記各出力電力を前記２ｎ個の放射素子にそれぞれ供給する給電線とを有することが好ましい。
【００１２】
また、前記放射素子は、半波長ダイポールアンテナであることが好ましい。
【００１３】
また、誘電体基板の一方の面に前記放射素子とグランドとが形成され、前記誘電体基板の他方の面に前記放射素子へ給電するための給電線が形成されていることが好ましい。
【００１４】
さらに、前記１〜ｎ番目の放射素子と前記ｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子とが共通の同一鉛直軸上に配列されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、簡単な構造でありながら、水平面指向性の偏差を悪化させることなく、垂直面指向性におけるグレーチングローブを確実に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施の形態における無指向性アレイアンテナの概念図である。
【図２】本発明の一実施の形態における無指向性アレイアンテナの垂直面指向性の設計例を示す特性図である。
【図３】従来例における無指向性アレイアンテナの垂直面指向性を示す特性図である。
【図４】本発明の一実施の形態における無指向性アレイアンテナの垂直面指向性の特性図である。
【図５】本発明の実施の形態と従来例の無指向性アレイアンテナを比較した概念図であり、（ａ）は一実施の形態、（ｂ）は他の実施の形態、（ｃ）は従来例をそれぞれ示す。
【図６】本発明の具体例の無指向性アレイアンテナの構成図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図である。
【図７】本発明の具体例の無指向性アレイアンテナの要部拡大図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図である。
【図８】図４の特性図を求めるための無指向性アレイアンテナのモデル図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［一実施の形態］
以下、本発明の一実施形態を図１を用いて説明する。
【００１８】
本実施の形態の無指向性アレイアンテナは、鉛直方向に配列された２ｎ個の放射素子を有する。放射素子はアンテナの形状、偏波に依らない。放射素子はダイポールアンテナでもよいし、逆Ｆアンテナでもよい。また、垂直偏波を放射する放射素子でもよいし水平偏波を放射する放射素子でもよい。また、放射素子は誘電体基板などのプリント基板を使用した放射素子でもよいし、金属板を使用した放射素子でもよい。
【００１９】
図１に示すように実施の形態では、８個の放射素子１０２ａ〜１０２ｈがアレイ状に配列され、これらの放射素子１０２ａ〜１０２ｈは誘電体基板１００を使用した半波長ダイポールアンテナである。放射素子が半波長ダイポールアンテナであると、水平面指向性が基本的に無指向性であるため、より確実に無指向性を確保できる。なお、図１において、誘電体基板１００の鉛直方向の中心軸を通る仮想線を鉛直軸線Ｃとし、この鉛直軸線Ｃを基準として、誘電体基板１００の左方向をアンテナの前方向とし、右方向をアンテナの後方向とする。また、誘電体基板１００の鉛直方向を上下方向とする。
【００２０】
２ｎ個の放射素子のうち、１〜ｎ番目の放射素子は同一鉛直軸上に配列されると共に、ｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子は同一鉛直軸上とは独立した同一鉛直軸上に配列されている。実施の形態によっては、１〜ｎ番目の放射素子とｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子とが共通の同一鉛直軸上に配列されている場合もある。
【００２１】
図１に示す実施の形態では、１〜４番目の放射素子（ダイポールアンテナ）１０２ａ〜１０２ｄと、５〜８番目の放射素子（ダイポールアンテナ）１０２ｅ〜１０２ｈとが、誘電体基板１００の同一平面上で、且つ共通の同一鉛直軸Ｃ上に配列されている。２ｎ個の放射素子が誘電体基板の同一平面上に配列されていることにより、複数枚の基板を異なる角度の向きに配置するものと比べてアンテナ全体構造が簡素化できる。また、１〜４番目のダイポールアンテナと５〜８番目のダイポールアンテナとが共通の同一鉛直軸上に配列されていることにより、１〜４番目のダイポールアンテナが配列された鉛直軸と５〜８番目のダイポールアンテナが配列された鉛直軸との鉛直軸間距離がゼロとなるので、配置鉛直軸間距離に起因した電磁波が放射されず、グレーチングローブの発生をより確実に抑制できる。なお、ダイポールアンテナ素子同士の素子配置間隔を０．６λとすると指向性が形成しやすいので良い。
【００２２】
また、１〜ｎ番目の放射素子はそれらの放射方向が全て同じ方向になるよう給電され、ｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子はそれらの放射方向が全て１〜ｎ番目の放射素子と逆方向になるよう給電されている。図１に示す実施の形態では、１〜４番目のダイポールアンテナ
１０２ａ〜１０２ｄは、それらの放射方向が全て前方向を向くように配列され給電されている。５〜８番目のダイポールアンテナ１０２ｅ〜１０２ｈは、それらの放射方向が全て後方向を向くように配列され給電されている。
【００２３】
このように実施の形態の２ｎ個の放射素子は、１〜ｎ番目の放射素子と、ｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子との２ブロックに分割され、それらのブロックの放射方向を互いに逆方向にしたものである。したがって、ブロック内の放射素子の放射方向はそれぞれ同じ方向になるよう配列されており、１放射素子ごとに放射方向が逆方向配置となっていないため、隣り合う素子との放射電力差が無くなり、グレーチングローブの発生を確実に抑制できる。また、１〜ｎ番目の放射素子とｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子とは、放射方向が互いに逆方向になるよう配列されているので、１放射素子ごとに放射方向を逆にして無指向性を確保したのと同等の無指向性を確保することができる。なお、１〜ｎ番目の放射素子とｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子との境界に位置する放射素子間（図示例ではダイポールアンテナ１０２ｄ、１０２ｅ間）だけは放射方向が互いに逆方向になってしまい電力差ができてしまうが、１放射素子ごとに放射方向を互い違いに配列した場合のようなレベルの垂直面指向性グレーチンググローブは発生しない。
【００２４】
２ｎ個の放射素子に給電するために、無指向性アレイアンテナは、２ｎ個の放射素子配列の中央部（４番目（ｎ番目）のダイポールアンテナ１０２ｄと５番目（ｎ＋１番目）のダイポールアンテナ１０２ｅとの間）に１つの給電点を設けている。このように中央給電としているのは、入力から見た全ての素子に対する伝送線路長を等しくすることができ、その結果、伝送線路の周波数特性がフラットで周波数に依存し難く、比較的広い帯域でサイドローブを抑制した垂直面指向性設計が可能となるからである。
【００２５】
また、無指向性アレイアンテナは、給電点に対してＴ分岐によりトーナメント状に接続された給電線を有している。この給電線は、その給電線のＴ分岐の端末部に１〜ｎ番目の放射素子とｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子とが接続され、給電点に供給された入力電力を給電線にて複数の出力電力に分配し、各出力電力を前記２ｎ個の放射素子にそれぞれ供給するようになっている。
【００２６】
図１の実施の形態では、１つの給電点１０４は、８個のダイポールアンテナ１０２ａ〜１０２ｈの配列の中央部に設けられている。給電線１０３は、給電点１０４に対してＴ分岐によりトーナメント状に接続されて構成されている。給電線１０３は、給電点１０４で二分岐され、一方の分岐給電線１０３ａは１番目〜４番目のダイポールアンテナ１０２ａ〜１０２ｄに接続させるために上方に延び、他方の分岐給電線１０３ｂは５番目〜８番目のダイポールアンテナ１０２ｅ〜１０２ｈに接続させるために下方に延びている。
【００２７】
誘電体基板１００の上方において、一方の分岐給電線１０３ａは、２番目のダイポールアンテナ１０２ｂと３番目のダイポールアンテナ１０２ｃとの中間位置でＴ分岐（１０５）し、さらに１番目のダイポールアンテナ１０２ａと２番目のダイポールアンテナ１０２ｂとの中間位置、及び３番目のダイポールアンテナ１０２ｃと４番目のダイポールアンテナ１０２ｄとの中間位置でそれぞれＴ分岐（１０６、１０７）する。誘電体基板１００の下方において、他方の分岐給電線１０３ｂは、６番目のダイポールアンテナ１０２ｆと７番目のダイポールアンテナ１０２ｇとの中間位置でＴ分岐（１１５）し、さらに５番目のダイポールアンテナ１０２ｅと６番目のダイポールアンテナ１０２ｆとの中間位置、及び７番目のダイポールアンテナ１０２ｇと８番目のダイポールアンテナ１０２ｈとの中間位置でそれぞれＴ分岐（１１６、１１７）する。
【００２８】
この給電線１０３の上方の２回目のＴ分岐（１０６、１０７）の端末部１２０ａ〜１２０ｄに１番目〜４番目のダイポールアンテナ１０２ａ〜１０２ｄが接続される。また下方
の２回目のＴ分岐（１１６、１１７）の端末部１２０ｅ〜１２０ｈに５番目〜８ｎ番目のダイポールアンテナ１０２ｅ〜１０２ｈが接続される。これにより、前記給電点１０４に供給された入力電力を給電線１０３にて複数の出力電力にトーナメント状に分配し、前記各出力電力を前記８個のダイポールアンテナ１０２ａ〜１０２ｈにそれぞれ供給するようになっている。
【００２９】
このようにトーナメント状に接続された給電線のＴ分岐端末部に１〜ｎ番目の放射素子とｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子とを接続するようにしたので、簡単な構造で１〜ｎ番目の放射素子とｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子との放射方向を互いに逆方向になるよう配列するのが容易になり、サイドローブの抑制をより確実に行うことができる。
【００３０】
図１は概念図であるため、誘電体基板の表裏の関係を明確に示していないが、誘電体基板の一方の面に放射素子と該放射素子に接続されたグランドとが形成され、誘電体基板の他方の面に放射素子へ給電するための給電線が形成されていることが好ましい。また、誘電体基板の一方の面に放射素子が形成され、誘電体基板の他方の面に給電線が形成されていると、誘電体基板面に対して放射素子面積が基板を占有する比率が大きくなっても、あるいは放射素子数が多くなっても、誘電体基板の他方の面に給電線を形成配置することが可能となる。したがって、アンテナ外径の細径化が容易になる。
【００３１】
次に、図４に、本実施の形態に係る無指向性アレイアンテナを使用した場合の垂直面指向性の計算結果を示す。ただし、計算条件は、図３の従来例の無指向性アレイアンテナの計算と同様である。すなわち、無指向性アレイアンテナは、１２素子アレーアンテナをモデルとし、そのモデル及び寸法は図８に示す。また、計算条件は下記の通りである。なお、図８は、図１、図５（ａ）、（ｂ）、及び図６に対応する。また、図８において寸法の単位はｍｍである。
【００３２】
周波数 ２２５０ＭＨｚ
素子間隔 １００ｍｍ
給電条件
素子２０１ 電圧１Ｖ 位相３５３°
素子２０２ 電圧１Ｖ 位相２８５°
素子２０３ 電圧１Ｖ 位相２５２°
素子２０４ 電圧１Ｖ 位相２２６°
素子２０５ 電圧１Ｖ 位相２０６°
素子２０６ 電圧１Ｖ 位相１８８°
素子２０７ 電圧１Ｖ 位相１６５°
素子２０８ 電圧１Ｖ 位相１４７°
素子２０９ 電圧１Ｖ 位相１２７°
素子２１０ 電圧１Ｖ 位相１０１°
素子２１１ 電圧１Ｖ 位相６８°
素子２１２ 電圧１Ｖ 位相０°
【００３３】
図３の従来例の無指向アレイアンテナでは、グレーチングローブ５が発生していたが、図４では、グレーチングローブは発生していないことが分かる。図４では、図３でグレーチングローブ５が発生した方向も、２０ｄＢ以下のレベルとなっている。なお、本実施の形態の無指向アレイアンテナでは、サイドローブ（例えば、−３０°〜０°）も同時に抑制できていることが図４から分かる。
【００３４】
［実施の形態の効果］
本実施の形態によれば、以下に挙げる一つ又はそれ以上の効果を有する。
【００３５】
１〜ｎ番目の放射素子とｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子とは、それらの放射方向がそれぞれ同じ方向になるよう配列されており、１素子ごとに放射方向が逆方向配置となっていないため、隣り合う素子との放射電力差が無くなり、グレーチングローブの発生を抑制できる。また、１〜ｎ番目の放射素子とｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子とは、放射方向が互いに逆方向になるよう配列されているので、サイドローブも同時に抑制できるとともに、１素子ごとに放射方向を逆にして無指向性を確保したのと同等の無指向性を確保することができる。なお、１〜ｎ番目の放射素子とｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子との境界に位置する放射素子間だけは放射方向が互いに逆方向になってしまい電力差ができてしまうが、１素子ごとに放射方向を互い違いに配列した場合のような垂直面指向性グレーチングローブは発生しない。
【００３６】
トーナメント状に接続された給電線のＴ分岐端末部に１〜ｎ番目の放射素子とｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子とを接続するようにしたので、簡単な構造で１〜ｎ番目の放射素子とｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子との放射方向を互いに逆方向になるよう配列するのが容易になり、サイドローブの抑制をより確実に行うことができる。
【００３７】
また、１〜ｎ番目の放射素子とｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子とが共通の同一鉛直軸上に配列されていることにより、１〜ｎ番目の放射素子が配列された鉛直軸とｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子が配列された鉛直軸との鉛直軸間距離に起因した電磁波が放射されず、グレーチングローブをより確実に抑制できる。
【００３８】
さらに、同一平面上で、且つ同一鉛直軸上に放射素子を配置し、アレイアンテナを２ブロック分けて互いに逆方向放射することにより、隣り合う素子との指向性レベル差を最小限にできるので、垂直面指向性におけるグレーチングローブを抑制しつつ無指向性アレイアンテナを実現できる。また、上下ブロックを同一平面状に配置できることから誘電体基板等で素子を形成すると、アンテナ全体構造が簡単になる。
【００３９】
［他の実施の形態］
このほかにも、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で種々様々変形実施可能なことは勿論である。
【００４０】
例えば、上述の一実施の形態においては、放射素子１０２ａ〜１０２ｄと放射素子１０２ｅ〜１０２ｈを共通の同一鉛直軸上に配列して、放射素子１０２ａ〜１０２ｄを配列した鉛直軸と放射素子１０２ｅ〜１０２ｈを配列した鉛直軸との鉛直軸間距離はゼロとしてある。しかし、放射素子１０２ａ〜１０２ｄの鉛直軸と放射素子１０２ｅ〜１０２ｈの鉛直軸との鉛直軸間距離を、放射する電磁波の波長より小さい距離を保てばグレーチングローブを抑制できるため、放射素子を全て共通の同一鉛直軸上に配列する必要はない。
【００４１】
図５（ｂ）は、そのようなアンテナ素子を異なる鉛直軸上に配列した他の実施の形態の概念図を示す。比較のために図５（ａ）に既述した共通の同一鉛直軸上に素子を配列した一実施の形態を示し、図５（ｃ）に素子の放射方向を互いに逆方向になるよう千鳥状に配列した従来例を示してある。図５（ａ）及び（ｂ）に示す実施の態様のものは、上下の各ブロックの放射素子１０２ａ〜１０２ｄと１０２ｅ〜１０２ｈ、および放射素子１１２ａ〜１１２ｃと１１２ｄ〜１１２ｆの放射方向を、ブロック単位で互いに逆方向になるよう直列状に配列している点で、図５（ｃ）の従来例とは異なる。
【００４２】
図５（ｂ）に示す他の実施の態様のものは、上下にグループ分けした放射素子１１２ａ〜１１２ｃと１１２ｄ〜１１２ｆを、異なる鉛直軸Ａ、Ｂ上に配列して、上下の放射素子１１２ａ〜１１２ｃと１１２ｄ〜１１２ｆの鉛直軸間距離Ｄを、放射素子から放射する電
磁波の波長より小さい距離にしてある。この他の実施の形態は、図５（ａ）の一実施の形態と比べて、上下にグループ分けした放射素子の鉛直軸間距離をずらすことにより、上下に生じている放射方向のデッドスペースを解消して幅方向の寸法を縮めることができるので、アンテナの外形寸法を小型化できる。ただし、図５（ａ）に示すように、鉛直軸Ｃ上に全ての放射素子が一列に並んでいるときがもっとも水平面指向性の偏差が小さくなる。［具体例］
【００４３】
次に本発明の具体例を図６及び図７を用いて説明する。
【００４４】
図６は無指向性アレイアンテナの具体例を示す構成図である。図６（ａ）は、アンテナの表面を示し、図６（ｂ）はアンテナの裏面を示している。
【００４５】
この具体例の無指向性アレイアンテナ１は、誘電体基板７上に鉛直方向に配列された６個の放射素子６ａ〜６ｆを有する。６個の放射素子のうち、１〜３番目の放射素子６ａ〜６ｃは同一鉛直軸Ａ上に配列されると共に、４〜６番目の放射素子６ｄ〜６ｆは前記同一鉛直軸Ａ上とは異なる同一鉛直軸Ｂ上に配列される。１〜３番目の放射素子６ａ〜６ｃはそれらの放射方向が全て同じ方向になるよう配列され、４〜６番目の放射素子６ｄ〜６ｆはそれらの放射方向が全て１〜３番目の放射素子６ａ〜６ｃと逆方向になるよう配列されている。
【００４６】
誘電体基板７の一方の面（表面）にダイポールアンテナ４ａ〜４ｆとグランド８とが形成され、誘電体基板７の他方の面（裏面）にダイポールアンテナ４ａ〜４ｆへ給電するためのマイクロストリップラインからなる給電線１０が形成されている。誘電体基板７の表面の一側に、入力端から給電点１４に沿って同軸ケーブル２０が配設され、そのシールド線がグランド８にハンダ接続され、コアの先端部が表面から裏面に抜けて給電点１４に接続されている。給電は中央給電方式が採用され、励振方法は直流開放型が採用されている。
なお、本具体例では、誘電体基板７の一方の面に放射素子６ａ〜６ｆとグランド８とが形成され、誘電体基板７の他方の面に給電線１０が形成されているため、給電線１０を構成するマイクロストリップラインの配線自由度があり、素子数が多い場合であっても、マイクロストリップラインの配置が可能である。したがって、上述した同軸ケーブル２０は、プリント基板上にマイクロストリップラインが配置できない部分は同軸ケーブルを使用して給電したりする当該同軸ケーブルとは異なる。
【００４７】
１つの給電点１４は、前記６ｎ個の放射素子６ａ〜６ｆの配列の中央部に設けられている。給電線１０は、前記給電点１４に対してＴ分岐によりトーナメント状に接続され、Ｔ分岐の端末部に前記１〜３番目の放射素子６ａ〜６ｃと前記４〜６番目の放射素子６ｄ〜６ｆとが接続され、給電点１４に供給された入力電力を給電線１０にて複数の出力電力に分配し、各出力電力を前記６個の放射素子６ａ〜６ｆにそれぞれ供給するように構成されている。
【００４８】
前記６個の放射素子６ａ〜６ｆは２ブロックに分割されて上下方向に並べて設置され、上方向のブロックの放射素子６ａ〜ｌ６ｃと下方向のブロックの放射素子６ｄ〜６ｆは点対称の位置関係になるように配置されている。このように、点対称の位置関係になるように配置されている上下方向ブロックの放射素子は、同じ構成をしているので、そのうちの上方向に配置された放射素子６ａ〜６ｂについて、図７を用いて代表して説明する。
【００４９】
図７に、１番目のダイポールアンテナ４ａと２番目のダイポールアンテナ４ｂとの要部詳細図を示す。図７（ａ）及び図７（ｂ）に示されるように、本具体例に係る無指向性アレイアンテナ１は、ギャップを隔ててそのギャップの鉛直方向（上下）に延びた２つのア
ンテナ素子２ａ，３ａに給電線路９ａより周波数Ｆの信号を給電され周波数Ｆで共振するダイポールアンテナ４ａにより放射素子６ａが構成され、このような放射素子６ａ，６ｂが上下方向に複数個並べて設置され、放射素子６ａ，６ｂは、それらの放射方向が同じ方向の位置関係になるように配置されたものである。
【００５０】
本具体例の無指向性アレイアンテナ１は、上下に長く延びた誘電体基板７の表裏面にマイクロストリップライン等の導体線（導体パターン）を配置することで、放射素子、給電線路、接地部（グランド）等が形成されている。ここで、説明を簡単にするため、誘電体基板７の幅方向の中央を通り上下に延びた鉛直軸線Ｃを仮想的に設ける。また、誘電体基板７の表面を示した図７（ａ）において鉛直軸線Ｃの左側を後、右側を前とする。誘電体基板７の裏面を示した図７（ｂ）では左側が前、右側が後となる。以下の説明において、鉛直軸線Ｃと直交する方向を水平方向と言い、鉛直軸線Ｃに平行な方向を上下方向と言う。
【００５１】
上下方向に並ぶ２個の放射素子６ａ、６ｂは同じ構成をしているので、上に位置する放射素子６ａについて代表して説明する。上に位置する放射素子６ａでは、鉛直軸Ｃを前端としこの鉛直軸線Ｃから後方に誘電体基板７の表面で上下及び前後に広く面積を占める接地部８が設けられている。この放射素子６ａのダイポールアンテナ４ａを構成する２つのアンテナ素子２ａ，３ａのうち下に位置するアンテナ素子２ａは、グランド８の前端である鉛直軸線Ｃから前方に所定長さ延びた水平枝とその水平枝の前端から下方に所定長さ延びた垂直枝とからなり、左右裏返しのΓ字状を呈する。その上に位置するアンテナ素子３ａは、下のアンテナ素子２ａの水平枝から上下方向所定幅のギャップを隔てて鉛直軸線Ｃから前方に所定長さ延びた水平枝とその水平枝の前端から上方に所定長さ延びた垂直枝とからなり、左右裏返しのＬ字状を呈する。
【００５２】
ここで、ダイポールアンテナ４ａのアンテナ特性を測定して、所望のアンテナ特性が得られるように、アンテナ素子２ａ，３ａの水平枝の長さ及びアンテナ素子２ａ，３ａ間のギャップは適宜調整して求められる。また、アンテナ素子２ａの垂直枝の長さとアンテナ素子３ａの垂直枝の長さとアンテナ素子２ａ，３ａ間のギャップとを合計した長さは、ダイポールアンテナ４ａから放射される周波数Ｆの電波のほぼ１／２波長（ほぼλＦ／２）となる。
【００５３】
誘電体基板７の裏面では、ダイポールアンテナ４ａのアンテナ素子２ａ，３ａに重なる水平方向位置に給電線路９ａが設けられている。このアンテナ素子２ａ，３ａと給電線路９ａとは、静電結合により電気的に接続されている。この給電線路９ａは、後述する分岐給電線路１２ａから前方に所定長さ延びて上のアンテナ素子３ａの水平枝に重なる水平枝と、その水平枝の前端から下方に所定長さ延びて下のアンテナ素子２ａの垂直部に重なる垂直枝とからなり、上下裏返しのＬ字状を呈する。
【００５４】
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示されるように、本具体例に係る無指向性アレイアンテナ１は、上下方向に並ぶ２つの放射素子６ａ，６ｂの両方に対して給電するための共通給電線路１０がそれぞれ設けられている。この共通給電線路１０は、マイクロストリップラインからなり、誘電体基板７の裏面に配線される。共通給電線路１０は、誘電体基板７の中央の給電点より上方及び下方に直線的に延び、上下の放射素子６ａ，６ｂの中間領域でそれぞれの広帯域二分配器（Ｔ分岐器）１１に接続されている。
【００５５】
広帯域二分配器１１は、共通給電線路１０から給電される信号を二分配するものである。分配の比率は、等分配でもよいし、不等分配にして電力分配比を任意に設定できるようにしてもよい。広帯域二分配器１１からそれぞれの放射素子６ａ，６ｂまでは分岐給電線路１２ａ，１２ｂが配線されている。
【００５６】
誘電体基板７の下方の給電点に周波数Ｆの信号が給電される。給電された信号は、マイクロストリップラインからなる共通給電線路１０から広帯域二分配器１３を介して広帯域二分配器１１に伝送される。広帯域二分配器１１では、不等分配も可能であるが、ここでは等分配が行われるものとする。広帯域二分配器１１で等分配された給電信号は、それぞれの分岐給電線路１２ａ，１２ｂを経由して上下方向に並ぶ２つの放射素子６ａ，６ｂのそれぞれに給電される。
【００５７】
放射素子６ａにおいては、給電線路９ａからダイポールアンテナ４ａの２つのアンテナ素子２ａ，３ａに信号が給電される。アンテナ素子２ａ，３ａに給電された周波数Ｆの信号は、これら２つのアンテナ素子２ａ，３ａからなるダイポールアンテナ４ａにおいて励振され、ダイポールアンテナ４ａから周波数Ｆの電波が放射される。
【００５８】
なお、本具体例では、放射素子６ａ，６ｂのダイポールアンテナ４ａ，４ｂは、直流開放型の励振方法をとっているが、誘電体基板７の表面に形成された放射素子６ａ，６ｂと裏面に形成された給電線路９ａ．９ｂとをスルーホールを介して電気的に接続した直流短絡型でもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１ 無指向性アレイアンテナ
７ 誘電体基板
１００ 誘電体基板
１０２ａ〜１０２ｄ １〜ｎ番目の放射素子
１０２ｅ〜ｌ１２０ｈ ｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子
１０３ 給電線
１０４ 給電点
１０５〜１１７ Ｔ分岐
１２０ａ〜１２０ｈ Ｔ分岐の端末部
２００ 無指向性アレイアンテナ
Ａ、Ｂ 鉛直軸線
Ｃ 同一鉛直軸線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射素子を鉛直方向に複数並べた無指向性アレイアンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信、特に携帯電話通信に使用されている無指向性アレイアンテナは、水平面指向性において均一な指向性利得特性が必要とされる。また、他セル干渉を抑制するために、垂直面指向性において所望としない角度への放射（サイドローブ）を抑制する必要がある。これらを実現する方法として、誘電体基板に形成されたダイポールアンテナ素子を互いに逆向きに配置し、さらに前記ダイポールアンテナ素子を形成した複数枚の基板を、基板毎に異なる角度の向きに配置することにより不要な垂直面指向性サイドローブを抑制している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２６６４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的にダイポールアンテナは無指向性であるが、前記特許文献１のようにプリント基板にてダイポールアンテナ素子を形成した場合（このように形成したものはプリントダイポールアンテナと呼ばれている）、素子後方に基板グランドがあるため指向性が出てしまう。すなわち、プリントダイポールアンテナにおいては、素子後方のグランドによって、素子から放射された電波の一部が反射される。このため、プリントダイポールアンテナではわずかに指向性が出てしまう。
【０００５】
したがって、図２のような垂直面指向性を実現しようとした場合、特許文献１と同様にダイポールアンテナ素子互いに逆向きに配置した無指向性アレイアンテナを考えると、素子単体の指向性のため、電気的には素子配置間隔の２倍の素子間隔で配置したアレイアンテナに見え、その結果、図３のように垂直面指向性において水平方向から±４０〜±６０度の方向にグレーチングローブ５が発生する。このグレーチングローブ５は、メインローブと１波長以上ずれたところで波の合成が起こって発生するものである。
【０００６】
アンテナが対象とするエリアや方向以外に電波が放射されると、他の無線局に妨害を及ぼすことになるため、対象とするエリアや方向以外への電波の放射はできるだけ抑制する必要がある。例えば、このグレーチングローブは、天空４５度方向に電波が放射されることになるが、比較的低いところに設置されることが多いＰＨＳの基地局アンテナからグレーチングローブが出た場合、ＰＨＳの基地局の周囲にある当該基地局よりも高い高層ビルにおける電波の送受信に影響を及ぼすこととなる。このような高層ビルでは、ビル内にアンテナが設置されていることが多いからである。したがって、このグレーチングローブを抑制する必要がある。その対策として前記特許文献１のアンテナ構造において、上下に配置した複数の放射素子の水平角度方向を異ならせること（特許文献１の図２、図４）によりそれぞれの水平面指向性を重畳させて各放射素子のレベル差を均して抑制する方法もあり得る。しかし、この方法を用いると、アンテナの構造が複雑になるという問題がある。
【０００７】
また、前記特許文献１のアンテナ構造において、上下に配置した複数の放射素子の水平角度方向を異ならせることによりそれぞれの水平面指向性を重畳させて各放射素子のレベ
ル差を均して制御する方法を採用した場合、アンテナ素子、及び素子給電のための分岐回路を有するマイクロストリップラインをプリント基板で形成するとき、アンテナ外形を細径化しようとすると、プリント基板に対してアンテナ素子面積が基板を占有する比率が大きくなるため、給電のためのマイクロストリップラインの自由度がなくなる。その結果、素子数が多い場合はマイクロストリップラインの配置が不可能となる。その対策としてアンテナ素子とマイクロストリップラインとを分けて異なるプリント基板上に形成する構造にしたり、プリント基板上にマイクロストリップラインが配置できない部分は同軸ケーブルを使用して給電したりする方法もあり得る。しかし、この方法を用いると、アンテナ構造そのものが機械的に複雑になる問題がある。
【０００８】
さらに、素子とマイクロストリップラインとを分けた構造にしたり、同軸ケーブルを使用して給電したりすると、分岐回路とアンテナ素子との構造上の位置関係によっては水平面指向性の偏差が悪化するという問題もある。
【０００９】
本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を解消して、簡単な構造でありながら、水平面指向性の偏差を悪化させることなく、垂直面指向性におけるグレーチングローブを抑制することが可能な無指向性アレイアンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、鉛直方向に配列された２ｎ個の放射素子を有する無指向性アレイアンテナであって、前記２ｎ個の放射素子のうち、１〜ｎ番目の放射素子は同一鉛直軸上に配列され、ｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子は前記同一鉛直軸上とは独立した同一鉛直軸上に配列され、前記１〜ｎ番目の放射素子はそれらの放射方向が全て同じ方向になるよう給電され、前記ｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子はそれらの放射方向が全て前記１〜ｎ番目の放射素子と逆方向になるよう給電されていることを特徴とする無指向性アレイアンテナが提供される。
【００１１】
この場合、前記２ｎ個の放射素子の配列の中央部に設けられた１つの給電点と、該給電点に対してＴ分岐によりトーナメント状に接続された給電線であって、前記給電線のＴ分岐の端末部に前記１〜ｎ番目の放射素子と前記ｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子とが接続され、前記給電点に供給された入力電力を前記給電線にて複数の出力電力に分配し、前記各出力電力を前記２ｎ個の放射素子にそれぞれ供給する給電線とを有することが好ましい。
【００１２】
また、前記放射素子は、半波長ダイポールアンテナであることが好ましい。
【００１３】
また、誘電体基板の一方の面に前記放射素子とグランドとが形成され、前記誘電体基板の他方の面に前記放射素子へ給電するための給電線が形成されていることが好ましい。
【００１４】
さらに、前記１〜ｎ番目の放射素子と前記ｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子とが共通の同一鉛直軸上に配列されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、簡単な構造でありながら、水平面指向性の偏差を悪化させることなく、垂直面指向性におけるグレーチングローブを確実に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施の形態における無指向性アレイアンテナの概念図である。
【図２】本発明の一実施の形態における無指向性アレイアンテナの垂直面指向性の設計例を示す特性図である。
【図３】従来例における無指向性アレイアンテナの垂直面指向性を示す特性図である。
【図４】本発明の一実施の形態における無指向性アレイアンテナの垂直面指向性の特性図である。
【図５】本発明の実施の形態と従来例の無指向性アレイアンテナを比較した概念図であり、（ａ）は一実施の形態、（ｂ）は他の実施の形態、（ｃ）は従来例をそれぞれ示す。
【図６】本発明の具体例の無指向性アレイアンテナの構成図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図である。
【図７】本発明の具体例の無指向性アレイアンテナの要部拡大図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図である。
【図８】図４の特性図を求めるための無指向性アレイアンテナのモデル図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［一実施の形態］
以下、本発明の一実施形態を図１を用いて説明する。
【００１８】
本実施の形態の無指向性アレイアンテナは、鉛直方向に配列された２ｎ個の放射素子を有する。放射素子はアンテナの形状、偏波に依らない。放射素子はダイポールアンテナでもよいし、逆Ｆアンテナでもよい。また、垂直偏波を放射する放射素子でもよいし水平偏波を放射する放射素子でもよい。また、放射素子は誘電体基板などのプリント基板を使用した放射素子でもよいし、金属板を使用した放射素子でもよい。
【００１９】
図１に示すように実施の形態では、８個の放射素子１０２ａ〜１０２ｈがアレイ状に配列され、これらの放射素子１０２ａ〜１０２ｈは誘電体基板１００を使用した半波長ダイポールアンテナである。放射素子が半波長ダイポールアンテナであると、水平面指向性が基本的に無指向性であるため、より確実に無指向性を確保できる。なお、図１において、誘電体基板１００の鉛直方向の中心軸を通る仮想線を鉛直軸線Ｃとし、この鉛直軸線Ｃを基準として、誘電体基板１００の左方向をアンテナの前方向とし、右方向をアンテナの後方向とする。また、誘電体基板１００の鉛直方向を上下方向とする。
【００２０】
２ｎ個の放射素子のうち、１〜ｎ番目の放射素子は同一鉛直軸上に配列されると共に、ｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子は同一鉛直軸上とは独立した同一鉛直軸上に配列されている。実施の形態によっては、１〜ｎ番目の放射素子とｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子とが共通の同一鉛直軸上に配列されている場合もある。
【００２１】
図１に示す実施の形態では、１〜４番目の放射素子（ダイポールアンテナ）１０２ａ〜１０２ｄと、５〜８番目の放射素子（ダイポールアンテナ）１０２ｅ〜１０２ｈとが、誘電体基板１００の同一平面上で、且つ共通の同一鉛直軸Ｃ上に配列されている。２ｎ個の放射素子が誘電体基板の同一平面上に配列されていることにより、複数枚の基板を異なる角度の向きに配置するものと比べてアンテナ全体構造が簡素化できる。また、１〜４番目のダイポールアンテナと５〜８番目のダイポールアンテナとが共通の同一鉛直軸上に配列されていることにより、１〜４番目のダイポールアンテナが配列された鉛直軸と５〜８番目のダイポールアンテナが配列された鉛直軸との鉛直軸間距離がゼロとなるので、配置鉛直軸間距離に起因した電磁波が放射されず、グレーチングローブの発生をより確実に抑制できる。なお、ダイポールアンテナ素子同士の素子配置間隔を０．６λとすると指向性が形成しやすいので良い。
【００２２】
また、１〜ｎ番目の放射素子はそれらの放射方向が全て同じ方向になるよう給電され、ｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子はそれらの放射方向が全て１〜ｎ番目の放射素子と逆方向になるよう給電されている。図１に示す実施の形態では、１〜４番目のダイポールアンテナ
１０２ａ〜１０２ｄは、それらの放射方向が全て前方向を向くように配列され給電されている。５〜８番目のダイポールアンテナ１０２ｅ〜１０２ｈは、それらの放射方向が全て後方向を向くように配列され給電されている。
【００２３】
このように実施の形態の２ｎ個の放射素子は、１〜ｎ番目の放射素子と、ｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子との２ブロックに分割され、それらのブロックの放射方向を互いに逆方向にしたものである。したがって、ブロック内の放射素子の放射方向はそれぞれ同じ方向になるよう配列されており、１放射素子ごとに放射方向が逆方向配置となっていないため、隣り合う素子との放射電力差が無くなり、グレーチングローブの発生を確実に抑制できる。また、１〜ｎ番目の放射素子とｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子とは、放射方向が互いに逆方向になるよう配列されているので、１放射素子ごとに放射方向を逆にして無指向性を確保したのと同等の無指向性を確保することができる。なお、１〜ｎ番目の放射素子とｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子との境界に位置する放射素子間（図示例ではダイポールアンテナ１０２ｄ、１０２ｅ間）だけは放射方向が互いに逆方向になってしまい電力差ができてしまうが、１放射素子ごとに放射方向を互い違いに配列した場合のようなレベルの垂直面指向性グレーチンググローブは発生しない。
【００２４】
２ｎ個の放射素子に給電するために、無指向性アレイアンテナは、２ｎ個の放射素子配列の中央部（４番目（ｎ番目）のダイポールアンテナ１０２ｄと５番目（ｎ＋１番目）のダイポールアンテナ１０２ｅとの間）に１つの給電点を設けている。このように中央給電としているのは、入力から見た全ての素子に対する伝送線路長を等しくすることができ、その結果、伝送線路の周波数特性がフラットで周波数に依存し難く、比較的広い帯域でサイドローブを抑制した垂直面指向性設計が可能となるからである。
【００２５】
また、無指向性アレイアンテナは、給電点に対してＴ分岐によりトーナメント状に接続された給電線を有している。この給電線は、その給電線のＴ分岐の端末部に１〜ｎ番目の放射素子とｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子とが接続され、給電点に供給された入力電力を給電線にて複数の出力電力に分配し、各出力電力を前記２ｎ個の放射素子にそれぞれ供給するようになっている。
【００２６】
図１の実施の形態では、１つの給電点１０４は、８個のダイポールアンテナ１０２ａ〜１０２ｈの配列の中央部に設けられている。給電線１０３は、給電点１０４に対してＴ分岐によりトーナメント状に接続されて構成されている。給電線１０３は、給電点１０４で二分岐され、一方の分岐給電線１０３ａは１番目〜４番目のダイポールアンテナ１０２ａ〜１０２ｄに接続させるために上方に延び、他方の分岐給電線１０３ｂは５番目〜８番目のダイポールアンテナ１０２ｅ〜１０２ｈに接続させるために下方に延びている。
【００２７】
誘電体基板１００の上方において、一方の分岐給電線１０３ａは、２番目のダイポールアンテナ１０２ｂと３番目のダイポールアンテナ１０２ｃとの中間位置でＴ分岐（１０５）し、さらに１番目のダイポールアンテナ１０２ａと２番目のダイポールアンテナ１０２ｂとの中間位置、及び３番目のダイポールアンテナ１０２ｃと４番目のダイポールアンテナ１０２ｄとの中間位置でそれぞれＴ分岐（１０６、１０７）する。誘電体基板１００の下方において、他方の分岐給電線１０３ｂは、６番目のダイポールアンテナ１０２ｆと７番目のダイポールアンテナ１０２ｇとの中間位置でＴ分岐（１１５）し、さらに５番目のダイポールアンテナ１０２ｅと６番目のダイポールアンテナ１０２ｆとの中間位置、及び７番目のダイポールアンテナ１０２ｇと８番目のダイポールアンテナ１０２ｈとの中間位置でそれぞれＴ分岐（１１６、１１７）する。
【００２８】
この給電線１０３の上方の２回目のＴ分岐（１０６、１０７）の端末部１２０ａ〜１２０ｄに１番目〜４番目のダイポールアンテナ１０２ａ〜１０２ｄが接続される。また下方
の２回目のＴ分岐（１１６、１１７）の端末部１２０ｅ〜１２０ｈに５番目〜８ｎ番目のダイポールアンテナ１０２ｅ〜１０２ｈが接続される。これにより、前記給電点１０４に供給された入力電力を給電線１０３にて複数の出力電力にトーナメント状に分配し、前記各出力電力を前記８個のダイポールアンテナ１０２ａ〜１０２ｈにそれぞれ供給するようになっている。
【００２９】
このようにトーナメント状に接続された給電線のＴ分岐端末部に１〜ｎ番目の放射素子とｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子とを接続するようにしたので、簡単な構造で１〜ｎ番目の放射素子とｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子との放射方向を互いに逆方向になるよう配列するのが容易になり、サイドローブの抑制をより確実に行うことができる。
【００３０】
図１は概念図であるため、誘電体基板の表裏の関係を明確に示していないが、誘電体基板の一方の面に放射素子と該放射素子に接続されたグランドとが形成され、誘電体基板の他方の面に放射素子へ給電するための給電線が形成されていることが好ましい。また、誘電体基板の一方の面に放射素子が形成され、誘電体基板の他方の面に給電線が形成されていると、誘電体基板面に対して放射素子面積が基板を占有する比率が大きくなっても、あるいは放射素子数が多くなっても、誘電体基板の他方の面に給電線を形成配置することが可能となる。したがって、アンテナ外径の細径化が容易になる。
【００３１】
次に、図４に、本実施の形態に係る無指向性アレイアンテナを使用した場合の垂直面指向性の計算結果を示す。ただし、計算条件は、図３の従来例の無指向性アレイアンテナの計算と同様である。すなわち、無指向性アレイアンテナは、１２素子アレーアンテナをモデルとし、そのモデル及び寸法は図８に示す。また、計算条件は下記の通りである。なお、図８は、図１、図５（ａ）、（ｂ）、及び図６に対応する。また、図８において寸法の単位はｍｍである。
【００３２】
周波数 ２２５０ＭＨｚ
素子間隔 １００ｍｍ
給電条件
素子２０１ 電圧１Ｖ 位相３５３°
素子２０２ 電圧１Ｖ 位相２８５°
素子２０３ 電圧１Ｖ 位相２５２°
素子２０４ 電圧１Ｖ 位相２２６°
素子２０５ 電圧１Ｖ 位相２０６°
素子２０６ 電圧１Ｖ 位相１８８°
素子２０７ 電圧１Ｖ 位相１６５°
素子２０８ 電圧１Ｖ 位相１４７°
素子２０９ 電圧１Ｖ 位相１２７°
素子２１０ 電圧１Ｖ 位相１０１°
素子２１１ 電圧１Ｖ 位相６８°
素子２１２ 電圧１Ｖ 位相０°
【００３３】
図３の従来例の無指向アレイアンテナでは、グレーチングローブ５が発生していたが、図４では、グレーチングローブは発生していないことが分かる。図４では、図３でグレーチングローブ５が発生した方向も、２０ｄＢ以下のレベルとなっている。なお、本実施の形態の無指向アレイアンテナでは、サイドローブ（例えば、−３０°〜０°）も同時に抑制できていることが図４から分かる。
【００３４】
［実施の形態の効果］
本実施の形態によれば、以下に挙げる一つ又はそれ以上の効果を有する。
【００３５】
１〜ｎ番目の放射素子とｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子とは、それらの放射方向がそれぞれ同じ方向になるよう配列されており、１素子ごとに放射方向が逆方向配置となっていないため、隣り合う素子との放射電力差が無くなり、グレーチングローブの発生を抑制できる。また、１〜ｎ番目の放射素子とｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子とは、放射方向が互いに逆方向になるよう配列されているので、サイドローブも同時に抑制できるとともに、１素子ごとに放射方向を逆にして無指向性を確保したのと同等の無指向性を確保することができる。なお、１〜ｎ番目の放射素子とｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子との境界に位置する放射素子間だけは放射方向が互いに逆方向になってしまい電力差ができてしまうが、１素子ごとに放射方向を互い違いに配列した場合のような垂直面指向性グレーチングローブは発生しない。
【００３６】
トーナメント状に接続された給電線のＴ分岐端末部に１〜ｎ番目の放射素子とｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子とを接続するようにしたので、簡単な構造で１〜ｎ番目の放射素子とｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子との放射方向を互いに逆方向になるよう配列するのが容易になり、サイドローブの抑制をより確実に行うことができる。
【００３７】
また、１〜ｎ番目の放射素子とｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子とが共通の同一鉛直軸上に配列されていることにより、１〜ｎ番目の放射素子が配列された鉛直軸とｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子が配列された鉛直軸との鉛直軸間距離に起因した電磁波が放射されず、グレーチングローブをより確実に抑制できる。
【００３８】
さらに、同一平面上で、且つ同一鉛直軸上に放射素子を配置し、アレイアンテナを２ブロック分けて互いに逆方向放射することにより、隣り合う素子との指向性レベル差を最小限にできるので、垂直面指向性におけるグレーチングローブを抑制しつつ無指向性アレイアンテナを実現できる。また、上下ブロックを同一平面状に配置できることから誘電体基板等で素子を形成すると、アンテナ全体構造が簡単になる。
【００３９】
［他の実施の形態］
このほかにも、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で種々様々変形実施可能なことは勿論である。
【００４０】
例えば、上述の一実施の形態においては、放射素子１０２ａ〜１０２ｄと放射素子１０２ｅ〜１０２ｈを共通の同一鉛直軸上に配列して、放射素子１０２ａ〜１０２ｄを配列した鉛直軸と放射素子１０２ｅ〜１０２ｈを配列した鉛直軸との鉛直軸間距離はゼロとしてある。しかし、放射素子１０２ａ〜１０２ｄの鉛直軸と放射素子１０２ｅ〜１０２ｈの鉛直軸との鉛直軸間距離を、放射する電磁波の波長より小さい距離を保てばグレーチングローブを抑制できるため、放射素子を全て共通の同一鉛直軸上に配列する必要はない。
【００４１】
図５（ｂ）は、そのようなアンテナ素子を異なる鉛直軸上に配列した他の実施の形態の概念図を示す。比較のために図５（ａ）に既述した共通の同一鉛直軸上に素子を配列した一実施の形態を示し、図５（ｃ）に素子の放射方向を互いに逆方向になるよう千鳥状に配列した従来例を示してある。図５（ａ）及び（ｂ）に示す実施の態様のものは、上下の各ブロックの放射素子１０２ａ〜１０２ｄと１０２ｅ〜１０２ｈ、および放射素子１１２ａ〜１１２ｃと１１２ｄ〜１１２ｆの放射方向を、ブロック単位で互いに逆方向になるよう直列状に配列している点で、図５（ｃ）の従来例とは異なる。
【００４２】
図５（ｂ）に示す他の実施の態様のものは、上下にグループ分けした放射素子１１２ａ〜１１２ｃと１１２ｄ〜１１２ｆを、異なる鉛直軸Ａ、Ｂ上に配列して、上下の放射素子１１２ａ〜１１２ｃと１１２ｄ〜１１２ｆの鉛直軸間距離Ｄを、放射素子から放射する電
磁波の波長より小さい距離にしてある。この他の実施の形態は、図５（ａ）の一実施の形態と比べて、上下にグループ分けした放射素子の鉛直軸間距離をずらすことにより、上下に生じている放射方向のデッドスペースを解消して幅方向の寸法を縮めることができるので、アンテナの外形寸法を小型化できる。ただし、図５（ａ）に示すように、鉛直軸Ｃ上に全ての放射素子が一列に並んでいるときがもっとも水平面指向性の偏差が小さくなる。［具体例］
【００４３】
次に本発明の具体例を図６及び図７を用いて説明する。
【００４４】
図６は無指向性アレイアンテナの具体例を示す構成図である。図６（ａ）は、アンテナの表面を示し、図６（ｂ）はアンテナの裏面を示している。
【００４５】
この具体例の無指向性アレイアンテナ１は、誘電体基板７上に鉛直方向に配列された６個の放射素子６ａ〜６ｆを有する。６個の放射素子のうち、１〜３番目の放射素子６ａ〜６ｃは同一鉛直軸Ａ上に配列されると共に、４〜６番目の放射素子６ｄ〜６ｆは前記同一鉛直軸Ａ上とは異なる同一鉛直軸Ｂ上に配列される。１〜３番目の放射素子６ａ〜６ｃはそれらの放射方向が全て同じ方向になるよう配列され、４〜６番目の放射素子６ｄ〜６ｆはそれらの放射方向が全て１〜３番目の放射素子６ａ〜６ｃと逆方向になるよう配列されている。
【００４６】
誘電体基板７の一方の面（表面）にダイポールアンテナ４ａ〜４ｆとグランド８とが形成され、誘電体基板７の他方の面（裏面）にダイポールアンテナ４ａ〜４ｆへ給電するためのマイクロストリップラインからなる給電線１０が形成されている。誘電体基板７の表面の一側に、入力端から給電点１４に沿って同軸ケーブル２０が配設され、そのシールド線がグランド８にハンダ接続され、コアの先端部が表面から裏面に抜けて給電点１４に接続されている。給電は中央給電方式が採用され、励振方法は直流開放型が採用されている。
なお、本具体例では、誘電体基板７の一方の面に放射素子６ａ〜６ｆとグランド８とが形成され、誘電体基板７の他方の面に給電線１０が形成されているため、給電線１０を構成するマイクロストリップラインの配線自由度があり、素子数が多い場合であっても、マイクロストリップラインの配置が可能である。したがって、上述した同軸ケーブル２０は、プリント基板上にマイクロストリップラインが配置できない部分は同軸ケーブルを使用して給電したりする当該同軸ケーブルとは異なる。
【００４７】
１つの給電点１４は、前記６ｎ個の放射素子６ａ〜６ｆの配列の中央部に設けられている。給電線１０は、前記給電点１４に対してＴ分岐によりトーナメント状に接続され、Ｔ分岐の端末部に前記１〜３番目の放射素子６ａ〜６ｃと前記４〜６番目の放射素子６ｄ〜６ｆとが接続され、給電点１４に供給された入力電力を給電線１０にて複数の出力電力に分配し、各出力電力を前記６個の放射素子６ａ〜６ｆにそれぞれ供給するように構成されている。
【００４８】
前記６個の放射素子６ａ〜６ｆは２ブロックに分割されて上下方向に並べて設置され、上方向のブロックの放射素子６ａ〜ｌ６ｃと下方向のブロックの放射素子６ｄ〜６ｆは点対称の位置関係になるように配置されている。このように、点対称の位置関係になるように配置されている上下方向ブロックの放射素子は、同じ構成をしているので、そのうちの上方向に配置された放射素子６ａ〜６ｂについて、図７を用いて代表して説明する。
【００４９】
図７に、１番目のダイポールアンテナ４ａと２番目のダイポールアンテナ４ｂとの要部詳細図を示す。図７（ａ）及び図７（ｂ）に示されるように、本具体例に係る無指向性アレイアンテナ１は、ギャップを隔ててそのギャップの鉛直方向（上下）に延びた２つのア
ンテナ素子２ａ，３ａに給電線路９ａより周波数Ｆの信号を給電され周波数Ｆで共振するダイポールアンテナ４ａにより放射素子６ａが構成され、このような放射素子６ａ，６ｂが上下方向に複数個並べて設置され、放射素子６ａ，６ｂは、それらの放射方向が同じ方向の位置関係になるように配置されたものである。
【００５０】
本具体例の無指向性アレイアンテナ１は、上下に長く延びた誘電体基板７の表裏面にマイクロストリップライン等の導体線（導体パターン）を配置することで、放射素子、給電線路、接地部（グランド）等が形成されている。ここで、説明を簡単にするため、誘電体基板７の幅方向の中央を通り上下に延びた鉛直軸線Ｃを仮想的に設ける。また、誘電体基板７の表面を示した図７（ａ）において鉛直軸線Ｃの左側を後、右側を前とする。誘電体基板７の裏面を示した図７（ｂ）では左側が前、右側が後となる。以下の説明において、鉛直軸線Ｃと直交する方向を水平方向と言い、鉛直軸線Ｃに平行な方向を上下方向と言う。
【００５１】
上下方向に並ぶ２個の放射素子６ａ、６ｂは同じ構成をしているので、上に位置する放射素子６ａについて代表して説明する。上に位置する放射素子６ａでは、鉛直軸Ｃを前端としこの鉛直軸線Ｃから後方に誘電体基板７の表面で上下及び前後に広く面積を占める接地部８が設けられている。この放射素子６ａのダイポールアンテナ４ａを構成する２つのアンテナ素子２ａ，３ａのうち下に位置するアンテナ素子２ａは、グランド８の前端である鉛直軸線Ｃから前方に所定長さ延びた水平枝とその水平枝の前端から下方に所定長さ延びた垂直枝とからなり、左右裏返しのΓ字状を呈する。その上に位置するアンテナ素子３ａは、下のアンテナ素子２ａの水平枝から上下方向所定幅のギャップを隔てて鉛直軸線Ｃから前方に所定長さ延びた水平枝とその水平枝の前端から上方に所定長さ延びた垂直枝とからなり、左右裏返しのＬ字状を呈する。
【００５２】
ここで、ダイポールアンテナ４ａのアンテナ特性を測定して、所望のアンテナ特性が得られるように、アンテナ素子２ａ，３ａの水平枝の長さ及びアンテナ素子２ａ，３ａ間のギャップは適宜調整して求められる。また、アンテナ素子２ａの垂直枝の長さとアンテナ素子３ａの垂直枝の長さとアンテナ素子２ａ，３ａ間のギャップとを合計した長さは、ダイポールアンテナ４ａから放射される周波数Ｆの電波のほぼ１／２波長（ほぼλＦ／２）となる。
【００５３】
誘電体基板７の裏面では、ダイポールアンテナ４ａのアンテナ素子２ａ，３ａに重なる水平方向位置に給電線路９ａが設けられている。このアンテナ素子２ａ，３ａと給電線路９ａとは、静電結合により電気的に接続されている。この給電線路９ａは、後述する分岐給電線路１２ａから前方に所定長さ延びて上のアンテナ素子３ａの水平枝に重なる水平枝と、その水平枝の前端から下方に所定長さ延びて下のアンテナ素子２ａの垂直部に重なる垂直枝とからなり、上下裏返しのＬ字状を呈する。
【００５４】
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示されるように、本具体例に係る無指向性アレイアンテナ１は、上下方向に並ぶ２つの放射素子６ａ，６ｂの両方に対して給電するための共通給電線路１０がそれぞれ設けられている。この共通給電線路１０は、マイクロストリップラインからなり、誘電体基板７の裏面に配線される。共通給電線路１０は、誘電体基板７の中央の給電点より上方及び下方に直線的に延び、上下の放射素子６ａ，６ｂの中間領域でそれぞれの広帯域二分配器（Ｔ分岐器）１１に接続されている。
【００５５】
広帯域二分配器１１は、共通給電線路１０から給電される信号を二分配するものである。分配の比率は、等分配でもよいし、不等分配にして電力分配比を任意に設定できるようにしてもよい。広帯域二分配器１１からそれぞれの放射素子６ａ，６ｂまでは分岐給電線路１２ａ，１２ｂが配線されている。
【００５６】
誘電体基板７の下方の給電点に周波数Ｆの信号が給電される。給電された信号は、マイクロストリップラインからなる共通給電線路１０から広帯域二分配器１３を介して広帯域二分配器１１に伝送される。広帯域二分配器１１では、不等分配も可能であるが、ここでは等分配が行われるものとする。広帯域二分配器１１で等分配された給電信号は、それぞれの分岐給電線路１２ａ，１２ｂを経由して上下方向に並ぶ２つの放射素子６ａ，６ｂのそれぞれに給電される。
【００５７】
放射素子６ａにおいては、給電線路９ａからダイポールアンテナ４ａの２つのアンテナ素子２ａ，３ａに信号が給電される。アンテナ素子２ａ，３ａに給電された周波数Ｆの信号は、これら２つのアンテナ素子２ａ，３ａからなるダイポールアンテナ４ａにおいて励振され、ダイポールアンテナ４ａから周波数Ｆの電波が放射される。
【００５８】
なお、本具体例では、放射素子６ａ，６ｂのダイポールアンテナ４ａ，４ｂは、直流開放型の励振方法をとっているが、誘電体基板７の表面に形成された放射素子６ａ，６ｂと裏面に形成された給電線路９ａ．９ｂとをスルーホールを介して電気的に接続した直流短絡型でもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１ 無指向性アレイアンテナ
７ 誘電体基板
１００ 誘電体基板
１０２ａ〜１０２ｄ １〜ｎ番目の放射素子
１０２ｅ〜ｌ１２０ｈ ｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子
１０３ 給電線
１０４ 給電点
１０５〜１１７ Ｔ分岐
１２０ａ〜１２０ｈ Ｔ分岐の端末部
２００ 無指向性アレイアンテナ
Ａ、Ｂ 鉛直軸線
Ｃ 同一鉛直軸線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向に配列された２ｎ個の放射素子を有する無指向性アレイアンテナであって、
前記２ｎ個の放射素子のうち、１〜ｎ番目の放射素子は同一鉛直軸上に配列され、ｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子は前記同一鉛直軸上とは独立した同一鉛直軸上に配列され、
前記１〜ｎ番目の放射素子はそれらの放射方向が全て同じ方向になるよう給電され、前記ｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子はそれらの放射方向が全て前記１〜ｎ番目の放射素子と逆方向になるよう給電されていることを特徴とする無指向性アレイアンテナ。
【請求項２】
前記２ｎ個の放射素子の配列の中央部に設けられた１つの給電点と、
該給電点に対してＴ分岐によりトーナメント状に接続された給電線であって、前記給電線のＴ分岐の端末部に前記１〜ｎ番目の放射素子と前記ｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子とが接続され、前記給電点に供給された入力電力を前記給電線にて複数の出力電力に分配し、前記各出力電力を前記２ｎ個の放射素子にそれぞれ供給する給電線とを
有する請求項１に記載の無指向性アレイアンテナ。
【請求項３】
前記放射素子は、半波長ダイポールアンテナである請求項１または２に記載の無指向性アレイアンテナ。
【請求項４】
誘電体基板の一方の面に前記放射素子とグランドとが形成され、前記誘電体基板の他方の面に前記放射素子へ給電するための給電線が形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の無指向性アレイアンテナ。
【請求項５】
前記１〜ｎ番目の放射素子と前記ｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子とが共通の同一鉛直軸上に配列されている請求項１ないし４のいずれかに記載の無指向性アレイアンテナ。
【請求項１】
鉛直方向に配列された２ｎ個の放射素子を有する無指向性アレイアンテナであって、
前記２ｎ個の放射素子のうち、１〜ｎ番目の放射素子は同一鉛直軸上に配列され、ｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子は前記同一鉛直軸上とは独立した同一鉛直軸上に配列され、
前記１〜ｎ番目の放射素子はそれらの放射方向が全て同じ方向になるよう給電され、前記ｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子はそれらの放射方向が全て前記１〜ｎ番目の放射素子と逆方向になるよう給電されていることを特徴とする無指向性アレイアンテナ。
【請求項２】
前記２ｎ個の放射素子の配列の中央部に設けられた１つの給電点と、
該給電点に対してＴ分岐によりトーナメント状に接続された給電線であって、前記給電線のＴ分岐の端末部に前記１〜ｎ番目の放射素子と前記ｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子とが接続され、前記給電点に供給された入力電力を前記給電線にて複数の出力電力に分配し、前記各出力電力を前記２ｎ個の放射素子にそれぞれ供給する給電線とを
有する請求項１に記載の無指向性アレイアンテナ。
【請求項３】
前記放射素子は、半波長ダイポールアンテナである請求項１または２に記載の無指向性アレイアンテナ。
【請求項４】
誘電体基板の一方の面に前記放射素子とグランドとが形成され、前記誘電体基板の他方の面に前記放射素子へ給電するための給電線が形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の無指向性アレイアンテナ。
【請求項５】
前記１〜ｎ番目の放射素子と前記ｎ＋１〜２ｎ番目の放射素子とが共通の同一鉛直軸上に配列されている請求項１ないし４のいずれかに記載の無指向性アレイアンテナ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１３４９０４（Ｐ２０１２−１３４９０４Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８７０９６（Ｐ２０１０−２８７０９６）
【出願日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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