JP2004072731A - モノポールアンテナ装置、通信システム及び移動体通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】トップローディング型モノポールアンテナ装置を低背化すると、トップローディング部の電極１１と接地導体１４との間で容量性の結合が大きくなり、それを打ち消すために電極１１のサイズが大きくなるため、低背で小型のモノポールアンテナ装置を作ることができない。
【解決手段】接地導体１４と、接地導体１４と対向して設けられトップローディング部を構成する電極１１と、給電点３５と電極１１とを接続する線状素子１２と、電極１１と接地導体１４とを接続する短絡導体１３とを備える。短絡導体１３は第１のリアクタンス素子３２を介して電極１１と接地導体１４とを接続し、及び／又は、線状素子は１２第２のリアクタンス素子３１を介して給電点３５と電極１１とを接続する。ここで、リアクタンス素子３１，３２の各リアクタンス値を調整することにより、低背で小型のモノポールアンテナ装置を提供する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば移動体通信システムなどの通信システムに用いられるモノポールアンテナ装置、及び上記モノポールアンテナ装置を備えた通信システム又は移動体通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
車載用のアンテナとしてモノポールアンテナ装置は一般的なアンテナである。モノポールアンテナ装置は線状のアンテナで、その長さは１／４波長又は３／４波長となることが多い。携帯電話機に用いられる９００ＭＨｚの周波数の場合、１／４波長は８３ｍｍになり、３／４波長で２４９ｍｍになり、車両のルーフ上又は車両内に置かれるアンテナ装置としては大きすぎる。そこで、モノポールアンテナ装置を低背化したものとして、トップローディング型モノポールアンテナ装置がある。
【０００３】
図３９は従来例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。このトップローディング型モノポールアンテナ装置は、円形平板形状のトップローディング電極１１（以下、電極１１という。）と、電極１１と対向して設けられかつ中心に給電点３５を有する円形平板形状の接地導体１４と、上記電極１１の中心と給電点３５とを電気的に接続する線状素子１２と、上記電極１１の中心と異なる電極１１上の点と接地導体１４を電気的に接続する短絡導体１３とを備えて構成される。ここで、給電点３５に給電用同軸ケーブル３０の中心導体が接続され、給電用同軸ケーブル３０の接地導体は接地導体１４に接続される。
【０００４】
この従来例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置は、モノポールアンテナ装置の上部に円形平板形状の電極１１を接続して構成したものである。円形平板形状の電極１１を用いることで、周波数９００ＭＨｚであれば１／４波長で８３ｍｍの高さが必要であったモノポールアンテナ装置の高さを３０〜４０ｍｍに低背化できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
次いで、従来例に係る問題点であり、本発明が解決しようとする課題について以下に説明する。
【０００６】
問題点の１点目は、アンテナ装置と、給電用同軸ケーブル３０との間のインピーダンスの整合に関する課題である。トップローディング型モノポールアンテナ装置は、短絡導体１３の本数を増やすと、アンテナ装置の入力インピーダンスを制御できるが、それにより当該アンテナ装置の共振周波数が高くなり、より低い周波数でのインピーダンス整合ができないという問題点があった。
【０００７】
問題点の２点目は、円形平板形状の電極１１の大きさに関する課題である。トップローディング型モノポールアンテナ装置を低背化すると、円形平板形状の電極１１を大きくする必要がある。このことは小型化の観点から望ましくない。ここで、円形平板形状の電極１１を大きくする必要性の理由を、図３９のトップローディング型モノポールアンテナ装置において流れる各電流を示す縦断面図である図４０を用いて以下に説明する。図４０において、トップローディング型モノポールアンテナ装置には、線状素子１２から円形平板形状の電極１１に向かって線状素子１２において電流２１が流れ、当該電流２１は電流２２で示すように電極１１においてその中央部から縁端部に向かってかつ接地導体１４に対して平行に流れる。この場合、当該アンテナ装置の電界分布は電流２１、電流２２及び電流２２と逆向きのイメージ電流２３により生じる電界の和として考えられる。イメージ電流２３は実際に存在する電流ではなく、接地導体１４が無いものと仮定したときに等価な電界分布を得るための電流である。ここで、電流２２とイメージ電流２３との間の距離は、円形平板形状の電極１１と接地導体１４との間距離の２倍になる。すなわち、接地導体１４を線対称として、電流２２に対応するイメージ電流２３が流れると仮定できる。
【０００８】
トップローディング型モノポールアンテナ装置を低背化するということは、すなわち円形平板形状の電極１１と接地導体１４との間の距離を短くすることである。このとき、電流２２とイメージ電流２３との間の距離も短くなる。電流２２による電界と、イメージ電流２３により生じる電界の各符号は互いに逆となるから、距離が近くなることにより打ち消し合う電界も多くなる。打ち消された電界を補償するために線状素子１２上を流れる電流２１と、円形平板形状の電極１１上を流れる電流２２は増大する。ここで、入力インピーダンスを一定に保つためには電流の増加に対して抵抗成分の増加が必要となる。そのため、抵抗成分を増加するために円形平板形状の電極１１が大きくなる。
【０００９】
問題点の３点目は、使用可能な帯域に関する課題である。アンテナ装置の高さを低くすると、帯域幅が狭くなる。アンテナ装置を使用するアプリケーションにより使用される帯域幅は決まっており、そのため、そのため低くする高さにも制限があるという問題点があった。
【００１０】
問題点の４点目は車両内設置に関する課題である。車両内設置するアンテナとしては特に小型形状が望ましい。通常のトップローディング型モノポールアンテナ装置は上述のようにアンテナを低背化すると、円形平板形状の電極１１が大きくなり、接地導体１４の必要な大きさも増大する。車両内では十分な接地導体１４の大きさがとれないことが多いので、アンテナ装置を低背にする高さにも制限がある。従来例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置では、接地導体１４の大きさの制約からアンテナ高が３０〜４０ｍｍと高くなり、車載用として不向きであった。
【００１１】
本発明の第１の目的は以上の問題点を解決し、従来例に比較してより低い高さで構成することができ、インピーダンス整合が可能であるトップローディング型モノポールアンテナ装置及びそれを備えた通信システム又は移動体通信システムを提供することにある。
【００１２】
また、本発明の第２の目的は以上の問題点を解決し、従来例に比較してより低い高さで構成することができ、トップローディング部の大きさの増大を防止できるトップローディング型モノポールアンテナ装置及びそれを備えた通信システム又は移動体通信システムを提供することにある。
【００１３】
さらに、本発明の第３の目的は以上の問題点を解決し、従来例に比較してより低い高さで構成することができ、より広い帯域幅を有するトップローディング型モノポールアンテナ装置及びそれを備えた通信システム又は移動体通信システムを提供することにある。
【００１４】
またさらに、本発明の第４の目的は以上の問題点を解決し、従来例に比較して小型・軽量化でき、移動体の設置に適するトップローディング型モノポールアンテナ装置及びそれを備えた通信システム又は移動体通信システムを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係るモノポールアンテナ装置は、接地導体と、上記接地導体と対向して設けられトップローディング部を構成する電極と、給電点と上記電極とを接続する線状素子と、上記電極と上記接地導体とを接続する短絡導体とを備えたトップローディング型モノポールアンテナ装置において、上記短絡導体は第１のリアクタンス素子を介して上記電極と上記接地導体とを接続することを特徴とする。
【００１６】
また、第２の発明に係るモノポールアンテナ装置は、接地導体と、上記接地導体と対向して設けられトップローディング部を構成する電極と、給電点と上記電極とを接続する線状素子と、上記電極と上記接地導体とを接続する短絡導体とを備えたトップローディング型モノポールアンテナ装置において、上記線状素子は第２のリアクタンス素子を介して上記給電点と上記電極とを接続することを特徴とする。
【００１７】
さらに、第３の発明に係るモノポールアンテナ装置は、接地導体と、上記接地導体と対向して設けられトップローディング部を構成する電極と、給電点と上記電極とを接続する線状素子と、上記電極と上記接地導体とを接続する短絡導体とを備えたトップローディング型モノポールアンテナ装置において、上記短絡導体は第１のリアクタンス素子を介して上記電極と上記接地導体とを接続し、上記線状素子は第２のリアクタンス素子を介して上記給電点と上記電極とを接続することを特徴とする。
【００１８】
上記モノポールアンテナ装置において、上記接地導体は円形平板形状を有することを特徴とする。また、上記モノポールアンテナ装置において、上記電極が円形平板形状を有することを特徴とする。
【００１９】
また、上記モノポールアンテナ装置において、上記電極と電気的に接続され、上記電極と可動電極との実効的な面積を変化することができるように移動可能に設けられた可動電極をさらに備えたことを特徴とする。
【００２０】
さらに、上記モノポールアンテナ装置において、上記線状素子の両端の間に位置する中間位置と、上記接地導体とを接続する第１の短絡制御導体をさらに備えたことを特徴とする。
【００２１】
またさらに、上記モノポールアンテナ装置において、上記短絡導体の両端の間に位置する中間位置と、上記接地導体とを接続する第２の短絡制御導体をさらに備えたことを特徴とする。
【００２２】
また、上記モノポールアンテナ装置において、一端が上記接地導体に接続され、上記線状素子及び上記短絡導体と平行となるように設けられた第１の無給電素子をさらに備えたことを特徴とする。さらに、上記モノポールアンテナ装置において、一端が上記接地導体に接続され、上記線状素子及び上記短絡導体と平行となるようにそれぞれ設けられた複数の第１の無給電素子をさらに備えたことを特徴とする。
【００２３】
さらに、上記モノポールアンテナ装置において、上記電極の外周縁端部から一定の距離だけ離れた位置に、第２の無給電素子の一部分が上記外周縁端部に沿うように設けられ、第２の無給電素子の一端が上記接地導体に接続された第２の無給電素子をさらに備えたことを特徴とする。
【００２４】
また、上記モノポールアンテナ装置において、上記電極の外周縁端部に沿う、上記第２の無給電素子の一部分の長さは当該アンテナ装置の動作中心周波数における１／４波長の長さであることを特徴とする。
【００２５】
さらに、上記モノポールアンテナ装置において、上記電極の外周縁端部から一定の距離だけ離れた位置に、第３の無給電素子が上記外周縁端部に沿うように設けられた第３の無給電素子をさらに備えたことを特徴とする。ここで、上記第３の無給電素子の長さは当該アンテナ装置の動作中心周波数における１／２波長の長さであることを特徴とする。
【００２６】
またさらに、上記モノポールアンテナ装置において、複数の上記第２の無給電素子と、複数の上記第３の無給電素子とのうちの少なくとも一方をさらに備えたことを特徴とする。
【００２７】
また、上記モノポールアンテナ装置において、上記第１のリアクタンス素子と上記第２のリアクタンス素子のうちの少なくとも一方は可変容量ダイオードにより構成され、
上記可変容量ダイオードに印加するためのバイアス電圧を発生する電圧制御回路をさらに備えたことを特徴とする。
【００２８】
さらに、上記モノポールアンテナ装置において、上記第１のリアクタンス素子と上記第２のリアクタンス素子のうちの少なくとも一方はスイッチングダイオードにより構成され、
上記スイッチングダイオードに印加するためのバイアス電圧を発生する電圧制御回路をさらに備えたことを特徴とする。
【００２９】
またさらに、上記モノポールアンテナ装置において、上記電極は、曲線形状の断面を有する形状を有することを特徴とする。
【００３０】
第４の発明に係る通信システムは、無線受信機と、上記無線受信機に接続された、上記モノポールアンテナ装置とを備えたことを特徴とする。
【００３１】
第５の発明に係る移動体通信システムは、移動体内に設置された無線受信機と、上記移動体の内部と外部のうちの少なくとも一方に設置されかつ上記無線受信機に接続された、上記モノポールアンテナ装置とを備えたことを特徴とする。
【００３２】
上記移動体通信システムにおいて、上記モノポールアンテナ装置を、上記移動体のフロントウインドー又はリアウインドー近傍に設置するときにそれぞれ、上記モノポールアンテナ装置の短絡導体が上記線状素子に比較して上記フロントウインドー又は上記リアウインドーに近づくように上記モノポールアンテナ装置を設置したことを特徴とする。
【００３３】
また、上記移動体通信システムにおいて、２個の上記モノポールアンテナ装置を移動体内に備え、一方の上記モノポールアンテナ装置の短絡導体が上記線状素子に比較して上記フロントウインドーに近づくように当該一方の上記モノポールアンテナ装置を設置する一方、他方の上記モノポールアンテナ装置の短絡導体が上記線状素子に比較して上記フロントウインドーに近づくように当該他方の上記モノポールアンテナ装置を設置したことを特徴とする。
【００３４】
さらに、上記移動体通信システムにおいて、４個の上記モノポールアンテナ装置を移動体内に備え、一方の２個の上記モノポールアンテナ装置の短絡導体が上記線状素子に比較して上記フロントウインドーに近づくように当該一方の２個の上記モノポールアンテナ装置を設置する一方、他方の２個の上記モノポールアンテナ装置の短絡導体が上記線状素子に比較して上記フロントウインドーに近づくように当該他方の２個の上記モノポールアンテナ装置を設置したことを特徴とする。
【００３５】
またさらに、上記移動体通信システムにおいて、上記移動体内に凹部を形成し、上記凹部内に上記モノポールアンテナ装置を設置し、上記凹部の開口部をレドームにより覆うことを特徴とする。
【００３６】
第６の発明に係るモノポールアンテナ装置は、接地導体と対向して設けられトップローディング部を構成する第１の電極と、
給電点と上記第１の電極とを接続する線状給電素子と、
接地導体と対向して設けられトップローディング部を構成する第２の電極と、
給電点と上記第２の電極とを接続する線状無給電素子とを備え、
上記第１の電極と上記第２の電極を、電磁的に結合するように近接するように設けたことを特徴とする。
【００３７】
上記モノポールアンテナ装置において、上記線状給電素子と上記第１の電極との間の接続点と、上記線状無給電素子と上記第２の電極との間の接続点のうちの少なくとも一方の接続点に、リアクタンス素子を挿入したことを特徴とする。
【００３８】
また、上記モノポールアンテナ装置において、一端が開放され、他端が上記接地導体に接続された無給電素子をさらに備えたことを特徴とする。
【００３９】
さらに、上記モノポールアンテナ装置において、一端が上記線状給電素子に接続され、他端が上記接地導体に接続された短絡制御素子をさらに備えたことを特徴とする。
【００４０】
またさらに、上記モノポールアンテナ装置において、接地導体と対向して設けられトップローディング部を構成する少なくとも１つの別の第２の電極と、
給電点と上記別の第２の電極とを接続する少なくとも１つの別の線状無給電素子とをさらに備え、
上記第１の電極と上記別の第２の電極を、電磁的に結合するように近接するように設けたことを特徴とする。
【００４１】
上記モノポールアンテナ装置において、上記第１のリアクタンス素子は、
（ａ）１つのキャパシタと、
（ｂ）１つのインダクタと、
（ｃ）キャパシタとインダクタの並列回路と、
（ｄ）キャパシタとインダクタの直列回路と
のうちのいずれか１つにより構成されたことを特徴とする。
【００４２】
また、上記モノポールアンテナ装置において、上記第２のリアクタンス素子は、
（ａ）１つのキャパシタと、
（ｂ）１つのインダクタと、
（ｃ）キャパシタとインダクタの並列回路と、
（ｄ）キャパシタとインダクタの直列回路と
のうちのいずれか１つにより構成されたことを特徴とする。
【００４３】
さらに、上記モノポールアンテナ装置において、上記リアクタンス素子は、
（ａ）１つのキャパシタと、
（ｂ）１つのインダクタと、
（ｃ）キャパシタとインダクタの並列回路と、
（ｄ）キャパシタとインダクタの直列回路と
のうちのいずれか１つにより構成されたことを特徴とする。
【００４４】
第７の発明に係る通信システムは、無線受信機と、上記無線受信機に接続された上記モノポールアンテナ装置とを備えたことを特徴とする。
【００４５】
第８の発明に係る移動体通信システムは、移動体内に設置された無線受信機と、上記移動体の内部と外部のうちの少なくとも一方に設置されかつ上記無線受信機に接続された上記モノポールアンテナ装置とを備えたことを特徴とする。
【００４６】
上記移動体通信システムにおいて、上記移動体は、車両、船舶又は飛行機であることを特徴とする。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。なお、図面においては、同様の部分については同一の符号を付している。
【００４８】
第１の実施形態．
図１（ａ）は本発明の第１の実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のトップローディング型モノポールアンテナ装置に等価な原型のアンテナ装置を示す構成図である。この第１の実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置は、１点目のインピーダンスの整合に関する課題に対する解決手段を提供するものであり、当該アンテナ装置の構成について図１を参照して以下に説明する。
【００４９】
図１（ａ）に図示される第１の実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置は、図３９に図示された従来例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置に比較して、以下の点が異なることを特徴としている。
（１）導体にてなる線状素子１２のトップローディング電極１１（従来例と同様に、電極１１という。）側の一端は、リアクタンス素子３１を介して電極１１に電気的に接続される。具体的には、図１（ａ）に示すように、電極１１の中心に円形孔を形成し、線状素子１２の電極１１側の一端を当該リアクタンス素子３１の一端に接続し、その他端を電極１１に接続する。
（２）短絡導体１３の電極１１側の一端は、リアクタンス素子３２を介して電極１１に電気的に接続される。具体的には、図１（ａ）に示すように、電極１１の中心から離れた位置に円形孔を形成し、短絡導体１３の電極１１側の一端を当該リアクタンス素子３２の一端に接続し、その他端を電極１１に接続する。
【００５０】
図１（ａ）において、当該実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置は、トップローディングのための円形平板形状の電極１１と、電極１１と対向して設けられかつ中心に給電点３５を有する円形平板形状の接地導体１４と、上記電極１１の中心と給電点３５とを上記リアクタンス素子３１を介して電気的に接続する線状素子１２と、上記電極１１の中心と異なる電極１１上の点と接地導体１４を上記リアクタンス素子３２を介して電気的に接続する短絡導体１３とを備えて構成される。ここで、給電点３５に給電用同軸ケーブル３０の中心導体が接続され、給電用同軸ケーブル３０の接地導体は接地導体１４に接続される。なお、線状素子１２と短絡導体１３の長手方向は、接地導体１４及び電極１１の平板表面とは直交している。
【００５１】
本実施形態において、電極１１がリアクタンス素子３２を介して接続するために、電極１１の半径はリアクタンス素子３２のリアクタンスにより変化し、１／４波長ないし１／６波長となる。また、接地導体１４の半径は好ましくは１／２波長以上に設定される。さらに、線状素子１２及び短絡導体１３の長さ、すなわち、当該アンテナ装置の高さは、従来例において１／４波長であるが、実施形態においては、１／８波長ないし１／１０波長である。なお、本実施形態及びそれ以降で説明する種々の実施形態及び変形例において、１波長は当該アンテナ装置が動作する動作中心周波数に対応する長さである。
【００５２】
以上のように構成された図１のトップローディング型モノポールアンテナ装置の動作原理について図４１及び図４２を参照して以下に説明する。図４１（ａ）は図１（ａ）の原型のアンテナ装置であって図１（ｂ）に示した構成図であり、図４１（ｂ）は図４１（ａ）のアンテナ装置に等価なアンテナ装置の構成図である。
【００５３】
図１（ａ）のトップローディング型モノポールアンテナ装置の原型は、図１（ｂ）及び図４１（ａ）に示すように、送信機の信号源４００からのＲＦ信号により励振される半波長ダイポールアンテナ素子である放射器４０１と、距離Ｄ１だけ離間された導波器４０２とにより構成され、ここで、放射器４０１の共振周波数をＦ１とし、導波器４０２の共振周波数をＦ２とする。距離Ｄ１の値を種々変化させたときにおいて、例えば、Ｄ１≒０．１５〜０．２５λにおいて、アンテナ装置の利得が最大となり、Ｄ１≒０．０５〜０．１λにおいて、２つの共振周波数を示し、アンテナ装置の入力インピーダンスが最適値（例えば、５０Ω）をとることが知られている。
【００５４】
図４２（ａ）は図４１（ｂ）のアンテナ装置に等価なアンテナ装置の構成図であり、図４２（ｂ）は図４２（ａ）のアンテナ装置における２つの電極４１１，４１２の近接位置における縦断面図であり、図４２（ｃ）は図４２（ａ）のアンテナ装置に等価なアンテナ装置の構成図であり、図４２（ｄ）は図４２（ｃ）のアンテナ装置に等価なアンテナ装置の構成図であり、図４２（ｅ）は図４２（ｄ）のアンテナ装置に等価なアンテナ装置の構成図であり、図４２（ｆ）は図４２（ｅ）のアンテナ装置に等価なアンテナ装置の構成図である。以下、図４１（ａ）を原型のアンテナ装置とし、そのアンテナ装置から図４１（ｂ）、図４２（ａ）乃至図４２（ｅ）を介して図４２（ｆ）までのアンテナ装置の等価モデルの置き換えの変換により図１（ａ）のトップローディング型モノポールアンテナ装置を得ることができることを説明する。
【００５５】
図４１（ｂ）のアンテナ装置は、図４１（ａ）の平衡型の八木アンテナを接地導体（地板）を有する不平衡型の等価なモデルで表したアンテナ装置であり、共振周波数Ｆ１を有する放射素子４０１ａと、共振周波数Ｆ２を有する導波素子４０２ａとにより構成される。ここで、逆に、図４１（ｂ）のアンテナ装置において接地導体を対称軸としてイメージを考えると、図４１（ａ）のアンテナ装置を得ることができる。
【００５６】
次いで、図４２（ａ）のアンテナ装置は、図４１（ｂ）のアンテナ装置において、線状素子である放射素子４０１ａの先端に電極４１１を付加し、線状素子である導波素子４０２ａの先端に電極４１２を付加することにより、これら電極４１１，４１２をトップローディング素子にしたものである。ここで、トップローディング素子である電極４１１，４１２の近接位置における縦断面図を図４２（ｂ）に図示するが、図４２（ｂ）において、Ｓは２つの電極４１１，４１２間の垂直方向の間隔であり、ｇは２つの電極４１１，４１２の水平方向の重なり部分の長さである。図４２（ａ）及び（ｂ）から明らかなように、これらの間隔Ｓ及び重なり部分の長さｇを変化することにより、放射素子４０１ａと導波素子４０２ａとの間の電磁的結合を調整できる。
【００５７】
次いで、図４２（ｃ）においては、上記間隔Ｓを０に近づけ、最終的に、Ｓ＝０とすると、それぞれトップローディングである２つの電極４１１，４１２を１枚の電極４１３で構成したものとなる。ここで、図４２（ｄ）や図４２（ｅ）に示すように、２つの電極４１１，４１２を１枚の電極１１で構成したときに、トップローディング部における２つの電極４１１，４１２の電磁的の結合が放射素子４０１ａによる要素と、導波素子４０２ａによる要素に及ぼす影響をリアクタンス素子３１，３２により調整する必要があるので、図４２（ｄ），（ｅ）及び（ｆ）において、放射素子４０１ａの先端と電極４１３又は１１との間にリアクタンス素子３１を挿入するとともに、導波素子４０２ａの先端と電極４１３又は１１との間にリアクタンス素子３２を挿入する。また、図４２（ｄ）におけるひょうたん形状の電極４１３から、図４２（ｅ）における円形状の電極１１に変化させる。以上のようにアンテナ装置のモデル変換を行うことにより、図４２（ｆ）及び図１（ａ）に図示するトップローディング型モノポールアンテナ装置を得ることができる。なお、図４２（ｆ）及び図１（ａ）においては、接地導体１４の大きさを有限の大きさとしている。
【００５８】
以上説明したように、図４１（ａ）から図４２（ｆ）までのアンテナ構成図は、アンテナ装置の等価モデルによる置き換えを示しており、この結果から、図１（ａ）の本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置は、図１（ｂ）の原型のアンテナ装置と等価であり、２本のトップローディング型モノポールアンテナ素子のそれぞれの共振周波数Ｆ１，Ｆ２を利用していることがわかる。
【００５９】
図２は、図１（ａ）のトップローディング型モノポールアンテナ装置における電圧定在波比（以下、ＶＳＷＲという。）の周波数特性を示すグラフである。ここで、当該アンテナ装置は、２つの共振周波数ｆ_Ｌとｆ_Ｈ（ｆ_Ｈ＞ｆ_Ｌ）を有するとき、図２に示すように、２つの共振周波数ｆ_Ｌとｆ_Ｈにおいて、ＶＳＷＲが下向きのカーブを描くときの２つのカーブ部分の各先端（極小点）となる。
【００６０】
本実施形態においては、給電用同軸ケーブル３０と当該アンテナ装置との間のインピーダンス整合は、この２つの共振周波数ｆ_Ｈ，ｆ_Ｌの関係で決定される。すなわち、従来例のトップローディング型モノポールアンテナ装置において短絡導体１３は存在していたが、低背化するとインピーダンスの整合がとれなかった。これは２つの共振周波数ｆ_Ｈとｆ_Ｌの周波数の差が大きすぎたためである。これに対して、本実施形態においては、リアクタンス素子３１，３２を付加してそれらの容量値を調整することにより、２つの共振周波数ｆ_Ｈとｆ_Ｌを制御することができる。
【００６１】
図４３は図１（ａ）のトップローディング型モノポールアンテナ装置におけるリアクタンス素子３１の容量値Ｃ１を変化させたときの共振周波数ｆ_Ｌ，ｆ_Ｈの変化を示すグラフであり、図４４は図１（ａ）のトップローディング型モノポールアンテナ装置におけるリアクタンス素子３２の容量値Ｃ２を変化させたときの共振周波数ｆ_Ｌ，ｆ_Ｈの変化を示すグラフである。ここで、リアクタンス素子３１，３２として１個のキャパシタを用いた。なお、電極１１は直径５０ｍｍの円形状を有し、接地導体から１４から電極１１までのアンテナ高は３０ｍｍに設定し、リアクタンス素子３１の容量値Ｃ１を変化させた場合、リアクタンス素子３２の容量値Ｃ２を１ｐＦで固定した。さらに、リアクタンス素子３２の容量値Ｃ２を変化させた場合、リアクタンス素子３１の容量値Ｃ１を０．５ｐＦで固定した。
【００６２】
図４３から明らかなように、リアクタンス素子３１の容量値Ｃ１を変化させることにより２つの共振周波数ｆ_Ｈ，ｆ_Ｌを変化可能であることが分かる。また、図４４から明らかなように、リアクタンス素子３２の容量値Ｃ２を変化させることにより低域側の共振周波数ｆ_Ｌを変化可能であることが分かる。
【００６３】
本実施形態においては、２つの共振周波数ｆ_Ｈとｆ_Ｌの周波数間隔が最適になるように、リアクタンス素子３１，３２の各リアクタンス値を変化させることにより、インピーダンスの整合を行うことができる。この場合、リアクタンス素子３１だけを接続しても良いし、リアクタンス素子３２だけを接続しても良い。さらにリアクタンス素子３１とリアクタンス素子３２の両方を接続しても良い。リアクタンス素子３１及びリアクタンス素子３２を両方とも接続して制御する場合はどちらか一方だけ入れた場合に比べ、インピーダンスの整合を容易に取りやすいという特有の効果がある。
【００６４】
図３（ａ）は図３９の従来例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置のインピーダンス特性を示すスミスチャートであり、図３（ｂ）は図１（ａ）の第１の実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置のインピーダンス特性を示すスミスチャートであり、両方のスミスチャートとも５００ＭＨｚから１５００ＭＨｚまで掃引した場合のインピーダンス特性を示す。図３（ａ）及び図３（ｂ）から明らかなように、従来例では、２つの共振周波数の周波数差が大きく離れているが、本実施形態では、２つの共振周波数の周波数差が従来例に比較して小さくなっていることがわかる。
【００６５】
従来技術の問題点の２点目である円形平板形状の電極１１の大型化に関する課題については、１点目の課題と同様に、リアクタンス素子３１及びリアクタンス素子３２の各リアクタンス値を制御することで解決できる。円形平板形状の電極１１の大型化の課題を解決するには、円形平板形状の電極１１を大型化しないで共振周波数ｆ_Ｈ，ｆ_Ｌを下げることができればよい。本実施形態によれば、リアクタンス素子３１及びリアクタンス素子３２としてそれぞれ誘導性負荷であるインダクタを用いることにより、電極１１を大型化しないで、共振周波数ｆ_Ｈ，ｆ_Ｌの両方の周波数を低くすることができる。
【００６６】
以上の実施形態において、リアクタンス素子３１，３２はそれぞれインダクタ又はキャパシタであってもよい。また、電極１１は円形平板形状を有しているが、本発明はこれに限らず、矩形又は多角形、楕円など他の平板形状であってもよい。ただし、円形平板形状の電極１１の場合はアンテナ装置の指向特性を線状素子１２と短絡導体１３とから形成される仮想的な形成面に対して面対称にできる。さらに、本実施形態に係るアンテナ装置は短絡導体１３は導波器として動作し、当該短絡導体１３に向かう方向の相対利得が高くなるが、接地導体１４を円形状にすることによって、アンテナ装置の設置方向の制約条件を軽減できるという特有の効果がある。これらの変形例や作用効果は以下に示す実施形態においても同様である。
【００６７】
第２の実施形態．
図４は、本発明の第２の実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。本実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置は、上述の３点目の帯域に関する課題の解決手段を提供するものであり、図４に示すように、図３９の従来例に比較して、円形平板形状の電極１１の外周縁に沿うように、電極１１とは接触させずに所定の電磁界結合を生じるように所定の間隔を有して、無給電素子６１を設けたことを特徴としている。ここで、無給電素子６１の一端は接地導体１４に接続され、その後無給電素子６１は線状素子１２と平行となるように延在し、無給電素子６１の途中で折り曲げられた後、円形平板形状の電極１１の外周縁に沿って電極１１の外周のまわりで所定の長さだけ延在するように設けられている。
【００６８】
図５は図４のトップローディング型モノポールアンテナ装置におけるＶＳＷＲの周波数特性を示すグラフである。ここで、ＶＳＷＲは、公知の通り、アンテナ装置に送った電力のうちアンテナ装置からインピーダンス整合の程度に応じて反射される電力の割合を表す指標である。インピーダンス整合が完全にとれているとき、すなわちスミスチャート上で中心に位置するときはＶＳＷＲ＝１である。一般には、ＶＳＷＲ＝３以下又は２以下の周波数範囲をアンテナ装置の動作帯域幅としている。そのＶＳＷＲのしきい値はアンテナ装置を使用する移動体通信システムに応じて決められる。ここではＶＳＷＲ＝３以下の周波数幅を動作帯域幅とする。
【００６９】
図５において、実線の特性７１は無給電素子６１が無いとき（従来例）のＶＳＷＲの周波数特性を示し、破線の特性７２は無給電素子６１が有るとき（第１の実施形態）のＶＳＷＲの周波数特性を示す。ここで、ＶＳＷＲ＝３以下となる周波数幅が動作帯域幅であり、無給電素子６１が無いときの従来例の帯域幅は、特性７１においてＶＳＷＲ＝３を下回る周波数帯域幅だけである。ここで、特性７１の中心周波数がｆ０で、特性７１においてＶＳＷＲ＝３となる周波数がｆ２であるとする。
【００７０】
ここで、従来例のアンテナ装置において無給電素子６１を付加すると、無給電素子６１もアンテナ素子として動作する。この無給電素子６１は、円形平板形状の電極１１の励振によって発生する電磁界の変化により無給電素子６１に流れる誘導電流により給電される。そして、無給電素子６１のみからなるアンテナ素子の設計時において、ＶＳＷＲ＝３となる周波数がｆ２となるように設計する。従って、この無給電素子６１を付加することで、アンテナ装置の動作帯域幅は、特性７２に示すように、ＶＳＷＲ＝３を下回る帯域幅が増大することになり、アンテナ装置の広帯域化を図ることができる。
【００７１】
第３の実施形態．
図６は、本発明の第３の実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。この実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置は、図３９に図示された従来例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置に比較して、以下の点が異なることを特徴としている。すなわち、短絡導体１３の電極１１側の一端及びその近傍部分においてリング状空間８１を形成し、短絡導体１３の一端はリアクタンス素子８２を介して電極１１に電気的に接続される。その他の構成は従来例と同様である。
【００７２】
以上のように構成されたアンテナ装置においては、円形平板形状の電極１１と短絡導体１３の間に設けたリアクタンス素子８２のリアクタンス値を変化することにより共振周波数を変化させ、これにより、第１の実施形態と同様に、図３（ａ）のインピーダンス特性を、例えば図３（ｂ）のインピーダンス特性のように変化させることができ、給電用同軸ケーブル３０の特性インピーダンスと、アンテナ装置の入力インピーダンスとの間のインピーダンス整合を行うことができる。
【００７３】
図７は、本発明の第３の実施形態の第１の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。第３の実施形態の第１の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置は、図６の第３の実施形態に比較して、リアクタンス素子８２を除去したことを特徴としており、リング状空間８１において、短絡導体１３の一端と電極１１との間は、所定の一定距離（以下、リング状空間８１の離隔距離という。）だけ離れて構成され、このリング状空間８１は、短絡導体１３の一端と電極１１との間における空気によるキャパシタとして動作する。上記リング状空間８１の離隔距離を変化することにより、リアクタンス素子８２の代替となるリング状空間８１のキャパシタのキャパシタンス値を変化することができ、当該アンテナ装置の共振周波数を変化させることができる。
【００７４】
図８は、本発明の第３の実施形態の第２の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。この第２の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置は、図３９に図示された従来例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置に比較して、以下の点が異なることを特徴としている。すなわち、短絡導体１３の接地導体１４側の他端及びその近傍部分においてリング状空間１０１を形成し、短絡導体１３の他端はリアクタンス素子１０２を介して接地導体１４に電気的に接続される。その他の構成は従来例と同様である。従って、当該第２の変形例のリング状空間１０１及びリアクタンス素子１０２は、図６の第３の実施形態における電極１１に形成されたリング状空間８１及びリアクタンス素子８２を、接地導体１４側に置き換えたものであり、直列共振の等価回路は互いに同一であり、当該第２の変形例は第３の実施形態と同様の作用効果を有することになる。
【００７５】
なお、当該第２の変形例において、第１の変形例と同様に、リアクタンス素子１０２を備えず、リング状空間１０１のみとして構成してもよい。この場合において、短絡導体１３の一端と電極１１との間は、所定の一定距離（以下、リング状空間１０１の離隔距離という。）だけ離れて構成され、このリング状空間１０１は、短絡導体１３の一端と電極１１との間における空気によるキャパシタとして動作する。上記リング状空間１０１の離隔距離を変化することにより、リアクタンス素子１０２の代替となるリング状空間８１のキャパシタのキャパシタンス値を変化することができ、当該アンテナ装置の共振周波数を変化させることができる。
【００７６】
第４の実施形態．
図９は、本発明の第４の実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。この実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置は、図３９に図示された従来例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置に比較して、以下の点が異なることを特徴としている。すなわち、線状素子１２の電極１１側の一端及びその近傍部分においてリング状空間１１１を形成し、線状素子１２の一端はリアクタンス素子１１２を介して電極１１に電気的に接続される。その他の構成は従来例と同様である。
【００７７】
以上のように構成されたアンテナ装置においては、円形平板形状の電極１１と線状素子１２の間に設けたリアクタンス素子１１２のリアクタンス値を変化することにより共振周波数を変化させ、これにより、第１及び第２の実施形態と同様に、図３（ａ）のインピーダンス特性を、例えば図３（ｂ）のインピーダンス特性のように変化させることができ、給電用同軸ケーブル３０の特性インピーダンスと、アンテナ装置の入力インピーダンスとの間のインピーダンス整合を行うことができる。
【００７８】
第４の実施形態において、リアクタンス素子１１２がキャパシタであるときは、それを含む回路の共振周波数を高くすることができるが、リアクタンス素子１１２がインダクタであるときは、それを含む回路の共振周波数を低くすることができる。
【００７９】
当該第４の実施形態において、リアクタンス素子１１２をキャパシタで構成した場合においては、リアクタンス素子１１２のキャパシタンス値を変化することにより、上述のように、アンテナ装置の共振周波数及び入力インピーダンスを制御できる。本発明者の実験によれば、例えば、円形平板形状の電極１１の直径を５０ｍｍとし、線状素子１２及び短絡導体１３の長手方向の長さを１０ｍｍとすると、リアクタンス素子１１１のキャパシタンス値を１ｐＦとしたとき、共振周波数ｆ_Ｌは約８００ＭＨｚとなり、共振周波数ｆＨは約１０８０ＭＨｚとなった。
【００８０】
図１０は、本発明の第４の実施形態の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。第４の実施形態の第１の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置は、図９の第４の実施形態に比較して、リアクタンス素子１１２を除去したことを特徴としており、リング状空間１１１において、線状素子１２の一端と電極１１との間は、所定の一定距離（以下、リング状空間１１１の離隔距離という。）だけ離れて構成され、このリング状空間１１１は、線状素子１２の一端と電極１１との間における空気によるキャパシタとして動作する。上記リング状空間１１１の離隔距離を変化することにより、リアクタンス素子１１２の代替となるリング状空間１１１のキャパシタのキャパシタンス値を変化することができ、当該アンテナ装置の共振周波数を変化させることができる。
【００８１】
第５の実施形態．
図１１は、本発明の第５の実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。この第５の実施形態は、第３の実施形態の構成と第４の実施形態の構成を組み合わせたものであり、図１（ａ）の第１の実施形態の構成と実質的に同様であるが、第１の実施形態において形成された円形孔をリング状空間１１１，８１とし、リアクタンス素子３１に代えてリアクタンス素子１１２を用い、リアクタンス素子３２に代えてリアクタンス素子８２を用いていることが異なることを特徴としている。
【００８２】
当該第５の実施形態において、リアクタンス素子８２をキャパシタで構成し、リアクタンス素子１１２をインダクタで構成した場合においては、リアクタンス素子８２，１１２の各リアクタンス値を変化することにより、上述のように、アンテナ装置の共振周波数及び入力インピーダンスを制御できる。従って、線状素子１２の長さを短くし円形平板形状の電極１１の直径を小さくした状態でより低い周波数に対して正確にインピーダンスの整合が行える。
【００８３】
図１２は、本発明の第５の実施形態の第１の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。当該第１の変形例は、図７の第３の実施形態の第１の変形例及び図１０の第４の実施形態の変形例の構成と同様に、第５の実施形態の構成においてリアクタンス素子８２，１１２を除去したものであり、これらの変形例と同様の作用効果を有する。
【００８４】
図１３は、本発明の第５の実施形態の第２の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。当該第２の変形例は、図８の第３の実施形態の第２の変形例と同様に、第５の実施形態の構成における電極１１に形成されたリング状空間８１及びリアクタンス素子８２を接地導体１４に形成して、これらをリング状空間１０１及びリアクタンス素子１０２としたものである。すなわち、短絡導体１３の接地導体１４側の他端及びその近傍部分においてリング状空間１０１を形成し、短絡導体１３の他端はリアクタンス素子１０２を介して接地導体１４に電気的に接続される。当該第５の実施形態の第２の変形例は、図８の第３の実施形態の第２の変形例と同様の作用効果を有する。
【００８５】
第６の実施形態．
図１４は、本発明の第６の実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。第６の実施形態は、第５の実施形態の構成に比較して、接地導体１０４上の線状素子１２の接続位置と短絡導体１３の接続位置とを結ぶ直線を延在させた仮想的な直線４０５（図１４において点線で示す。以下、直線４０５という。）を通過する接地導体１４上の位置において、接地導体１４から線状素子１２及び短絡導体１３と平行となるように、線状素子１２及び短絡導体１３の長さよりも短い長さを有する無給電素子１６１をさらに立設したことを特徴としている。
【００８６】
上記無給電素子１６１を線状素子１２及び短絡導体１３に対して平行に設けることにより、線状素子１２及び短絡導体１３の励振により発生する電磁界の変化により無給電素子１６１に流れる誘導電流による電界が無給電素子１６１において生じ、当該アンテナ装置の入力インピーダンスを制御することができる。ここで、無給電素子１６１の線状素子１２からの距離及び無給電素子１６１の長さを変化することにより、当該アンテナ装置の入力インピーダンスを制御できる。従って、第６の実施形態によれば、より簡便に当該アンテナ装置の入力インピーダンスを制御できるという特有の作用効果を有する。
【００８７】
図１５は、本発明の第６の実施形態の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。当該変形例においては、第６の実施形態に比較して、２本の無給電素子１６１を接地導体１４の直線４０５上であって線状素子１２に対して対称に立設したことを特徴としている。当該変形例によれば、複数本の無給電素子１６１を線状素子１２に対して対称に配置することで、アンテナ装置の放射指向特性を無指向特性に近づけることができるという特有の作用効果がある。
【００８８】
第７の実施形態．
図１６は、本発明の第７の実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。第７の実施形態は、図１１の第５の実施形態に比較して、別の短絡制御導体１８１をさらに設けたことを特徴としている。ここで、別の短絡制御導体１８１の一端が線状素子１２の長手方向の中間位置の接続点１２ａで線状素子１２に接続されるとともに、短絡制御導体１８１の他端が接地導体１４上の直線４０５を通過する位置で接地導体１４と接続される。
【００８９】
当該第７の実施形態においては、短絡制御導体１８１の接続点１２ａを線状素子１２上で移動させることにより、当該アンテナ装置の入力インピーダンスをより細かに制御し、不整合による損失を低減することができる。
【００９０】
図１７は、本発明の第７の実施形態の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。当該変形例は、図１１の第５の実施形態に比較して、別の短絡制御導体１９１をさらに設けたことを特徴としている。ここで、別の短絡制御導体１９１の一端が短絡導体１３の長手方向の中間位置の接続点１３ａで短絡導体１３に接続されるとともに、短絡制御導体１９１の他端が接地導体１４上の直線４０５を通過する位置で接地導体１４と接続される。
【００９１】
当該第７の実施形態の変形例においては、短絡制御導体１９１の接続点１３ａを短絡導体１３上で移動させることにより、当該アンテナ装置の第１のアンテナ素子の共振周波数ｆ_Ｌを変化させることができ、ここで、短絡制御導体１９１と短絡導体１３の接続点１３ａを連続的に変化できるので、より細かに共振周波数ｆ_Ｌを変化させることができる。
【００９２】
第８の実施形態．
図１８は、本発明の第８の実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。当該第８の実施形態は、第５の実施形態の構成に比較して円形平板形状の電極１１の裏面に密着して接触することにより電気的に接続され、かつ当該接触面積を変化可能である円形平板形状の別の可動電極２０１をさらに備えたことを特徴としている。ここで、電極１１にはその中心近傍から外周縁端部近傍に延在するストリップ形状の矩形孔１１ｈが形成され、一端が可動電極２０１に固定された摺動用つまみ２０１ｐが矩形孔１１ｈを介して電極１１の上面に突出するように設けられている。
【００９３】
この摺動用つまみ２０１ｐは可動電極２０１を電極１１に密着して接触させるように作用するとともに、摺動用つまみ２０１ｐを矩形孔１１ｈの長手方向に移動させて可動電極２０１を矢印２０１ａの方向で摺動させることにより、可動電極２０１が電極１１の外周縁端部から突出する面積を増大させることができ、これにより、当該アンテナ装置のトップローディング部を構成する電極１１及び可動電極２０１の放射に寄与する実効的な合計面積を増大させることができ、トップローディング部のキャパシタンス値を増大させることができる。すなわち、円形平板形状の電極１１，２０１の合計の実効的な大きさが変化するので、当該アンテナ装置の第１のアンテナ素子の共振周波数ｆ_Ｈを変化させることができる。当該第８の実施形態によれば、機械的にアンテナ装置の共振周波数を変化させることができ、アンテナ装置の動作帯域幅を増大させることができる。
【００９４】
第８の実施形態においては、可動電極２０１を第５の実施形態において備えているが、本発明はこれに限らず、可動電極２０１を、本発明に係る他の実施形態の構成に設けてもよい。
【００９５】
第９の実施形態．
図１９は、本発明の第９の実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。第９の実施形態は、図１１の第５の実施形態の構成に比較して、別の短絡導体１３ｆを、短絡導体１３とは線状素子１２を間に挟んで対称の位置でさらに設けたことを特徴としている。ここで、短絡導体１３ｆの一端は、電極１１に形成されたリング状空間８１ｆの中心に位置するとともに、リアクタンス素子８２ｆを介して電極１１に電気的に接続される。また、短絡導体１３ｆの他端は接地導体１４上であって、直線４０５が通過する位置に電気的に接続される。
【００９６】
第９の実施形態のように、リアクタンス素子８２ｆが接続された短絡導体１３ｆをさらに設けることにより、別の直列共振回路を形成して別のアンテナ素子を形成することができ、当該アンテナ装置の共振周波数を増やすことができる。これにより、多数の共振周波数を有するアンテナ装置を提供できる。
【００９７】
第１０の実施形態．
図２０は、本発明の第１０の実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。第１０の実施形態は、図８の第３の実施形態の第２の変形例に比較して以下の点で異なることを特徴としている。
（１）リアクタンス素子１０２に代えて、可変容量ダイオード２２１を設けた。
（２）上記可変容量ダイオード２２１に印加するバイアス電圧を発生する電圧制御回路２２２を、接地導体１４上で誘電体基板（図示せず。）を介して形成される回路パターンにより形成した。
【００９８】
以上のように構成された第１０の実施形態においては、電圧制御回路２２２から可変容量ダイオード２２１に対して印加するバイアス電圧を変化させることにより、可変容量ダイオードの容量値（すなわち、リアクタンス値）を変化させることができ、これにより、当該アンテナ装置の第２のアンテナ素子の共振周波数ｆ_Ｌを変化させることができ、動作帯域幅を広くすることができる。
【００９９】
以上の第１０の実施形態においては、図８の第３の実施形態の第２の変形例に係るリアクタンス素子１０２に代えて、可変容量ダイオード２２１を備えているが、本発明はこれに限らず、上記リアクタンス素子８２，１１２を可変容量ダイオードで構成してもよい。
【０１００】
図２１は、本発明の第１０の実施形態の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。第１０の実施形態の変形例は、図８の第３の実施形態の第２の変形例に比較して以下の点で異なることを特徴としている。
（１）リアクタンス素子１０２に代えて、スイッチングダイオード２３１を設けた。
（２）上記スイッチングダイオード２３１に印加するスイッチング制御電圧を発生する電圧制御回路２３２を、接地導体１４上で誘電体基板（図示せず。）を介して形成される回路パターンにより形成した。
【０１０１】
以上のように構成された第１０の実施形態の変形例においては、電圧制御回路２３２からスイッチングダイオード２３１に対して印加するスイッチング制御電圧を変化させることにより、スイッチングダイオード２３１をオン又はオフさせることができ、これにより、当該アンテナ装置の第２のアンテナ素子の共振周波数ｆ_Ｌを変化させることができる。また、スイッチングダイオード２３１を使用することにより、より簡便に電圧制御回路２３２を構成できる。
【０１０２】
以上の第１０の実施形態の変形例においては、図８の第３の実施形態の第２の変形例に係るリアクタンス素子１０２に代えて、スイッチングダイオード２３１を備えているが、本発明はこれに限らず、上記リアクタンス素子８２，１１２をスイッチングダイオードで構成してもよい。
【０１０３】
第１１の実施形態．
図２２は、本発明の第１１の実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。第１１の実施形態は、図１１の第５の実施形態に比較して、円形平板形状の電極１１に代えて、中空の半球形状（断面は半円形状であって、曲線形状を含む。）の電極２４１を備えたことを特徴としている。
【０１０４】
上述したように、第５の実施形態においては、トップローディング型モノポールアンテナ装置の共振周波数は線状素子１２の長さと、円形平板形状の電極１１の直径で決まるが、特に円形平板形状の電極１１上で線状素子１２の一端から円形平板形状の電極１１のエッジ部への長さにより共振周波数が変化し、当該長さを長くすることにより共振周波数を低くすることができる。
【０１０５】
第１１の実施形態においては、半球形状の電極２４１を用いることにより、トップローディング部の電極２４１から接地導体１４への投影面積を電極１１を用いるときに比較して小さくすることができ、第５の実施形態に比較して小型・軽量化できる。
【０１０６】
図２３は、本発明の第１１の実施形態の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す縦断面図である。第１１の実施形態の変形例は、図２２の第１１の実施形態に比較して、中空の半球形状の電極２４１に代えて、下に凸である中空の半球形状（断面は半円形状を有し、曲線形状を含む。）の下部を有し、当該下部の半球の外周縁端部から断面において曲線形状で当該電極２５１の外径が下部よりも大きくなるように延在する形状を有する電極２５１を備えたことを特徴としている。当該変形例においては、電極２５１から接地導体１４への投影面積に比べて線状素子１２の一端から電極２５１のエッジ部への距離を長くできる。すなわち、当該距離を長くすることにより共振周波数を低くすることができる。
【０１０７】
第１２の実施形態．
図２４は、本発明の第１２の実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。第１２の実施形態は、図４の第２の実施形態の構成と、図１１の第５の実施形態の構成とを組み合わせたものであり、図３９の従来例に比較して、以下の点が異なることを特徴としている。
（１）線状素子１２の一端に、リング状空間１１１及びリアクタンス素子１１２を設けた。
（２）短絡導体１３の一端に、リング状空間８１及びリアクタンス素子８２を設けた。
（３）円形平板形状の電極１１の外周縁に沿うように、電極１１とは接触させずに所定の電磁界結合を生じるように所定の間隔を有して、無給電素子２６１を設けた。ここで、無給電素子２６１の一端は接地導体１４に接続され、その後無給電素子２６１は線状素子１２と平行となるように延在し、無給電素子２６１の途中で折り曲げられた後、円形平板形状の電極１１の外周縁に沿って電極１１の外周のまわりで所定の長さだけ延在するように設けられている。
【０１０８】
すなわち、第１２の実施形態においては、片端を接地導体１４に短絡した無給電素子２６１を備えているので、上述したように、無給電素子２６１は、円形平板形状の電極１１の励振によって発生する電磁界の変化により無給電素子２６１に流れる誘導電流によりアンテナ素子として機能する。無給電素子２６１の共振周波数は、図５の周波数ｆ１に設定することが望ましい。さらに、このときの円形平板形状の電極１１に沿っている部分の長さを１／４波長となるように設定することが望ましい。以上のように構成することにより、無給電素子２６１上の電流分布が短絡されていない部分の端部でゼロとなり、折れ曲がる部分２６１ａで最大となる。電極１１に沿っている無給電素子２６１の長さが１／４波長であるとき、当該アンテナ装置の共振周波数で共振する長さとなり、無給電素子２６１において、折れ曲がる部分２６１ａでの電流強度が最大となるため、最もアンテナ素子としての利得が最大となるからである。
【０１０９】
図２５は、本発明の第１２の実施形態の第１の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。第１２の実施形態の第１の変形例は、第１２の実施形態に比較して、片側短絡の無給電素子２６１に代えて、両端とも短絡しない１／２波長の長さを有する無給電素子２７１を備えたことを特徴としている。ここで、無給電素子２７１は、電極１１の外周縁端部に沿うように、電機絶縁材料にてなる所定の支持部材（図示せず。）により支持される。この無給電素子２７１は、円形平板形状の電極１１の励振によって発生する電磁界の変化によって無給電素子２７１に流れる誘導電流によりアンテナ素子として機能する。無給電素子２６１と同様に、無給電素子２７１の共振周波数を図５の周波数ｆ１となるよう設計する。この無給電素子２７１の長さを１／２波長となるように設定することが望ましい。その理由は、無給電素子２７１の両方の端部が開放されているため両端部での電流がゼロとなり、無給電素子２７１の中央の電流が最大となるように、１／２波長を有する無給電素子２７１は共振素子として動作する。
【０１１０】
第１２の実施形態の第１の変形例においては、１個の無給電素子２７１を設けているが、本発明はこれに限らず、複数個の無給電素子２７１を電極１１の外周縁端部に沿って設けてもよい。
【０１１１】
図２６は、本発明の第１２の実施形態の第２の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。第１２の実施形態の第２の変形例は、図２４の第１２の実施形態に比較して、無給電素子２６１とは別であって、無給電素子２６１と同様の構成を有する無給電素子２６１ｆをさらに設けたことを特徴としている。このように、複数個の無給電素子２６１，２６１ｆを設けることにより、アンテナ装置の放射指向特性を無指向特性に近づけることができる。
【０１１２】
第１３の実施形態．
図２７は、本発明の第１３の実施形態に係る移動体通信システムの構成を示す斜視図である。この第１３の実施形態は、第１乃至第１２の実施形態及びその変形例において説明したものでありかつ線状素子１２及び短絡導体１３を備えたトップローディング型モノポールアンテナ装置２９１を車両２９０内に設置するための方法に特徴を有し、アンテナ装置２９１を備えた移動体通信システムを提供する。
【０１１３】
図２７において、アンテナ装置２９１を車両２９０内のリアウインドー２９５側であって、車両２９０の内部筐体部上に設ける。このとき、無線通信装置２９３を車両２９０内に載置し、無線通信装置２９３とアンテナ装置２９１との間を給電用同軸ケーブル２９２により接続する。ここで、アンテナ装置２９１の短絡導体１３が線状素子１２よりもリアウインドー２９５側近傍に位置するように設置する。
【０１１４】
本発明の実施形態に係るアンテナ装置２９１は、従来例のトップローディング型モノポールアンテナ装置に比べて円形平板形状の電極１１を小さくすることができるために、接地導体１４の必要となる大きさも小さくでき、それにより、アンテナ装置２９１は車両２９０内設置に適している。アンテナ装置２９１を車両２９０内に置くことで給電用同軸ケーブル２９２も短くでき、給電用同軸ケーブル２９２による車両ノイズの混入確率を抑えることができ、さらに高周波信号や制御信号の劣化も抑えることが出来る。
【０１１５】
さらに、本発明の実施形態に係るアンテナ２９１は短絡導体１３を有しているので、線状素子１２から見て短絡導体１３への方向に最大利得を有する。この最大利得の方向を、アンテナ装置２９１から見てウインドーの金属縁などの障害物の少ないリアウインドー２９５側を向けることにより車両２９０の後方に対して放射ビームを向けることができる。
【０１１６】
さらに、本発明の実施形態に係るアンテナ装置２９１をフロントウインドー２９４側であって車両２９０の内側筐体上に設けてもよい。その場合は、当該アンテナ装置２９１を、短絡導体１３を線状素子１２から見てフロントウインドー２９４側に位置するように設置する。そうすることで、車両２９０の前方方向に対して放射ビームを向けることができる。
【０１１７】
図２８は、本発明の第１３の実施形態の第１の変形例に係る移動体通信システムの構成を示す斜視図である。第１３の実施形態の第１の変形例は、２個のアンテナ装置２９１を車両２９０内に設ける設置方法に係るものであり、第１のアンテナ装置２９１をフロントウインドー２９４側のその近傍の車両２９０の内側筐体上に設置する一方、第２のアンテナ装置２９１をリアウインドー２９５側のその近傍の車両２９０の内側筐体上に設置することを特徴としている。図２８において、第１のアンテナ装置２９１を、その短絡導体１３を線状素子１２から見てフロントウインドー２９４側に位置するように設置することにより、車両２９０の前方方向に対する放射ビームを形成する一方、第２のアンテナ装置２９１を、その短絡導体１３を線状素子１２から見てリアウインドー２９５側に位置するように設置することにより、車両２９０の後方方向に対する放射ビームを形成する。当該車両２９０の前後の２つの放射ビームを有するので、１つの放射ビームを有するときに比較してより無指向特性に近づけた指向特性を得ることができる。
【０１１８】
第１３の実施形態の第１の変形例においては、２つのアンテナ装置２９１を所定の距離だけ離れて車両２９０内で設置しているので、アンテナ装置２９１間の距離の差によって、スペースダイバーシチ効果が得られる。従って、２つのアンテナ装置２９１で受信される２つの受信信号のうちより大きな受信信号強度を有する１つの受信信号を選択し、もしくは２つの受信信号を最大比合成するなどして、より安定した受信信号を得ることができ、これにより、より安定した無線通信を行うことができる。
【０１１９】
図２９は、本発明の第１３の実施形態の第２の変形例に係る移動体通信システムにおけるトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。第１３の実施形態の第２の変形例は、上記実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置２９１を車両２９０内（又は車両２９０外であってもよい）設置するときに目立たなく設置するための設置方法である。図２９において、上記実施形態のアンテナ装置２９１を、車両２９０の内部筐体３１０に形成された直方体形状の凹部３１１内に載置し、内部筐体３１０の上面に沿って上記アンテナ装置２９１を覆うように、所定の誘電体材料にてなるレドーム３１２を凹部３１１の開口部に設ける。
【０１２０】
図３０は、本発明の第１３の実施形態の第３の変形例に係る移動体通信システムの構成を示す斜視図である。第１３の実施形態の第３の変形例は、４個のアンテナ装置２９１を車両２９０内に設ける設置方法に係るものであり、２個の第１のアンテナ装置２９１をフロントウインドー２９４側のその近傍の車両２９０の内側筐体上に設置する一方、２個の第２のアンテナ装置２９１をリアウインドー２９５側のその近傍の車両２９０の内側筐体上に設置することを特徴としている。図３０において、各第１のアンテナ装置２９１を、その短絡導体１３を線状素子１２から見てフロントウインドー２９４側に位置するように設置することにより、車両２９０の前方方向に対する放射ビームを形成する一方、各第２のアンテナ装置２９１を、その短絡導体１３を線状素子１２から見てリアウインドー２９５側に位置するように設置することにより、車両２９０の後方方向に対する放射ビームを形成する。当該車両２９０の前後の２つの放射ビームを有するので、１つの放射ビームを有するときに比較してより無指向特性に近づけた指向特性を得ることができる。
【０１２１】
以上の第１３の実施形態及びその変形例によれば、以下の特有の効果を有する。
（１）図２８の変形例に示すように、車両２９０の進行方向によらず、両方の方向で放射ビームを向けることができる。
（２）図２９の変形例に示すように、目立たず設置可能なモノポールアンテナ装置を提供できる。
（３）図２７，図２８、図３０に示すように、低背形状で車両２９０内置きに適したモノポールアンテナ装置を提供できる。
【０１２２】
図２７、図２８及び図３０における無線通信装置２９３は、無線受信機（又は無線受信回路であってもよい。）と無線送信機（又は無線送信回路であってもよい。）とのうちの少なくとも一方を備えるように構成してもよい。
【０１２３】
図５１は本発明の第１３の実施形態の第４の変形例に係る移動体通信システムの構成を示す斜視図である。この第１３の実施形態の第４の変形例に係る移動体通信システムは、図２７の移動体通信システムに比較して、トップローディング型モノポールアンテナ装置２９１を車両２９０の内部のみならず、トップローディング型モノポールアンテナ装置２９１ａを車両２９０の外部に設け、当該トップローディング型モノポールアンテナ装置２９１ａは給電用同軸ケーブル２９２ａを介して無線通信装置２９３に接続される。なお、図２７においては、車両２９０の内部及び外部にトップローディング型モノポールアンテナ装置２９１，２９１ａを設けているが、本発明はこれに限らず、車両２９０の内部と外部のうちの少なくとも一方に設けてもよい。
【０１２４】
以上の実施形態や変形例においては、トップローディング型モノポールアンテナ装置２９１，２９１ａや無線通信装置２９３及びそれらを含む移動体通信システムを車両２９０に備えているが、本発明はこれに限らず、第１３の実施形態の第５の変形例を図示する図５２に示すように、船舶５０１の外部と内部の少なくとも一方に設けてもよいし、第１３の実施形態の第６の変形例を図示する図５３に示すように、飛行機５０２の外部と内部の少なくとも一方に設けてもよい。またさらに、トップローディング型モノポールアンテナ装置２９１，２９１ａや無線通信装置２９３及びそれらを含む移動体通信システムを、車両、船舶や飛行機のほか種々の移動体に備えてもよい。さらには、トップローディング型モノポールアンテナ装置２９１，２９１ａや無線通信装置２９３及びそれらを含む「通信システム」を、移動体ではなく固定された建物等に設けてもよい。
【０１２５】
第１４の実施形態．
図４５（ａ）は本発明の第１４の実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成図であり、図４５（ｂ）は図４５（ａ）のトップローディング型モノポールアンテナ装置の２つの電極４１１，４１２の近接位置における縦断面図である。この第１４の実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置は、上述した図４２（ａ）及び（ｂ）と同一の構造を有するアンテナ装置である。図４５（ａ）に示すように、給電されたトップローディング素子である電極４１１の近傍に、互いに電磁的に結合するように、給電されていないトップローディング素子である電極４１２を近接させることによって、２つの共振周波数Ｆ１，Ｆ２を有するアンテナ装置を構成できる。
【０１２６】
図４５（ａ）において、無線送信機の信号源４００により励振される線状給電素子である放射素子４０１ａの先端に接地導体面に対して対向するように電極４１１を付加し、線状無給電素子である導波素子４０２ａの先端に接地導体面に対向するように電極４１２を付加することにより、これら電極４１１，４１２をトップローディング素子にしたものである。なお、放射素子４０１ａの先端は、円形状の電極４１１の概略中央部に接続され、導波素子４０２ａの先端は、円形状の電極４１３の概略中央部に接続されている。また、放射素子４０１ａの無線送信機の信号源４００側の端部が給電点となる。ここで、２つの電極４１１，４１２の間は空間的に離間しているが、電磁的結合するように近接させている。図４５（ｂ）において、２つの電極４１１，４１２の垂直方向の間隔Ｓ及び水平方向の重なり部分の長さｇを変化することにより、放射素子４０１ａと導波素子４０２ａとの間の電磁的結合を調整できる。
【０１２７】
以上の第１４の実施形態に係るアンテナ装置においては、大地の接地を用いているが、本発明はこれに限らず、これに代えて、例えば図１に示すように、有限の大きさを有する接地導体１４を備えてもよい。
【０１２８】
図４６は本発明の第１４の実施形態の第１の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成図である。この第１４の実施形態の第１の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置は、図４５のトップローディング型モノポールアンテナ装置に比較して、放射素子４０１ａの先端と電極４１１との間にリアクタンス素子３１を挿入するとともに、導波素子４０２ａの先端と電極４１２との間にリアクタンス素子３２を挿入したことを特徴としている。以上のように構成することにより、リアクタンス素子３１，３２の短縮効果により、図４６のアンテナ装置を、図４５（ａ）のアンテナ装置よりも小型形状にすることができる。
【０１２９】
図４６の第１４の実施形態の第１の変形例においては、電極４１１，４１２の両方にリアクタンス素子３１，３２を接続しているが、本発明はこれに限らず、少なくとも一方にリアクタンス素子３１，３２を接続してもよい。
【０１３０】
図４７は本発明の第１４の実施形態の第２の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成図である。この第１４の実施形態の第２の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置は、図４５のトップローディング型モノポールアンテナ装置に比較して、導波素子４０２ａとは反対側の位置に、先端は開放であって他端が接地され、放射素子４０１ａよりも短い長さを有する線状無給電素子１６１を、その長手方向が放射素子４０１ａと実質的に平行となるように設けたことを特徴としている。以上のように構成することにより、放射素子４０１ａの給電点における入力インピーダンスを変化させることができ、給電点でのインピーダンス整合を容易に行うことができる。
【０１３１】
図４８は本発明の第１４の実施形態の第３の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成図である。この第１４の実施形態の第３の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置は、図４５のトップローディング型モノポールアンテナ装置に比較して、導波素子４０２ａとは反対側の位置に、先端は放射素子４０１ａの所定の中間位置に接続されかつ他端が接地された短絡制御素子１８１を設けたことを特徴としている。なお、短絡制御素子１８１の長手方向（放射素子４０１ａと接続される折り曲げ部を除く）は実質的に放射素子４０１ａの長手方向と平行となるように設定される。以上のように構成することにより、短絡制御素子１８１は、例えば反射器として動作し、当該アンテナ装置の指向特性を制御できる。当該短絡制御素子１８１の本数は１本に限らず、複数であってもよい。なお、図４８において、図４７の無給電素子１６１をさらに備えてもよい。
【０１３２】
図４９は本発明の第１４の実施形態の第４の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成図である。この第１４の実施形態の第４の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置は、図４５のトップローディング型モノポールアンテナ装置に比較して、さらに、放射素子４０１ａから見て導波素子４０２ａ側の位置において、共振周波数Ｆ３（Ｆ３≠Ｆ２，Ｆ３≠Ｆ１）を有し、先端に円形状の電極４１２ａを備えかつ他端が接地されてなる導波素子４０２ａａを備えたことを特徴としている。ここで、電極４１１は電極４１２に電磁的に結合するように近接しているのみならず、電極４１１は電極４１２ａに電磁的に結合するように近接している。以上のように構成することにより、３つの共振周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３を有するアンテナ装置を構成できる。なお、電極４１１に近接設置する電極及び導波素子の数は２に限らず、３以上の複数であってもよい。また、共振周波数Ｆ２＝Ｆ３に設定してもよい。
【０１３３】
他の変形例．
図５０（ａ）乃至図５０（ｄ）は上記の実施形態で用いるリアクタンス素子３１，３２の具体的な第１乃至第４の実施例を示す回路図である。すなわち、リアクタンス素子３１，３２は図５０（ａ）に示すように１つのキャパシタＣ１１で構成してもよい。また、リアクタンス素子３１，３２は図５０（ｂ）に示すように１つのインダクタＬ１１で構成してもよい。さらに、リアクタンス素子３１，３２は図５０（ｃ）に示すようにキャパシタＣ１２とインダクタＬ１２の並列回路で構成してもよい。またさらに、リアクタンス素子３１，３２は図５０（ｄ）に示すようにキャパシタＣ１３とインダクタＬ１３の直列回路で構成してもよい。
【０１３４】
【実施例】
本発明者により試作したトップローディング型モノポールアンテナ装置を用いて測定したインピーダンス特性及びＶＳＷＲの周波数特性の測定結果について以下に説明する。
【０１３５】
図３１は図３９の従来例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置のインピーダンス特性を示すスミスチャートであり、図３２は図３９の従来例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置のＶＳＷＲの周波数特性を示すグラフである。これらの特性は、図３９の従来例において、電極１１の直径を５０ｍｍとし、接地導体１４の直径を７０ｍｍとし、線状素子１２と短絡導体１３との間の距離を１２ｍｍとしたときの特性である。図３２においてＶＳＷＲが３以下であるときの動作帯域幅は７５ＭＨｚであり、図３１及び図３２で示される共振周波数８８０ＭＨｚに対する比帯域は８．４％である。従って、従来例のアンテナ装置は比較的狭い動作帯域幅を有している。
【０１３６】
図３３は図１（ａ）の第１の実施形態の構成に対応する第１の実施例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置におけるインピーダンス特性を示すスミスチャートであり、図３４は図１（ａ）の第１の実施形態の構成に対応する第１の実施例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置におけるＶＳＷＲの周波数特性を示すグラフである。これらの特性は、第１の実施形態において、電極１１の直径を５０ｍｍとし、接地導体１４の直径を７０ｍｍとし、線状素子１２と短絡導体１３との間の距離を１２ｍｍとしたときであって、リアクタンス素子３１が０．５ｐＦのキャパシタであり、リアクタンス素子３２が０．５ｐＦのキャパシタであるときの特性である。図３４においてＶＳＷＲが３以下であるときの動作帯域幅は２６０ＭＨｚであり、図３１及び図３２で示される共振周波数１１００ＭＨｚに対する比帯域は２３．６％である。
【０１３７】
図３５は図１（ａ）の第１の実施形態の構成に対応する第２の実施例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置におけるインピーダンス特性を示すスミスチャートであり、図３６は図１（ａ）の第１の実施形態の構成に対応する第２の実施例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置におけるＶＳＷＲの周波数特性を示すグラフである。これらの特性は、第１の実施形態において、電極１１の直径を５０ｍｍとし、接地導体１４の直径を７０ｍｍとし、線状素子１２と短絡導体１３との間の距離を１２ｍｍとしたときであって、リアクタンス素子３１が０．５ｐＦのキャパシタであり、リアクタンス素子３２が１０ｐＦのキャパシタであるときの特性である。図３５及び図３６から明らかなように、共振周波数ｆ_Ｌ＝６８０ＭＨｚと、共振周波数ｆ_Ｈ＝１２００ＭＨｚとの２つの共振周波数を有し、各２つの共振周波数での動作帯域幅は比較的広い。
【０１３８】
図３７は図１（ａ）の第１の実施形態の構成に対応する第３の実施例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置におけるインピーダンス特性を示すスミスチャートであり、図３８は図１（ａ）の第１の実施形態の構成に対応する第３の実施例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置におけるＶＳＷＲの周波数特性を示すグラフである。これらの特性は、第１の実施形態において、電極１１の直径を５０ｍｍとし、接地導体１４の直径を７０ｍｍとし、線状素子１２と短絡導体１３との間の距離を１２ｍｍとしたときであって、リアクタンス素子３１が４．７ｍＨのインダクタであり、リアクタンス素子３２が１２ｍＨのインダクタであるときの特性である。図３７においてＶＳＷＲが３以下であるときの動作帯域幅は２００ＭＨｚであり、図３７及び図３８で示される共振周波数８８０ＭＨｚに対する比帯域は２２．７％である。
【０１３９】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、接地導体と、上記接地導体と対向して設けられトップローディング部を構成する電極と、給電点と上記電極とを接続する線状素子と、上記電極と上記接地導体とを接続する短絡導体とを備えたトップローディング型モノポールアンテナ装置において、上記短絡導体は第１のリアクタンス素子を介して上記電極と上記接地導体とを接続し、及び／又は、上記線状素子は第２のリアクタンス素子を介して上記給電点と上記電極とを接続する。従って、本発明によれば、以下の特有の効果を有する。
（１）上記第１及び第２のリアクタンス素子を備えて各リアクタンス値を調整することにより、従来例に比較してより低い高さで構成することができ、インピーダンス整合が可能である。
（２）上記第１及び第２のリアクタンス素子を備えて各リアクタンス値を調整することにより、従来例に比較してより低い高さで構成することができ、トップローディング部の大きさの増大を防止できる。
（３）上記第１及び第２のリアクタンス素子を備えて各リアクタンス値を調整することにより、従来例に比較してより低い高さで構成することができ、より広い帯域幅を得ることができる。
（４）上記第１及び第２のリアクタンス素子を備えて各リアクタンス値を調整することにより、従来例に比較して小型・軽量化でき、車両、船舶や飛行機などの移動体内の設置に適するトップローディング型モノポールアンテナ装置を提供することができる。
【０１４０】
また、別の本発明によれば、接地導体と対向して設けられトップローディング部を構成する第１の電極と、給電点と上記第１の電極とを接続する線状給電素子と、接地導体と対向して設けられトップローディング部を構成する第２の電極と、給電点と上記第２の電極とを接続する線状無給電素子とを備え、上記第１の電極と上記第２の電極を、電磁的に結合するように近接するように設けた。従って、従来例に比較して、小型・軽量であって、きわめて簡単な構造を有し、しかも複数の共振周波数を有するトップローディング型モノポールアンテナ装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は図１（ａ）のトップローディング型モノポールアンテナ装置に等価な原型のアンテナ装置を示す構成図である。
【図２】図１（ａ）のトップローディング型モノポールアンテナ装置におけるＶＳＷＲの周波数特性を示すグラフである。
【図３】（ａ）は図３９の従来例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置のインピーダンス特性を示すスミスチャートであり、（ｂ）は図１（ａ）の第１の実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置のインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図５】図４のトップローディング型モノポールアンテナ装置におけるＶＳＷＲの周波数特性を示すグラフである。
【図６】本発明の第３の実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図７】本発明の第３の実施形態の第１の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図８】本発明の第３の実施形態の第２の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図９】本発明の第４の実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態の第１の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態の第２の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図１４】本発明の第６の実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図１５】本発明の第６の実施形態の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図１６】本発明の第７の実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図１７】本発明の第７の実施形態の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図１８】本発明の第８の実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図１９】本発明の第９の実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図２０】本発明の第１０の実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図２１】本発明の第１０の実施形態の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図２２】本発明の第１１の実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図２３】本発明の第１１の実施形態の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す縦断面図である。
【図２４】本発明の第１２の実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図２５】本発明の第１２の実施形態の第１の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図２６】本発明の第１２の実施形態の第２の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図２７】本発明の第１３の実施形態に係る移動体通信システムの構成を示す斜視図である。
【図２８】本発明の第１３の実施形態の第１の変形例に係る移動体通信システムの構成を示す斜視図である。
【図２９】本発明の第１３の実施形態の第２の変形例に係る移動体通信システムにおけるトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図３０】本発明の第１３の実施形態の第３の変形例に係る移動体通信システムの構成を示す斜視図である。
【図３１】図３９の従来例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置のインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
【図３２】図３９の従来例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置のＶＳＷＲの周波数特性を示すグラフである。
【図３３】図１（ａ）の第１の実施形態の構成に対応する第１の実施例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置におけるインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
【図３４】図１（ａ）の第１の実施形態の構成に対応する第１の実施例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置におけるＶＳＷＲの周波数特性を示すグラフである。
【図３５】図１（ａ）の第１の実施形態の構成に対応する第２の実施例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置におけるインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
【図３６】図１（ａ）の第１の実施形態の構成に対応する第２の実施例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置におけるＶＳＷＲの周波数特性を示すグラフである。
【図３７】図１（ａ）の第１の実施形態の構成に対応する第３の実施例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置におけるインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
【図３８】図１（ａ）の第１の実施形態の構成に対応する第３の実施例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置におけるＶＳＷＲの周波数特性を示すグラフである。
【図３９】従来例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図４０】図３９のトップローディング型モノポールアンテナ装置において流れる各電流を示す縦断面図である。
【図４１】（ａ）は図１（ａ）の原型のアンテナ装置であって図１（ｂ）に示した構成図であり、（ｂ）は図４１（ａ）のアンテナ装置に等価なアンテナ装置の構成図である。
【図４２】（ａ）は図４１（ｂ）のアンテナ装置に等価なアンテナ装置の構成図であり、（ｂ）は図４２（ａ）のアンテナ装置における２つの電極４１１，４１２の近接位置における縦断面図であり、（ｃ）は図４２（ａ）のアンテナ装置に等価なアンテナ装置の構成図であり、（ｄ）は図４２（ｃ）のアンテナ装置に等価なアンテナ装置の構成図であり、（ｅ）は図４２（ｄ）のアンテナ装置に等価なアンテナ装置の構成図であり、（ｆ）は図４２（ｅ）のアンテナ装置に等価なアンテナ装置の構成図である。
【図４３】図１（ａ）のトップローディング型モノポールアンテナ装置におけるリアクタンス素子３１の容量値Ｃ１を変化させたときの共振周波数ｆ_Ｌ，ｆ_Ｈの変化を示すグラフである。
【図４４】図１（ａ）のトップローディング型モノポールアンテナ装置におけるリアクタンス素子３２の容量値Ｃ２を変化させたときの共振周波数ｆ_Ｌ，ｆ_Ｈの変化を示すグラフである。
【図４５】（ａ）は本発明の第１４の実施形態に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成図であり、（ｂ）は図４５（ａ）のトップローディング型モノポールアンテナ装置の２つの電極４１１，４１２の近接位置における縦断面図である。
【図４６】本発明の第１４の実施形態の第１の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成図である。
【図４７】本発明の第１４の実施形態の第２の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成図である。
【図４８】本発明の第１４の実施形態の第３の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成図である。
【図４９】本発明の第１４の実施形態の第４の変形例に係るトップローディング型モノポールアンテナ装置の構成図である。
【図５０】（ａ）は上記リアクタンス素子３１，３２の第１の実施例である１つのキャパシタＣ１１を示す回路図であり、（ｂ）は上記リアクタンス素子３１，３２の第２の実施例である１つのインダクタＬ１１を示す回路図であり、（ｃ）は上記リアクタンス素子３１，３２の第３の実施例であるキャパシタＣ１２とインダクタＬ１２の並列回路を示す回路図であり、（ｄ）は上記リアクタンス素子３１，３２の第４の実施例であるキャパシタＣ１３とインダクタＬ１３の直列回路を示す回路図である。
【図５１】本発明の第１３の実施形態の第４の変形例に係る移動体通信システムの構成を示す斜視図である。
【図５２】本発明の第１３の実施形態の第５の変形例に係る移動体通信システムの構成を示す斜視図である。
【図５３】本発明の第１３の実施形態の第６の変形例に係る移動体通信システムの構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１１…トップローディング電極（電極）、
１１ｈ…矩形孔、
１２…線状素子、
１２ａ…線状素子１２の中間点、
１３，１３ｆ…短絡導体、
１３ａ…短絡導体１３の中間点、
１４…接地導体、
３０…給電用同軸ケーブル、
３１，３２…リアクタンス素子、
３５…給電点、
６１，１６１…無給電素子、
８１，８１ｆ，１０１，１１１…リング状空間、
８２，８２ｆ，１０２，１１２…リアクタンス素子、
１８１，１９１…短絡制御導体、
２０１…可動電極、
２０１ｐ…摺動用つまみ
２２１…可変容量ダイオード、
２２２…電圧制御回路、
２３１…スイッチングダイオード、
２３２…電圧制御回路、
２４１，２５１…電極、
２６１，２６１ｆ，２７１，…無給電素子、
２９０…車両、
２９１，２９１ａ…トップローディング型モノポールアンテナ装置、
２９２，２９２ａ…給電用同軸ケーブル、
２９３…無線通信装置、
２９４…フロントウインドー、
２９５…リアウインドー、
３１０…車両の内側筐体部、
３１１…凹部、
３１２…レドーム、
４００…無線送信機の信号源、
４０１…放射器、
４０２…導波器、
４０１ａ…放射素子、
４０２ａ，４０２ａａ…導波素子、
４１１，４１２，４１２ａ，４１３…電極、
５０１…船舶、
５０２…飛行機。

Claims (35)

1. 接地導体と、上記接地導体と対向して設けられトップローディング部を構成する電極と、給電点と上記電極とを接続する線状素子と、上記電極と上記接地導体とを接続する短絡導体とを備えたトップローディング型モノポールアンテナ装置において、上記短絡導体は第１のリアクタンス素子を介して上記電極と上記接地導体とを接続することを特徴とするモノポールアンテナ装置。
2. 接地導体と、上記接地導体と対向して設けられトップローディング部を構成する電極と、給電点と上記電極とを接続する線状素子と、上記電極と上記接地導体とを接続する短絡導体とを備えたトップローディング型モノポールアンテナ装置において、上記線状素子は第２のリアクタンス素子を介して上記給電点と上記電極とを接続することを特徴とするモノポールアンテナ装置。
3. 接地導体と、上記接地導体と対向して設けられトップローディング部を構成する電極と、給電点と上記電極とを接続する線状素子と、上記電極と上記接地導体とを接続する短絡導体とを備えたトップローディング型モノポールアンテナ装置において、上記短絡導体は第１のリアクタンス素子を介して上記電極と上記接地導体とを接続し、上記線状素子は第２のリアクタンス素子を介して上記給電点と上記電極とを接続することを特徴とするモノポールアンテナ装置。
4. 上記接地導体は円形平板形状を有することを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか１つに記載のモノポールアンテナ装置。
5. 上記電極が円形平板形状を有することを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれか１つに記載のモノポールアンテナ装置。
6. 上記電極と電気的に接続され、上記電極と可動電極との実効的な面積を変化することができるように移動可能に設けられた可動電極をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至５のうちのいずれか１つに記載のモノポールアンテナ装置。
7. 上記線状素子の両端の間に位置する中間位置と、上記接地導体とを接続する第１の短絡制御導体をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至６のうちのいずれか１つに記載のモノポールアンテナ装置。
8. 上記短絡導体の両端の間に位置する中間位置と、上記接地導体とを接続する第２の短絡制御導体をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至７のうちのいずれか１つに記載のモノポールアンテナ装置。
9. 一端が上記接地導体に接続され、上記線状素子及び上記短絡導体と平行となるように設けられた第１の無給電素子をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至８のうちのいずれか１つに記載のモノポールアンテナ装置。
10. 一端が上記接地導体に接続され、上記線状素子及び上記短絡導体と平行となるようにそれぞれ設けられた複数の第１の無給電素子をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至８のうちのいずれか１つに記載のモノポールアンテナ装置。
11. 上記電極の外周縁端部から一定の距離だけ離れた位置に、第２の無給電素子の一部分が上記外周縁端部に沿うように設けられ、第２の無給電素子の一端が上記接地導体に接続された第２の無給電素子をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至１０のうちのいずれか１つに記載のモノポールアンテナ装置。
12. 上記電極の外周縁端部に沿う、上記第２の無給電素子の一部分の長さは当該アンテナ装置の動作中心周波数における１／４波長の長さであることを特徴とする請求項１１記載のモノポールアンテナ装置。
13. 上記電極の外周縁端部から一定の距離だけ離れた位置に、第３の無給電素子が上記外周縁端部に沿うように設けられた第３の無給電素子をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至１０のうちのいずれか１つに記載のモノポールアンテナ装置。
14. 上記第３の無給電素子の長さは当該アンテナ装置の動作中心周波数における１／２波長の長さであることを特徴とする請求項１３記載のモノポールアンテナ装置。
15. 複数の上記第２の無給電素子と、複数の上記第３の無給電素子とのうちの少なくとも一方をさらに備えたことを特徴とする請求項１１乃至１４のうちのいずれか１つに記載のモノポールアンテナ装置。
16. 上記第１のリアクタンス素子と上記第２のリアクタンス素子のうちの少なくとも一方は可変容量ダイオードにより構成され、
    上記可変容量ダイオードに印加するためのバイアス電圧を発生する電圧制御回路をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至１５記載のうちのいずれか１つに記載のモノポールアンテナ装置。
17. 上記第１のリアクタンス素子と上記第２のリアクタンス素子のうちの少なくとも一方はスイッチングダイオードにより構成され、
    上記スイッチングダイオードに印加するためのバイアス電圧を発生する電圧制御回路をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至１５記載のうちのいずれか１つに記載のモノポールアンテナ装置。
18. 上記電極は、曲線形状の断面を有する形状を有することを特徴とする、請求項５及び請求項５の従属項を除く、請求項１乃至１７のうちのいずれか１つに記載のモノポールアンテナ装置。
19. 無線受信機と、
    上記無線受信機に接続された、請求項１乃至１８記載のうちのいずれか１つに記載のモノポールアンテナ装置とを備えたことを特徴とする通信システム。
20. 移動体内に設置された無線受信機と、
    上記移動体の内部と外部のうちの少なくとも一方に設置されかつ上記無線受信機に接続された、請求項１乃至１８記載のうちのいずれか１つに記載のモノポールアンテナ装置とを備えたことを特徴とする移動体通信システム。
21. 上記モノポールアンテナ装置を、上記移動体のフロントウインドー又はリアウインドー近傍に設置するときにそれぞれ、上記モノポールアンテナ装置の短絡導体が上記線状素子に比較して上記フロントウインドー又は上記リアウインドーに近づくように上記モノポールアンテナ装置を設置したことを特徴とする請求項２０記載の移動体通信システム。
22. ２個の上記モノポールアンテナ装置を移動体内に備え、一方の上記モノポールアンテナ装置の短絡導体が上記線状素子に比較して上記フロントウインドーに近づくように当該一方の上記モノポールアンテナ装置を設置する一方、他方の上記モノポールアンテナ装置の短絡導体が上記線状素子に比較して上記フロントウインドーに近づくように当該他方の上記モノポールアンテナ装置を設置したことを特徴とする請求項２０記載の移動体通信システム。
23. ４個の上記モノポールアンテナ装置を移動体内に備え、一方の２個の上記モノポールアンテナ装置の短絡導体が上記線状素子に比較して上記フロントウインドーに近づくように当該一方の２個の上記モノポールアンテナ装置を設置する一方、他方の２個の上記モノポールアンテナ装置の短絡導体が上記線状素子に比較して上記フロントウインドーに近づくように当該他方の２個の上記モノポールアンテナ装置を設置したことを特徴とする請求項２０記載の移動体通信システム。
24. 上記移動体内に凹部を形成し、上記凹部内に上記モノポールアンテナ装置を設置し、上記凹部の開口部をレドームにより覆うことを特徴とする請求項２０乃至２３記載のうちのいずれか１つの移動体通信システム。
25. 接地導体と対向して設けられトップローディング部を構成する第１の電極と、
    給電点と上記第１の電極とを接続する線状給電素子と、
    接地導体と対向して設けられトップローディング部を構成する第２の電極と、
    給電点と上記第２の電極とを接続する線状無給電素子とを備え、
    上記第１の電極と上記第２の電極を、電磁的に結合するように近接するように設けたことを特徴とするモノポールアンテナ装置。
26. 上記線状給電素子と上記第１の電極との間の接続点と、上記線状無給電素子と上記第２の電極との間の接続点のうちの少なくとも一方の接続点に、リアクタンス素子を挿入したことを特徴とする請求項２５記載のモノポールアンテナ装置。
27. 一端が開放され、他端が上記接地導体に接続された無給電素子をさらに備えたことを特徴とする請求項２５又は２６記載のモノポールアンテナ装置。
28. 一端が上記線状給電素子に接続され、他端が上記接地導体に接続された短絡制御素子をさらに備えたことを特徴とする請求項２５乃至２７のうちのいずれか１つに記載のモノポールアンテナ装置。
29. 接地導体と対向して設けられトップローディング部を構成する少なくとも１つの別の第２の電極と、
    給電点と上記別の第２の電極とを接続する少なくとも１つの別の線状無給電素子とをさらに備え、
    上記第１の電極と上記別の第２の電極を、電磁的に結合するように近接するように設けたことを特徴とする請求項２５乃至２８のうちのいずれか１つに記載のモノポールアンテナ装置。
30. 上記第１のリアクタンス素子は、
    （ａ）１つのキャパシタと、
    （ｂ）１つのインダクタと、
    （ｃ）キャパシタとインダクタの並列回路と、
    （ｄ）キャパシタとインダクタの直列回路と
    のうちのいずれか１つにより構成されたことを特徴とする、請求項１、請求項３、請求項１の従属項、請求項３の従属項からなる請求項のうちのいずれか１つに記載のモノポールアンテナ装置。
31. 上記第２のリアクタンス素子は、
    （ａ）１つのキャパシタと、
    （ｂ）１つのインダクタと、
    （ｃ）キャパシタとインダクタの並列回路と、
    （ｄ）キャパシタとインダクタの直列回路と
    のうちのいずれか１つにより構成されたことを特徴とする、請求項２、請求項３、請求項２の従属項、請求項３の従属項からなる請求項のうちのいずれか１つに記載のモノポールアンテナ装置。
32. 上記リアクタンス素子は、
    （ａ）１つのキャパシタと、
    （ｂ）１つのインダクタと、
    （ｃ）キャパシタとインダクタの並列回路と、
    （ｄ）キャパシタとインダクタの直列回路と
    のうちのいずれか１つにより構成されたことを特徴とする、請求項２６、請求項２６の従属項からなる請求項のうちのいずれか１つに記載のモノポールアンテナ装置。
33. 無線受信機と、
    上記無線受信機に接続された、請求項２５乃至２９記載のうちのいずれか１つに記載のモノポールアンテナ装置とを備えたことを特徴とする通信システム。
34. 移動体内に設置された無線受信機と、
    上記移動体の内部と外部のうちの少なくとも一方に設置されかつ上記無線受信機に接続された、請求項２５乃至２９記載のうちのいずれか１つに記載のモノポールアンテナ装置とを備えたことを特徴とする移動体通信システム。
35. 上記移動体は、車両、船舶又は飛行機であることを特徴とする請求項２０乃至２４及び３４のうちのいずれか１つに記載の移動体通信システム。

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