JP2005057526A - 指向性アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な操作で、ステーションのアンテナを水平面内無指向性から、アクセスポイントの方向に比較的弱い指向性を持たせることができる指向性アンテナを提供する。
【解決手段】２個の棒状アンテナを直線に沿って上下二段に重なるように配置してなる一つの棒状アンテナ体と、該２個の棒状アンテナに個別給電するための同軸給電路とを備える。２個の棒状アンテナは、使用波長をλとして各給電点間における位相差が、実質上ｎλ±λ／４（ｎは整数）になるように配置されており、一つの棒状アンテナ体が該アンテナ支持体上で直立した姿勢では水平面内にアンテナ無指向性が実現維持され、一つの棒状アンテナ体が直立した姿勢から傾斜したときに、前記±λ／４の符号に対応して、該傾斜した方向に対して利得が増大又は減小するアンテナ指向特性が実現維持されるように構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アンテナの指向性を任意に設定できるアンテナ技術に関するものである。

無線ＬＡＮにおいて、無線通信は通常アクセスポイントと呼ばれる親機とステーションと呼ばれる子機の間で行われる。アクセスポイント及びステーションでは、今まで水平面内無指向性の棒状のホイップアンテナ等が広く用いられてきた。これは、アクセスポイントにとってステーションがどの方向に存在するかが明確ではないので、全ての方向に感度を持たせることが必要なためである。
また、このホイップアンテナを１／２波長程度離しておき、強い電界強度が得られるどちらかのアンテナを選択して通信を行うダイバーシチが一般的に用いられている。これによりフェージングによる電界強度の劣化を改善している。水平面内無指向性のアンテナには、１／２波長ホイップアンテナやスリーブアンテナなどが広く用いられている。

近年、無線ＬＡＮも比較的高周波である５ＧＨｚ程度のものも製品化され、これらでは円偏波なども用いられる。しかしながら、円偏波アンテナでは水平面内無指向性にはならず、ホイップアンテナ等を用いる製品も多い。従来、ホイップアンテナ等棒状のアンテナのＦ／Ｂ比（前後比）を変えるには、放射器（Ｄｒｉｖｅｒ）の前面に導波器（Ｄｉｒｅｃｔｏｒ）を配置し、背面に反射器（Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）を配置した八木アンテナの構造を持たせるか、または、アンテナの背後に適度な大きさの反射板を付加していた。Ｆ／Ｂ比の値はこの反射板の大きさ、あるいは太さで調節することが可能である。（例えば、非特許文献（１）参照）。
Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓから１９８１年刊行、書籍「ＡＮＴＥＮＡ ＴＨＥＯＲＹ ＡＮＤ ＤＥＳＩＧＮ」の２２２頁"ＷＩＲＥ ＡＮＴＥＮＮＡＳ"，Fig.５−２８およびFig.５−２９とその説明。

このようなＦ／Ｂ比を持つアンテナは、導波器の数を増加するか、または、反射器の大きさを変えてそのＦ／Ｂ比の値を変えているため、簡単に変更することができなかった。
また、指向性の強い方向を変えるときにも、アンテナを回転させなければならず、比較的取扱いが面倒であった。
また、複数のアクセスポイントがゾーン構成する比較的規模の大きいシステムにおいては、通常、隣接ゾーンとは通信周波数を変えているが、使用できる周波数の数が限られるため、同じ周波数を繰り返し用いる構成となる。また、ステーションはその親機であるアクセスポイントが構成するゾーンエリアの境界付近に位置することも多い。そのため、このステーションと同一の周波数を用いる他のゾーンに属するステーションとの距離は、比較的短い場合がある。このとき、これらステーション間の同一チャネル干渉が問題となる。

この問題は実際のシステムに深刻なダメージを与えるものではないが、スループットの低下を引き起こし、システムの性能を劣化させる要因である。
特に、無線ＬＡＮの急速な普及により、２．４ＧＨｚ帯では、他システムとの干渉も増加すると考えられ、今後予想されるトラフィックに対して充分な周波数チャネルが確保されていないのが現状である。

これらの状況を考慮すると、ステーションと他システムの同一チャネル干渉も発生すると考えられ、他システムのスループットの低下を引き起こすことになる。
従って、同一チャネル干渉の低減は重要な課題であり、特に先に述べたようにステーションが係わる干渉はステーションがゾーン内に散在するため、問題は大きい。

本発明は、これらの問題を解決するために、簡単な操作で、ステーションのアンテナを水平面内無指向性から、アクセスポイントの方向に比較的弱い指向性を持たせることができる指向性アンテナを提供するものである。

この目的を達成するために、本発明による指向性アンテナは、２個の棒状アンテナを直線に沿って上下二段に重なるように配置してなる一つの棒状アンテナ体と、
該２個の棒状アンテナに個別給電するための同軸給電路とを備え、
前記２個の棒状アンテナは、使用波長をλとして各給電点間における位相差が、実質上ｎλ±λ／４（ｎは整数）になるように配置されており、
前記一つの棒状アンテナ体が該アンテナ支持体上で直立した姿勢では水平面内にアンテナ無指向性が実現維持され、前記一つの棒状アンテナ体が直立した姿勢から傾斜したときに、前記±λ／４の符号に対応して、該傾斜した方向に対して利得が増大又は減小するアンテナ指向特性が実現維持されるように構成されている。
また、本発明による指向性アンテナは、２個の棒状アンテナを直線に沿って上下二段に重なるように配置してなる一つの棒状アンテナ体と、
該２個の棒状アンテナに個別給電するための同軸給電路とを備え、
前記２個の棒状アンテナは、使用波長をλとして各給電点間における位相差が、実質上（ｍλ／２）±λ／４（ｍは奇数）になるように配置されており、
前記一つの棒状アンテナ体が該アンテナ支持体上で直立した姿勢では水平面内にアンテナ無指向性が実現維持され、前記一つの棒状アンテナ体が直立した姿勢から傾斜したときに、前記±λ／４の符号に対応して、該傾斜した方向に対して利得が増大又は減小するアンテナ指向特性が実現維持されるように構成されている。

前記同軸給電路は、単一の同軸給電路を分配合成器により二つの同軸給電路に接続し、該二つの同軸給電路が前記２個の棒状アンテナをそれぞれ給電するように構成することができる。
また、前記同軸給電路は、単一の同軸給電路により形成され、
前記二個の棒状アンテナのうち上段に配置される上段側棒状アンテナに対しては、該単一の同軸給電路の上端部が給電点となり、前記二個の棒状アンテナのうち下段に配置される下段側棒状アンテナに対しては当該下段側棒状アンテナに対向する位置で該単一の同軸給電路の外被に設けられた周回方向のスリットが給電点となるように構成することができる。
さらに、前記同軸給電路は、単一の同軸給電路により形成され、
前記二個の棒状アンテナのうち上段に配置される上段側棒状アンテナと下段に配置される下段側棒状アンテナに対しては当該上段側棒状アンテナと当該下段側棒状アンテナに、それぞれ、対向する位置で該単一の同軸給電路の外被に設けられた周回方向の各スリットが給電点となるように構成することができる。

前記一つの棒状アンテナ体は、
第一の端子，第二の端子及び第三の端子を有し、該第一の端子からの入力を該第二の端子と該第三の端子とに分配出力し、該第二の端子及び該第三の端子からの入力を該第一の端子に合成出力する分配合成器と、
前記第一の端子に一端が接続された第一の同軸給電路と、
前記第二の端子及び第三の端子に各一端が、それぞれ、接続された第二の同軸給電路及び第三の同軸給電路と、
該第二の同軸給電路の他端の外被導体に一端が接続されて前記第二の同軸給電路及び第三の同軸給電路が貫通するように配置された第一の円筒と、該第二の同軸給電路の他端の中心導体に一端が接続されて第三の同軸給電路が貫通するように配置された第二の円筒とを有し、前記第一の円筒と該第二の円筒との各他端間の長さが使用波長の（１／２）弱に相当するように形成された第一のスリーブアンテナと、
該第三の同軸給電路の他端の外被導体に一端が接続されて該第三の同軸給電路が貫通するように配置された第三の円筒と、 該第三の同軸給電路の他端の中心導体に一端が接続された放射導体とを有し、該第三の円筒と該放射導体との各他端間の長さが使用波長の（１／２）弱に相当するように形成された第二のスリーブアンテナと、
を備えた構成とすることができる。
また、前記一つの棒状アンテナ体は、
単一の同軸給電路と、
該単一の同軸給電路の外被導体にその周回方向に沿って設けられたスリットと、
該単一の同軸給電路が貫通するように配置されかつ前記スリットの位置に対向するように配置された第一の円筒を有し、該第一の円筒の両端の長さが使用波長の（１／２）弱に相当するように形成されたダイポールアンテナと、
該単一の同軸給電路の他端の外被導体に一端が接続されて該単一の同軸給電路が貫通するように配置された第二の円筒と、
該単一の同軸給電路の先端の中心導体に一端が接続された放射導体とを有し、該第二の円筒と該放射導体との各他端間の長さが使用波長の（１／２）弱に相当するように形成されたスリーブアンテナと、
を備えた構成をとることができる。
さらに、前記一つの棒状アンテナ体は、
単一の同軸給電路と、
該単一の同軸給電路の外被導体にその周回方向に沿って設けられた第一のスリットと、
該単一の同軸給電路の外被導体にその周回方向に沿って設けられた第二のスリットと、
該単一の同軸給電路が貫通するように配置されかつ前記第一のスリットの位置に対向するように配置された第一の円筒を有し、該第一の円筒の両端の長さが使用波長の（１／２）弱に相当するように形成された第一のダイポールアンテナと、
該単一の同軸給電路が貫通するように配置されかつ前記第二のスリットの位置に対向するように配置された第二の円筒を有し、該第二の円筒の両端の長さが使用波長の（１／２）弱に相当するように形成された第二のダイポールアンテナと、
を備えた構成をとることができる。ここで、単一の同軸給電路の先端には、終端抵抗を接続することができる。

前記一つの棒状アンテナ体を、直立した姿勢と傾斜した姿勢とをとり得るように支持するアンテナ支持手段を、さらに、備えることができる。

本発明は２段に配置したアンテナ素子間の位相差と傾けたことによる素子間距離を利用して、Ｆ／Ｂ比を持つアンテナを実現するものである。そしてその利得の高い方向は傾ける方向と一致するので、利得の高い方向を自由に変えることが可能である。そのため、本発明のアンテナを用い、アクセスポイントの方向に高いＦ／Ｂ比を持たせることが可能である。通常のゾーン設定では自局と同じ周波数を使う他ゾーンは、アクセスポイントの方向と逆側にある。そのため他ゾーンでの同一チャネル干渉を低減することができ、無線ネットワークのスループット向上などに寄与することができる。しかも最大Ｆ／Ｂ比を任意に設計することが可能であるので、Ｆ／Ｂ比をあまり高くしない無指向性アンテナに近い放射特性のアンテナとしても利用することができる。これは、たまたま、アンテナを傾けることを忘れた場合でも、通信にそれほど深刻な影響を与えない結果となる。

図１に本発明の第１の実施例を示す。図１は、本発明の原理を説明するための本発明のアンテナの断面図を模式的示す。図１において、１は高周波用同軸ケーブルであり、中央の線が中心導体であり、外側に外被導体を示している。３，４も同様に高周波用同軸ケーブルである。２は分配合成器であり、同軸ケーブル１から給電されたエネルギを同軸ケーブル３，４に分配し、同軸ケーブル３，４からのエネルギは同軸ケーブル１に合成する。５は同軸ケーブル３，４を覆うように配置された円筒状の導体であり、同軸ケーブル４の外被導体と短絡されている。ここで、５は円筒状の導体であるが、図が模式断面図であるため、図１のように示している。６は同軸ケーブル３を覆うように配置された円筒状の導体であり、同軸ケーブル４の中心導体と短絡されている。ここで、円筒状の導体５，６は同軸ケーブル４で給電されたスリーブアンテナとみなすことができる。スリーブアンテナは、通常同軸ケーブルで給電されるアンテナであり、構造が簡単で利得が比較的高く、しかも水平面内無指向性を実現できることから広く用いられている。スリーブアンテナは、円筒５の下端から、円筒６の上端までの長さが（１／２）波長弱で共振する。図１において、５，６で構成されるスリーブアンテナを第１段のスリーブアンテナとする。

同軸ケーブル３は、第１段のスリーブアンテナの放射特性に影響を与えないように、円筒５，６の中を通ってさらに上に伸びる。７は同軸ケーブル３を覆うように配置された円筒状の導体であり、同軸ケーブル３の外被導体と短絡されている。８は放射するための導体であり、同軸ケーブル３の中心導体と短絡されている。ここで、導体７，８は同軸ケーブル３で給電されたスリーブアンテナとみなすことができる。スリーブアンテナは、円筒７の下端から、放射導体８の上端までの長さが（１／２）波長弱で共振する。図１において、７，８で構成されるスリーブアンテナを第２段のスリーブアンテナとする。

本発明による指向性アンテナの基本構成は、上記のように給電されたエネルギを２つに分配してそれぞれを２つのスリーブアンテナに供給して、上下２段に重ねるものである。このアンテナにおいて、第１段のスリーブアンテナの給電点は１０である。また、第２段のスリーブアンテナの給電点は９である。この２つのスリーブアンテナは、同軸ケーブル３の位置１１から位置９までの長さの位相差を持つ。ここで、この位相差が波長の整数倍ならば、２つのスリーブアンテナは同相（位相差０）とする。本発明では、この位相差を約９０度にする。ここで２つのアンテナの位相差を９０度にするには、同軸ケーブル３の位置１１から位置９までの長さを調整することによって行う。２つのスリーブアンテナを給電するとき、位相差の９０度からのずれと本発明のアンテナの特性に関しては後に述べる。

次に、本発明のアンテナを傾けた場合について説明する。図２に図１に示すアンテナを傾けた場合を示している。２つのスリーブアンテナの位相差は、スリーブアンテナの第２段がスリーブアンテナの第１段より９０度遅れる場合について説明する。ここで、ｄは共振周波数の１／４波長とする。この場合の１／４波長は、期待値であるが、実用上は１／４波長に完全に等しくすることはできないので、実質上１／４波長に相当する値であれば以下に、説明の期待する効果が得られる。

このとき方向２１の電磁波は、方向２２の電磁波と重なり合う。スリーブアンテナの第１段から放射された電磁波は距離ｄ進む間に位相が１／４波長（９０度）遅れる。スリーブアンテナの第１段から放射された電磁波が位置点２５に到達したとき、スリーブアンテナの第２段の電磁波は、９０度の位相が遅れているため、スリーブアンテナの第１段の電磁波と同相になる。これにより、方向２１の電磁波と方向２２の電磁波は強めあい、利得は高くなる。

一方、方向２３の電磁波は、方向２４の電磁波と重なり合う。スリーブアンテナの第２段から放射された電磁波は距離ｄ進む間に位相が１／４波長（９０度）遅れる。スリーブアンテナの第２段から放射された電磁波が位置点２６に到達したとき、スリーブアンテナの第２段の電磁波は、もともと９０度位相が遅れているため、スリーブアンテナの第１段の電磁波と逆相（１８０度）になる。これにより、方向２３の電磁波と方向２４の電磁波はキャンセルし、利得は低くなる。

距離１／４波長離した２つのアンテナを位相差９０度で給電させるときの指向性が単方向になることは、一般的にカージオイド特性として知られている。
本発明ではこの原理を応用したものである。アンテナを傾けることによって指向性のＦ／Ｂ比（フロント／バック比：前後比）を変えることが可能である。しかも、アンテナを傾けないときには、水平面内無指向性を実現し維持することができる。また、アンテナを傾けると、傾けた方向に高い利得を持ち、逆の方向には低い利得を持つアンテナになる。さらに、この傾ける角度によってそのＦ／Ｂ比を変えることが可能である。実験によれば、Ｆ／Ｂ比は最大１０ｄＢ程度になる。

また、２つのスリーブアンテナの位相差が９０度ではなく、同相であると仮定すると、傾けない状態で水平方向の利得が最も高くなる。これはまさにコリニアアンテナの原理である。これにより、２つのスリーブアンテナの位相差を９０度より小さく設計することによって、最大Ｆ／Ｂ比を小さくさせることも可能であることがわかる。これは、Ｆ／Ｂ比を比較的小さく設定することにより、アクセスポイントの方向が明確でないときなどにアンテナを傾けない使い方も可能であることを意味する。

第１の実施例では、スリーブアンテナの第１段に比べて第２段の位相を９０度遅らせているが、第２段に比べて第１段の位相を９０度遅らせても同様の効果がある。但し、この場合には、アンテナを傾けた方向の利得が弱くなる。

図３に本発明のアンテナを傾けないで使った場合（ａ）、傾けて使った場合（ｂ）を示している。図３（ａ）は水平内無指向性を示す。３１はアンテナの位置であり、３２は指向性である。これを３５の方向に傾けると、指向性は３４のようになる。３３はアンテナの位置である。この場合には、アンテナは３５の方向に高い利得を持ち、逆方向には低い利得を持つ。傾ける方向を変えれば、利得の高い方向を自由に設定することができる。

次に、このアンテナをステーションに用いた場合の構成と問題点の解決方法を説明する。ステーションは通常半固定的に設置されることを想定する。デスクトップパソコンあるいはノートパソコンなどで無線ＬＡＮを用いる場合である。従来これらのステーションには水平面内無指向性、あるいは感度の比較的低いチップアンテナが用いられてきた。チップアンテナの場合には感度が比較的低いので、遠方にあるアクセスポイントとの通信に問題があった。また、水平面内無指向性のアンテナを用いる場合には、アクセスポイントと逆方向への放射が同一チャネル干渉を引き起こしていた。ここに本発明のアンテナを採用し、ステーションからアクセスポイントの方向にアンテナを傾けることにより、アクセスポイントの方向の利得を増加させるので、アクセスポイントとの通信品質を向上させ、アクセスポイントと逆方向への電磁波を低減させるので、同一チャネル干渉を低減させることができる。

また、最大Ｆ／Ｂ比を調節することができるので、比較的水平面内無指向性に近く設定しておけば、アンテナを傾けないまま使用する場合でも、ほとんど問題にならない。最大Ｆ／Ｂ比は、ほとんど固定した場所で使用する場合か、頻繁に移動する場合かによって決定してもよい。 また、人体の側に電磁波を弱く放射する使い方もある。

図４に本発明の第２の実施例を示す。図４は本発明の第２の実施例において原理を説明するため、アンテナの断面図を模式的に示す。図４において、４１は高周波用同軸ケーブルであり、中央の線が中心導体であり、外側に外被導体を示している。４３は高周波用同軸ケーブル４１の外被導体に設けられた周回方向のスリットである。これは、外被導体から円管状に外皮導体を取り除いたものである。４２は、スリット４３に対向する位置で、同軸ケーブル４１を覆うように配置された円筒状の導体である。ここで、４２は円筒状の導体であるが、図が模式的断面図のため、図４のように示している。

このアンテナはスリット４３からの漏れ電磁波を円筒状導体４２で共振させる構造のアンテナであり、電磁結合同軸ダイポールアンテナと呼ばれる。円筒状導体４２の長さが（１／２）波長で共振する。このアンテナの原理は文献〔ＩＥＥＥ ＡＰ ＶＯＬ．４７， Ｎｏ．１１ ｐｐ１７１６−１７２６，１９９９ ”Electromagnetically Coupled Coaxial Dipole Array Antenna”〕に詳述されている。
４４は同軸ケーブル４１を覆うように配置された円筒状の導体であり、同軸ケーブル４１の外被導体と短絡されている。４５は、放射するための導体であり、同軸ケーブル４１の中心導体と短絡されている。ここでは、導体４４，４５は同軸ケーブル４１で給電されたスリーブアンテナである。スリーブアンテナは円筒状の導体４４の下端から、放射導体４５の上端までの長さが（１／２）波長弱で共振する。

第２の実施例の基本構成は、アンテナに給電されたエネルギをまず電磁結合同軸ダイポールアンテナに供給して、更にある位相だけずらしてスリーブアンテナに供給するものである。この位相差は以下のように設定する。本アンテナにおいて、電磁結合同軸ダイポールアンテナの給電点は４３であり、スリーブアンテナの給電点は４６である。この２つのアンテナは、同軸ケーブル４１の位置４３から位置４６までの電気長の位相差を持つ。ここで、２つのアンテナが、最初から半波長ずれて励振されているので、前記の位相差が半波長の奇数（ｍ）倍ならば、２つのアンテナは同相（位相差０）である。本発明ではこの位相差を９０度にする。ここで２つのアンテナの位相差を９０度にするには、同軸ケーブル４１の位置４３から位置４６までの電気長を調整することによって行う。２つのアンテナを給電するとき、位相差の９０度からのずれと第２の実施例のアンテナの特性に関しては第１の実施例と同じである。

次に、本発明の第２の実施例のアンテナを傾けた場合について説明する。図５に図４に示すアンテナを傾けた場合について示してある。２つのアンテナの位相差が、スリーブアンテナが電磁結合同軸ダイポールアンテナより９０度遅れる場合について説明する。ここで、ｄは共振周波数の１／４波長とする。

このとき、方向５１の電磁波は、方向５２の電磁波と重なり合う。電磁結合同軸ダイポールアンテナから放射された電磁波は距離ｄだけ進む間に位相が１／４波長（９０度）遅れる。電磁結合同軸ダイポールアンテナから放射された電磁波が位置５５に到達したとき、スリーブアンテナの電磁波は、９０度位相が遅れているため、電磁結合同軸ダイポールアンテナの電磁波と同相となる。これにより、方向５１の電磁波と方向５２の電磁波は強めあい、利得は高くなる。

一方、方向５３の電磁波は、方向５４の電磁波と重なり合う。スリーブアンテナから放射された電磁波は距離ｄだけ進む間に位相が１／４波長（９０度）遅れる。スリーブアンテナから放射された電磁波が位置５６に到達したとき、スリーブアンテナの電磁波は、もともと９０度位相がおくれているため電磁結合同軸ダイポールアンテナの電磁波と逆相（１８０度）になる。これより方向５３の電磁波と方向５４の電磁波はキャンセルし、利得は低くなる。
このことにより、第２の実施例のアンテナは第１の実施例のアンテナと同じ働きをすることがわかる。

図６を参照して本発明の第３の実施例を示す。この図６は、本発明の第３の実施例の構成を説明するためのアンテナの模式断面図である。図６において、６１は高周波用同軸ケーブルであり、中央の線が中心導体であり、外側に外被導体を示している。６３，６５は高周波用同軸ケーブル６１の外皮導体に設けられた周回上のスリットである。これは外皮導体から円管状に外皮導体を取り除いたものである。６２，６４は、スリット６３，６５にそれぞれ対する位置で、同軸ケーブル６１を覆うように配置された円筒状の導体である。ここで、６２，６４は円筒状の導体であるが、図が模式的断面図であるため、図６のように示している。

これら２つのアンテナは電磁結合同軸ダイポールアンテナであり、第２の実施例の電磁結合同軸ダイポールアンテナと同様の構造であり、同じ原理で共振する。
６６は同軸を通ってきたエネルギの反射を防ぐための終端抵抗であり、同軸ケーブルの特性インピーダンスと等しくする。通常は５０オームまたは７５オームである。

第３の実施例の基本構成は、アンテナに給電されたエネルギをまず下段の電磁結合同軸ダイポールアンテナに供給して、更にある位相だけずらして上段の電磁結合同軸ダイポールアンテナに供給するものである。また、スリット６５から更に上方へ通り抜けるエネルギに関しては終端抵抗６６で熱に変換して、反射しないようにする。このとき、２つのアンテナの位相差は以下のように考える。本アンテナ系において、下段の電磁結合同軸ダイポールアンテナの給電点は６３である。また、上段の電磁結合同軸ダイポールアンテナの給電点は６５である。この２つのアンテナは、同軸ケーブル６１の位置６３から位置６５までの電気長の位相差を持つ。ここで、この位相差が波長の整数倍ならば、２つのスリーブアンテナは同相（位相差０）とする。本発明ではこの位相差を約９０度にする。ここで２つのアンテナの位相差を９０度にするには、同軸ケーブル６１の位置６３から位置６５までの電気長を調整することによって行う。２つのアンテナを給電するとき、位相差が９０度からずれるときの特性に関しては、第１の実施例と同じである。

次に本発明において、第３の実施例のアンテナを傾けた場合について説明する。図７に図６に示すアンテナを傾けた状態を示している。まず、２つのアンテナの位相差は、上段の電磁結合同軸ダイポールアンテナが下段の電磁結合同軸ダイポールアンテナより９０度遅れる場合について説明する。ここで、ｄは共振周波数の１／４波長とする。

このとき方向７１の電磁波は、方向７２の電磁波と重なり合う。下段の電磁結合同軸ダイポールアンテナから放射された電磁波は距離ｄ進む間に位相が１／４波長（９０度）遅れる。
下段の電磁結合同軸ダイポールアンテナから放射された電磁波が位置７５に到達したとき、上段の電磁結合同軸ダイポールアンテナの電磁波は、９０度位相が遅れているため、下段の電磁結合同軸ダイポールアンテナの電磁波と同相になる。これにより、方向７１の電磁波と方向７２の電磁波は強め合い、利得は高くなる。

一方、方向７３の電磁波は、方向７４の電磁波と重なり合う、上段の電磁結合同軸ダイポールアンテナから放射された電磁波は距離ｄ進む間に位相が１／４波長（９０度）遅れる。上段の電磁結合同軸ダイポールアンテナから放射された電磁波が位置７６に到達したとき、上段の電磁結合同軸ダイポールアンテナの電磁波は、もともと９０度位相が遅れているため、下段の電磁結合同軸ダイポールアンテナの電磁波と逆相（１８０度）になる。これより方向７３の電磁波と方向７４の電磁波はキャンセルし、利得は低くなる。

このことにより、第３の実施例のアンテナは第１，第２の実施例のアンテナと同様の働きをする。

図８に機構部の一部の一例を示す。回転し、仰角を自由に変えることのできる構造は様々なものがあり、これは一例である。この例では仰角はある角度以上は小さくならないようになっており、このように最大限に倒したときにＦ／Ｂ比を最大にすることが可能である。

図８において、８１は棒状アンテナ体であり、この中に本発明のアンテナを固定する。棒状アンテナ体８１の下部は不完全な球形をしており、しかも内部が空洞である。８２は仰角を変化させるための支持体であり、やはりほぼ球形をしており、棒状アンテナ体８１の下部の球形部分８１ａを支える構造になっている。棒状アンテナ体８１の下部の球形部分（８１ａ）と支持体８２の球形をある程度摩擦の生じる構成にすると、任意の仰角で固定が可能でしかも手動で仰角を変えることが可能である。８３は支持体８２に設けられた切り込みであり、これに沿って、棒状アンテナ体８１の仰角を変更させる。この切り込み８３の下端により停止させられるまで棒状アンテナ体８１は傾くことができる。

８５は支持体８２を支持する支持台であり、支持体８２と支持台８５間を相対的に回転させることが可能である。これにより、棒状アンテナ体８１の水平面内の回転角度を自由に手動で設定できる。

本発明によるアンテナは下部が同軸ケーブルになっているため、折り曲げ可能な同軸ケーブルを用いれば、図８の機構部の変化に本発明のアンテナは充分に追随できる。

アンテナの回転及び仰角の制御は手動で行うのが最も簡単な方法であるが、モータ等を用いた駆動制御を行うこともできる。その場合には、図９のようなラックとモータを用いた駆動機構を採用することができる。図９において、８６は円弧状のラックであり、８７はモータである。また８８はラック８６を仰角方向に駆動するためのねじ歯車であり、このモータ８７が回転することによるねじ歯車８８が回転することによりラック８６が球形部分８１ａの球形面に沿って駆動される。これにより、棒状アンテナ体８１の仰角が変化する。水平面内の回転方向にもモータを用いた制御系を構築すれば、回転方向も自動で駆動することが可能である。

本発明による指向性アンテナは、無線ＬＡＮの端局装置における送受信アンテナとして用いて有用である。

本発明の第１の実施例の直列姿勢を示す縦断面略図である。 本発明の第１の実施例の傾斜姿勢を示す縦断面略図である。 本発明によるアンテナの直立姿勢でのアンテナ指向特性（ａ）と傾斜姿勢でのアンテナ指向特性（ｂ）を示す図である。 本発明の第２の実施例の直立姿勢を示す縦断面図である。 本発明の第２の実施例の傾斜姿勢を示す縦断面図である。 本発明の第３の実施例の直立姿勢を示す縦断面図である。 本発明の第３の実施例の傾斜姿勢を示す縦断面図である。 本発明によるアンテナの姿勢制御機能付支持機構例を示す外観斜視図（ａ）と縦断面図である。 図８に示す支持機構に用いる駆動手段例を示す縦断面図である。

符号の説明

１ 高周波用同軸ケーブル
２ 分配合成器
３，４ 高周波用同軸ケーブル
５，６，７ 円筒状の導体
８ 放射するための導体
９，１０ 給電点
１１ 位置
２１，２２，２３，２４ 方向
２５，２６ 位置点
３１，３３ アンテナの位置 ３２，３４ 指向性
３５ 方向
４１ 高周波用同軸ケーブル
４３ スリット
４４，４５ スリーブアンテナ
４６ 位置
５１，５２，５３，５４ 方向
５５，５６ 位置
６１ 高周波同軸ケーブル
６２，６４ 円筒導体
６３，６５ スリット
６６ 終端抵抗
７１，７２，７３，７４ 方向
７５，７６ 位置
８１ａ 球形部分
８２ 支持体
８３ 切り込み
８５ 支持台
８６ 円弧状のラック
８８ ねじ歯車

Claims (10)

1. ２個の棒状アンテナを直線に沿って上下二段に重なるように配置してなる一つの棒状アンテナ体と、
   該２個の棒状アンテナに個別給電するための同軸給電路とを備え、
   前記２個の棒状アンテナは、使用波長をλとして各給電点間における位相差が、実質上ｎλ±λ／４（ｎは整数）になるように配置されており、
   前記一つの棒状アンテナ体が該アンテナ支持体上で直立した姿勢では水平面内にアンテナ無指向性が実現維持され、前記一つの棒状アンテナ体が直立した姿勢から傾斜したときに、前記±λ／４の符号に対応して、該傾斜した方向に対して利得が増大又は減小するアンテナ指向特性が実現維持されるように構成された指向性アンテナ。
2. ２個の棒状アンテナを直線に沿って上下二段に重なるように配置してなる一つの棒状アンテナ体と、
   該２個の棒状アンテナに個別給電するための同軸給電路とを備え、
   前記２個の棒状アンテナは、使用波長をλとして各給電点間における位相差が、実質上（ｍλ／２）±λ／４（ｍは奇数）になるように配置されており、
   前記一つの棒状アンテナ体が該アンテナ支持体上で直立した姿勢では水平面内にアンテナ無指向性が実現維持され、前記一つの棒状アンテナ体が直立した姿勢から傾斜したときに、前記±λ／４の符号に対応して、該傾斜した方向に対して利得が増大又は減小するアンテナ指向特性が実現維持されるように構成された指向性アンテナ。
3. 前記同軸給電路は、単一の同軸給電路を分配合成器により二つの同軸給電路に接続し、該二つの同軸給電路が前記２個の棒状アンテナをそれぞれ給電するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の指向性アンテナ。
4. 前記同軸給電路は、単一の同軸給電路により形成され、
   前記二個の棒状アンテナのうち上段に配置される上段側棒状アンテナに対しては、該単一の同軸給電路の上端部が給電点となり、前記二個の棒状アンテナのうち下段に配置される下段側棒状アンテナに対しては当該下段側棒状アンテナに対向する位置で該単一の同軸給電路の外被に設けられた周回方向のスリットが給電点となるように構成されたことを特徴とする請求項２に記載の指向性アンテナ。
5. 前記同軸給電路は、単一の同軸給電路により形成され、
   前記二個の棒状アンテナのうち上段に配置される上段側棒状アンテナと下段に配置される下段側棒状アンテナに対しては当該上段側棒状アンテナと当該下段側棒状アンテナに、それぞれ、対向する位置で該単一の同軸給電路の外被に設けられた周回方向の各スリットが給電点となるように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の指向性アンテナ。
6. 前記一つの棒状アンテナ体は、
   第一の端子，第二の端子及び第三の端子を有し、該第一の端子からの入力を該第二の端子と該第三の端子とに分配出力し、該第二の端子及び該第三の端子からの入力を該第一の端子に合成出力する分配合成器と、
   前記第一の端子に一端が接続された第一の同軸給電路と、
   前記第二の端子及び第三の端子に各一端が、それぞれ、接続された第二の同軸給電路及び第三の同軸給電路と、
   該第二の同軸給電路の他端の外被導体に一端が接続されて前記第二の同軸給電路及び第三の同軸給電路が貫通するように配置された第一の円筒と、該第二の同軸給電路の他端の中心導体に一端が接続されて第三の同軸給電路が貫通するように配置された第二の円筒とを有し、前記第一の円筒と該第二の円筒との各他端間の長さが使用波長の（１／２）弱に相当するように形成された第一のスリーブアンテナと、
   該第三の同軸給電路の他端の外被導体に一端が接続されて該第三の同軸給電路が貫通するように配置された第三の円筒と、 該第三の同軸給電路の他端の中心導体に一端が接続された放射導体とを有し、該第三の円筒と該放射導体との各他端間の長さが使用波長の（１／２）弱に相当するように形成された第二のスリーブアンテナと、
   を備えていることを特徴とする請求項１に記載の指向性アンテナ。
7. 前記一つの棒状アンテナ体は、
   単一の同軸給電路と、
   該単一の同軸給電路の外被導体にその周回方向に沿って設けられたスリットと、
   該単一の同軸給電路が貫通するように配置されかつ前記スリットの位置に対向するように配置された第一の円筒を有し、該第一の円筒の両端の長さが使用波長の（１／２）弱に相当するように形成されたダイポールアンテナと、
   該単一の同軸給電路の他端の外被導体に一端が接続されて該単一の同軸給電路が貫通するように配置された第二の円筒と、
   該単一の同軸給電路の先端の中心導体に一端が接続された放射導体とを有し、該第二の円筒と該放射導体との各他端間の長さが使用波長の（１／２）弱に相当するように形成されたスリーブアンテナと、
   を備えていることを特徴とする請求項２に記載の指向性アンテナ。
8. 前記一つの棒状アンテナ体は、
   単一の同軸給電路と、
   該単一の同軸給電路の外被導体にその周回方向に沿って設けられた第一のスリットと、
   該単一の同軸給電路の外被導体にその周回方向に沿って設けられた第二のスリットと、
   該単一の同軸給電路が貫通するように配置されかつ前記第一のスリットの位置に対向するように配置された第一の円筒を有し、該第一の円筒の両端の長さが使用波長の（１／２）弱に相当するように形成された第一のダイポールアンテナと、
   該単一の同軸給電路が貫通するように配置されかつ前記第二のスリットの位置に対向するように配置された第二の円筒を有し、該第二の円筒の両端の長さが使用波長の（１／２）弱に相当するように形成された第二のダイポールアンテナと、
   を備えていることを特徴とする請求項１に記載の指向性アンテナ。
9. 前記単一の同軸給電路の先端には、終端抵抗が接続されていることを特徴とする請求項８に記載の指向性アンテナ。
10. 前記一つの棒状アンテナ体を、直立した姿勢と傾斜した姿勢とをとり得るように支持するアンテナ支持手段を、さらに、備えたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の指向性アンテナ。

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