JP2008072598A - 基準局用のアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＧＰＳの基準局などに用いることができる、水平面内無指向性、垂直面シャープカットオフ特性を有するアンテナ装置を提供する。
【解決手段】それぞれ水平面内の４方向のうちのいずれかを向いている４個のダイポールアンテナ２０Ａ〜２０Ｄを備える複数個のエレメントアレイＥ１〜Ｅ１１と、基準面１０に対して垂直な方向に配列するようにエレメントアレイＥ１〜Ｅ１１を保持するアンテナマスト１１と、エレメントアレイＥ１〜Ｅ１１に対して給電するアレイ給電部１２とを設ける。各エレメントアレイＥ１〜Ｅ１１には、所定の円偏波成分のみを送受信可能とするように４個のダイポールアンテナ２０Ａ〜２０Ｄに対して給電するアンテナ給電回路２１を設ける。各エレメントアレイＥ１〜Ｅ１１に対し、エレメントアレイごとの伝送路によって、所定の位相差を有するように給電する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＧＰＳ（汎地球測位システム；Global Positioning System）信号などの受信に用いられるアンテナに関し、特に、ＤＧＰＳ（ディファレンシャルＧＰＳ）の基準局などに適したアンテナ装置に関する。

ＧＰＳの利用の拡大に伴い、例えば、航空機の精密な着陸誘導にもＧＰＳの利用が検討されている。航空機の着陸誘導のためには、航空機側で例えば数センチメートル程度の測位精度が要求され、これは、航空機に搭載したＧＰＳ受信機をのみを用いた単独測位では達成することができず、ＤＧＰＳの手法を用いなければならない。ＤＧＰＳでは、地上の既知の点に設置された基準局においてＧＰＳ信号を受信してＧＰＳ測位における誤差を求めて補正量を算出し、その補正量を例えば航空機側に送信する。航空機側では受信した補正量に応じて、その航空機でのＧＰＳ測位による値を補正することによって、例えば数ｃｍといった測位精度を達成するようにしている。

このようなＤＧＰＳでは、基準局においては直接波のＧＰＳ信号のみを正確に受信しなければならない。上空のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信する場合、アンテナ周囲の地物（建物など）や大地からの反射によるマルチパス成分も受信する可能性がある。より多くのＧＰＳ衛星からの電波を受信するためにアンテナを大地から離れて高所に設置する場合には、大地からの反射によるマルチパスの影響を受けやすくなる。なお、アンテナよりも高い位置にある建物の垂直な壁面で反射されたマルチパス成分は、円偏波方向が反転するため、直接波に対する妨害成分とはなりにくい。

そこで、基準局用のアンテナとしては、基準面（例えば水平面）より下側の半球方向からの到来波については受信せず（垂直面シャープカットオフ特性）、基準面から上側の半球方向に対してのみ指向性を有することが望まれる。そしてこの基準面から上側方向においては、水平面内無指向性すなわち基準面内の３６０°方向のいずれの方向に対しても等しく指向性を有することが望まれる。ＧＰＳ衛星からの電波は右旋偏波であるから、右旋の円偏波成分のみを受信するアンテナである必要がある。ここで基準面とは、アンテナの指向性を規定するための仮想的な平面であり、基準面に対応する接地導体や放射器などがアンテナに設けられるわけではない。

このような条件を満たすＤＧＰＳの基準局用のアンテナとして、米国特許第５，５３４，８８２号明細書（特許文献１）には、４素子ダイポールアンテナアレイであるエレメントアレイを基準面方向に垂直な方向に７段重ねて（スタックさせて）構成されたアンテナ装置が開示されている。各エレメントアレイは、基準面に対して垂直となるように設けられているアンテナマストに取り付けられている。

各エレメントアレイでは、基準面に平行な面内で、アンテナマストの位置を中心にして、０°方向、９０°方向、１８０°方向及び２７０°方向にそれぞれの指向軸が向くように、アンテナマストの位置を囲むように４個のダイポールアンテナが配置されている。このとき、異なるエレメントアレイに属するダイポールアンテナは基準面に対して相互に揃った位置で、すなわち、基準面に対する投影位置が一致するように配置している。このように配置していることを、整列しているという。同一のエレメントアレイ中のこれらのダイポールアンテナに対しては、順番に位相差が０°、９０°、１８０°、２７０°となるように給電系が構成されている。言い換えれば、円周を４等分する点にそれぞれ配置されているダイポールアンテナに対して、その円周角に沿って３６０°の面内方向で位相が進行するように給電系が構成されている。また、各ダイポールアンテナのアンテナ素子の伸びる方向は、上述した基準面に対して、例えば４５°程度傾いており、４方向のスラントダイポールアンテナとして構成されている。このようにして各エレメントアレイは、右旋偏波であるＧＰＳ衛星からの信号を受信できるようにしている。

指向特性、特に、基準面より下側の半球方向に対して指向性を持たないようなシャープカットオフ特性を実現するために、各エレメントアレイは、アンテナマストにおけるそれぞれの所定の位置に配置されるとともに、所定の位相差及び信号レベル比をもって給電されるようになっている。

このような特許文献１に記載されたアンテナ装置において、各エレメントアンテナに対して給電するための給電系は、４本のマイクロストリップライン型の伝送線路を備えている。各伝送線路は、エレメントアレイごとにそのエレメントアレイの４個のダイポールアンテナのいずれか１つに接続してそのダイポールアンテナに給電する。上述したように、エレメントアレイ間には位相差が設定されており、また、エレメントアレイ内でもダイポールアンテナ間に位相差が設定されているから、伝送線路は、その接続する各ダイポールアンテナに対して適切な位相差と信号レベル比で給電できるように、位相差を調整するための遅延回路部分やレベル比を調整するためのマイクロストリップ・トランス部を備えている。そして、アンテナ装置としての給電点に対して４分配器が設けられており、４分配器の４個の分配側ポートはそれぞれ上述した伝送線路に接続している。
米国特許第５，５３４，８８２号明細書

しかしながら、特許文献１に記載されたアンテナ装置では、各ダイポールアンテナに給電するための給電線としてマイクロストリップラインを使用しているため、マイクロストリップラインとダイポールアンテナとの電磁的な干渉や、４本の伝送線路相互間の干渉により、所期の特性を得ることが難しくなる。伝送線路からダイポールアンテナへの分岐回路としては、いわゆるＴジャンクションを使用せざるを得ないので、各ダイポールアンテナが外周の影響を受けてＶＳＷＲ（電圧定在波比）が変動したときに、その影響で給電位相や振幅が変化し、放射パターンに乱れが生じやすい。周方向の非対称性をなくすために、アンテナの中心軸（エレメントアレイのスタック方向に向いた中心軸）において、マイクロストリップライン型の伝送線路が形成されている基板をひねるような構造を採用しているが、そのような構造を形成するためには種々の工程が必要であり、また、一般に屋外に設置されることとなるアンテナ装置としては、あまり現実的でない構造である。

そこで本発明の目的は、ＤＧＰＳにおける基準局に用いられるのに適し、製作及び調整が容易であって、水平面内無指向性、垂直面シャープカットオフ特性を有するアンテナ装置を提供することにある。

本発明のアンテナ装置は、それぞれ４個のダイポールアンテナを備える複数個のエレメントアレイと、基準面に対して垂直な方向に配列するように複数個のエレメントアレイを保持するマスト部材と、各エレメントアレイに対して給電する第１の給電手段と、を備え、エレメントアレイは、４個のダイポールアンテナによって所定の円偏波成分のみを送受信可能とするように４個のダイポールアンテナに対して給電する第２の給電手段を備え、エレメントアレイごとに、第１の給電手段と当該エレメントアレイの第２の給電手段とが独立した伝送路によって接続され、各エレメントアレイは、それぞれ所定の位相差を有して給電される。

このようなアンテナ装置においては、各エレメントアレイにおいて、４個のダイポールアンテナが基準面内において相互に９０°ずつ異なる方向に指向性を有するように配置されるようにし、このような複数個のエレメントアレイがマスト部材に整列して保持されてるようにすることが好ましい。また、エレメントアレイごとの第２の給電手段は、そのエレメントアレイに向けた伝送路と接続するコネクタと、コネクタに入力端子が接続した第１の９０°ハイブリッドと、第１の９０°ハイブリッドの０°出力端子に入力端子が接続した第２の９０°ハイブリッドと、９０°の位相遅れを与える遅延線路部分を介して第１の９０°ハイブリッドの９０°出力端子に対して接続する第３の９０°ハイブリッドとを有するものとすることができる。この場合、そのエレメントアレイの４個のダイポールアンテナは、それぞれ第２及び第３の９０°ハイブリッドの出力端子（０°出力端子及び９０°出力端子）に接続される。

本発明においては、所望の指向特性を得るために、各エレメントアレイに対し、それぞれそのエレメントアレイごとに定められた所定のレベル比で給電することが好ましい。

さらに本発明のアンテナ装置は、それぞれ４個のダイポールアンテナを備える複数個の無給電エレメントアレイを備えていてもよい。そのような無給電エレメントアレイは、基準面に対して垂直な方向に配列するように、マスト部材に保持される。

また本発明のアンテナ装置では、エレメントアレイの数は、例えば奇数とすることができる。具体的には、エレメントアレイの数は、例えば１１であり、あるいは、７、９、１３などである。奇数個のエレメントアレイを有する場合、エレメントアレイの配列の中央になるエレメントアレイを中央エレメントアレイとすると、中央エレメントアレイとその隣接するエレメントアレイとの間隔をａとし、中央エレメントアレイを除いた残りのエレメントアレイの間隔を２ａとし、中央エレメントアレイを基準として（すなわち０°の位相差で給電されるとして）、中央エレメントアレイを挟んで一方の側のエレメントアレイを−９０°の位相差で給電し、他方の側のエレメントアレイは＋９０°の位相差で給電することが好ましい。このような構成において無給電エレメントアレイを配置するのであれば、そのような無給電エレメントアレイは、エレメントアレイ間の間隔が２ａとなっている位置においてそのエレメントアレイ間の間隔の中点に設けるようにすることが好ましい。さらに、エレメントアレイの配列の端部に位置するエレメントアレイからそれぞれ配列の外側に向かってａだけ離れた位置にも無給電エレメントアレイを配置してもよい。

無給電エレメントアレイを設ける場合には、（第１の給電手段によって給電される）エレメントアレイに対して整列させることが好ましい。

本発明においては、各ダイポールアンテナは、基準面に対しそのダイポールアンテナのアンテナ導体の延びる方向を傾けることが好ましい。その傾きの角度は、例えば、２０°〜３０°である。

本発明では、第１の給電手段とエレメントアレイごとの伝送路とによって、複数個のエレメントアレイに対して他のエレメントアレイとは独立して給電できるようにし、さらに、各エレメントアレイごとの第２の給電手段によってそのエレメントアレイの各ダイポールアンテナを所定の位相差で給電できるようにしているので、位相差の設定や調整が容易に行えるようになるとともに、給電用の伝送路の設計・製作も容易になる。エレメントアレイごとの１箇所の給電点からそのエレメントアレイの各ダイポールアンテナに給電する第２の給電手段として、後述する実施の形態から明らかなように、対称性の高いものを使用できるので、アンテナパターンの軸対称性をも向上させることができる。伝送路として同軸ケーブルの使用も可能になるので、伝送路間での干渉も防止することができる。

したがって、本発明によれば、水平面内無指向性、良好な垂直面シャープカットオフ特性を有するともに、製作及び調整が容易なアンテナ装置を得ることができる。

次に、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の実施の一形態のアンテナ装置の構成の概要を示す図である。

このアンテナ装置は、ＧＰＳ衛星からのＬ１周波数（中心周波数：１５７５．４２ＭＨｚ）の信号を受信するように構成されたものである。以下の説明のために、アンテナの指向性を規定する平面である基準面１０を図１（ａ）において破線で示すように定義し、また、基準面内にｘｙ軸が配向し、基準面１０に垂直になるようにｚ軸が配向するように、ｘｙｚの３次元座標を定義する。基準面１０自体は、アンテナ装置における特定の接地導体や放射器に対応するものではないが、ＧＰＳの基準局アンテナとしてこのアンテナ装置を用いる場合には、基準面１０としては、一般に水平面が用いられる。

基準面１０に対して垂直に延びるように、すなわちｚ軸方向に延びるように、アンテナマスト１１が設けられており、アンテナマスト１１に対して、１１個のエレメントアレイＥ１〜Ｅ１１が取り付けられている。各エレメントアレイは、それぞれ４個のダイポールアンテナ２０Ａ〜２０Ｄと、これらダイポールアンテナ２０Ａ〜２０Ｄに給電するためのアンテナ給電回路２１とを一体化したものである。ここでエレメントアレイＥ１〜Ｅ１１は、アンテナマスト１１の根元側からこの順でｚ軸に沿って、整列して、この順で取り付けられている。ここで、エレメントアレイＥ１からエレメントアレイＥ５までは、ｚ軸方向に２ａの間隔でアンテナマスト１１に取り付けられ、エレメントアレイＥ５、Ｅ６間の間隔とエレメントアレイＥ６、Ｅ７間の間隔はａであり、エレメントアレイＥ７からエレメントアレイＥ１１までは、ｚ軸方向に２ａの間隔でアンテナマスト１１に取り付けられている。ＧＰＳのＬ１周波数を対象とする場合、ａは、例えば８５ｍｍである。

各エレメントアレイにおいて、４個のダイポールアンテナ２０Ａ〜２０Ｄは、中央給電のものである。アンテナ給電回路２１は、後述するように、中心部にアンテナマスト１１が貫通するように構成された略正方形のユニットとして構成されており、その正方形の各頂点にそれぞれダイポールアンテナ２０Ａ〜２０Ｄが取り付けられている。ダイポールアンテナ２０Ａ〜２０Ｄの指向軸は基準面１０に平行な面内にあって、相互に９０°ずつ異なる方向を向いている。各エレメントアレイのダイポールアンテナ２０Ａは基準面１０に対していずれも揃った位置にあり、同様に、各エレメントアレイのダイポールアンテナ２０Ｂ〜２０Ｄについても、それぞれ、基準面１０に対していずれも揃った位置にある。そこで、上述したｘｙｚ座標系で考えて、アンテナマスト１１の位置から見て、ｘ軸の（＋）方向に位置するダイポールアンテナをダイポールアンテナ２０Ａとし、以下、同様に、ｙ軸の（−）方向、ｘ軸の（−）方向及びｙ軸の（＋）方向にそれぞれ位置するダイポールアンテナをダイポールアンテナ２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄとする。

同一のエレメントアレイに属するダイポールアンテナ２０Ａ〜２０Ｄに対しては、アンテナ給電回路２１により、右旋円偏波成分のみを受信できるように、９０°ずつずれた位相差が生じるように給電がなされている。また、垂直面シャープカットオフ特性を実現するために、エレメントアレイＥ１〜Ｅ１１間でも位相差が与えられるように給電がなされている。具体的には、中央に位置するエレメントアレイＥ６を基準として、アンテナマスト１１の近端側にあるエレメントアレイＥ１〜Ｅ５は＋９０°の位相差をもって給電され、遠端側にあるエレメントアレイＥ７〜Ｅ１１は−９０°の位相差をもって給電される。そこで、中央に位置するエレメントアレイＥ６のダイポールアンテナ２０Ａに対する位相を基準とすると（すなわち位相差０°）、エレメントアレイＥ１〜Ｅ５内のダイポールアンテナ２０Ａ〜２０Ｄは、図１（ｂ）に示す位相差で給電されることになる。また、エレメントアレイＥ６内の各ダイポールアンテナは図１（ｃ）で示す位相差で給電され、エレメントアレイＥ７〜Ｅ１１内のダイポールアンテナ２０Ａ〜２０Ｄは、図１（ｄ）に示す位相差で給電される。

本実施形態のアンテナ装置において、各エレメントアレイのダイポールアンテナ２０Ａ〜２０Ｄは、いずれも、基準面に対して約２５°傾いており、４方向のスラントダイポールアンテナとして構成されている。図１（ａ）においては、ダイポールアンテナがアンテナマスト１１よりも手前側にあるのかアンテナマスト１１の位置より遠くにあるのかを示すために、手前側の部分を太くしてダイポールアンテナを示している。図示したものでは、エレメントアレイの外側から見たときに、ダイポールアンテナの素子の伸びる方向は、基準面に対して時計回りに約２５°傾いている。

上述した特許文献１に記載のアンテナ装置でも、各ダイポールアンテナの伸びる方向が基準面に対して傾いている。しかしながら、特許文献１に記載のものではその傾き角は４５°であり、本実施形態における約２５°とは異なっている。本発明者らの検討によれば、特許文献１のようにダイポールアンテナの傾き角を４５°とした場合には、基準面が水平面であるとして、水平方向に対しては良好な軸比が得られるものの、天頂方向に対して軸比が劣化するとともに、受信レベルの低下が認められた。これは、アンテナマストや給電用の伝送線路の影響などによるものと考えられる。これに対し本実施形態のように傾き角を２０°〜３０°程度とした場合、特に２５°程度とした場合には、水平方向の軸比は多少劣化するものの、天頂方向の軸比は良好なものとなる。

アンテナマスト１１の根元には、エレメントアレイＥ１〜Ｅ１１に給電するためのアレイ給電部１２が設けられており、アレイ給電部１２の給電端Ｔは、ＧＰＳ受信機に接続する。後述するように、エレメントアレイＥ１〜Ｅ１１は、エレメントアレイごとの同軸ケーブル（セミリジット）によってそれぞれアレイ給電部１２に接続している。その結果、各エレメントアレイにおいて、ダイポールアンテナ２０Ａ〜２０Ｄで受信されたＧＰＳ信号は、そのエレメントアレイのアンテナ給電回路２１によって右旋円偏波成分のみが合成されてアレイ給電部１２に送られる。アレイ給電部１２は、各エレメントアレイＥ１〜Ｅ１１からのＧＰＳ信号を所定のレベル比で合成し、その得られた信号をＧＰＳ受信機に出力する。

以下、エレメントアレイＥ１〜Ｅ１１の構成の詳細を説明する。エレメントアレイＥ１〜Ｅ１１はいずれも同じ構成を有するので、ここではエレメントアレイＥ１を例にあげて説明する。図２（ａ）はエレメントアレイＥ１を上側（ｚ軸の正方向）から見た図であり、図２（ｂ）はエレメントアレイＥ１の正面図であり、図３は図２（ａ）における矢印の方向に見た図である。

エレメントアレイＥ１は、図２（ａ）に示すように、アンテナ給電回路２１を構成する略正方形の回路基板２２を備えている。回路基板２２には、アンテナマスト１１を受け入れるための切り欠き部２８が設けられているとともに、回路基板２２の４個の頂点には、それぞれ、ダイポールアンテナ２０Ａ〜２０Ｄを接続するための同軸コネクタ２３Ａ〜２３Ｄが設けられている。ダイポールアンテナ２０Ａ〜２０Ｄ側にも、回路基板２２側の同軸コネクタ２３Ａ〜２３Ｄに対応した同軸コネクタが２４Ａ〜２４Ｄ設けられており、これら同軸コネクタ２３Ａ〜２３Ｄと同軸コネクタ２４Ａ〜２４Ｄを嵌合させることによって、回路基板２２にダイポールアンテナ２０Ａ〜２０Ｄが接続されることになる。なお、後述するように回路基板２２上のアンテナ給電回路２１や同軸コネクタは非平衡型の回路要素であり、ダイポールアンテナは平衡給電されるアンテナであるから、本来ならばバラン（平衡−非平衡変換回路）を挿入すべきであるが、本実施形態では、アンテナ装置自体を小型にし、また、バランによる挿入損失を低減することなどの要請から、バランを設けていない。同軸コネクタの中心導体を、ダイポールアンテナの２本のアンテナ導体のうちの一方に直接接続し、同軸コネクタの外側導体を他方のアンテナ導体に直接接続している。バランを設けることなくダイポールアンテナを同軸コネクタに直接接続しても、そのことによるアンテナ特性の大きな劣化は認められなかった。

回路基板２２の表面には、アンテナ給電回路２１としてマイクロストリップラインによって分配回路が形成されている。回路基板２２の裏面側には、アレイ給電部１２との電気的な接続のために用いられる同軸コネクタ２５が設けられており、同軸コネクタ２５の中心導体の引き出し位置を除いて、回路基板２２の裏面には接地導体が形成されている。同軸コネクタ２５は、アンテナ給電回路２１における給電点となるものである。図２（ａ）において網点で示されている部分は、回路基板２２の表面における導体パターンの形成位置を示している。アンテナ給電回路２１の等価回路については後述するが、上述したような位相差をもって同軸コネクタ２５からダイポールアンテナ２０Ａ〜２０Ｄに給電するために、アンテナ給電回路２１は３個の９０°ハイブリッド２６Ａ〜２６Ｃを備えており、これらの９０°ハイブリッド２６Ａ〜２６Ｃは回路基板２２の表面に実装されている。

このような回路基板２２は、アンテナシャフト１１を挟み込むように切り込み部２８内にアンテナシャフト１１を受け入れ、図２には図示しない取り付け金具２９によってアンテナシャフト１１に回路基板２２を取り付けることによって、アンテナシャフト１１に対して固定されることになる。

次に、このアンテナ装置の回路構成について説明する。図４（ａ）はアンテナ装置全体としての回路構成を示している。

アレイ給電部１２から１１個のエレメントアレイＥ１〜Ｅ１１に給電するために、アレイ給電部１２は、３分配器４１と、２つの５分配器４２，４３を備えている。アレイ給電部１２の給電端Ｔに対し、３分配器４１の入力端が接続している。３分配器４１の３つの出力のうちの１つは、エレメントアレイＥ１〜Ｅ１１のうちのちょうど真ん中にあるエレメントアレイＥ６に接続する。３分配器４１の残りに２つの出力には、それぞれ、５分配器４２，４３の出力が接続する。５分配器４２の５つの出力は、それぞれエレメントアレイＥ１〜Ｅ５に接続し、５分配器４３の５つの出力は、それぞれエレメントアレイＥ７〜Ｅ１１に接続する。各分配器４１〜４３における各出力端子への分配比を調整することにより、各エレメントアレイに対する上述したレベル比を所定の値に設定することができる。各分配器４１〜４３としては、いわゆるウィルキンソン(Wilkinson)型の分配器を用いることが好ましい。なお、アレイ給電部１２を構成する分配器４１〜４３の構成は上述したものに限定されるものではない。すなわち、アレイ給電部１２を構成する分配器の数や接続関係を変更したり、各分配器が有する分配出力の数を変更したりすることができる。

アレイ給電部１２とエレメントアレイＥ１〜Ｅ１１への接続には、同軸ケーブル（セミリジットケーブル）が用いられるが、本実施形態では、エレメントアレイごとにそのエレメントアレイとアレイ給電部１２とを接続する同軸ケーブルの長さを調整することにより、各エレメントアレイが上述したような位相差で給電されるようにしている。

上述したように各エレメントアレイは、ダイポールアンテナ２０Ａ〜２０Ｄとアンテナ給電回路２１を備えている。そこで、アンテナ給電回路２１の構成について、図４（ｂ）を用いて説明する。

アンテナ給電回路２１は、回路基板２２に取り付けられた同軸コネクタ２５（図２参照）によってアレイ給電部１２から給電される。第１の９０°ハイブリッド２６Ａの入力端子は同軸コネクタ２５に接続する。この９０°ハイブリッド２６Ａの０°出力端子は第２の９０°ハイブリッド２６Ｂの入力端子に接続する。第２の９０°ハイブリッド２６Ｂの０°出力端子及び９０°出力端子は、それぞれ、ダイポールアンテナ２０Ａ，２０Ｂに接続する。一方、第１の９０°ハイブリッド２６Ａの９０°出力端子は、９０°の位相遅延を与える遅延線路部分２７を介して、第３の９０°ハイブリッド２６Ｃの入力端子に接続する。第３の９０°ハイブリッド２６Ｃの０°出力端子及び９０°出力端子は、それぞれ、ダイポールアンテナ２０Ｃ，２０Ｄに接続する。ここで遅延線路部分２７は、９０°の位相遅れが生じる長さを有するマイクロストリップラインとして回路基板２２に設けられている。

このようにしてアンテナ給電回路２１を構成することにより、そのアンテナ給電回路に接続するダイポールアンテナ２０Ａ〜２０Ｄは、上述したような相互に９０°ずつの位相差をもって給電されることになる。その結果、ダイポールアンテナ２０Ａ〜２０Ｄに入射した到来波のうち、右旋円偏波成分のみが合成されてアンテナ給電回路２１の出力、すなわち同軸コネクタ２５に受信信号として現れる。そして、各エレメントアレイＥ１〜Ｅ１１からの受信信号は、アレイ給電部１２において合成され、アレイ給電部１２の給電端ＴからＧＰＳ受信機に供給されることになる。

次に、本発明の別の実施形態のアンテナ装置について説明する。

図５に示すアンテナ装置は、図１に示したものに対して、さらに、１０個の無給電エレメントアレイＥ２１〜Ｅ３０を追加したものである。図１に示したアンテナ装置では、エレメントアレイ間の間隔が２ａであるところが８箇所あるが、無給電エレメントアレイＥ２２〜Ｅ２９は、それぞれ、エレメントアレイ間の間隔が２ａである箇所にそれぞれ配置されている。その際、無給電エレメントアレイと両隣に隣接するエレメントアレイとの間隔はそれぞれａに設定されている。具体的には、エレメントアレイＥ１とＥ２の間の中点の位置に無給電エレメントアレイＥ２２が設けられ、エレメントアレイＥ２とＥ３の間の中点の位置に無給電エレメントアレイＥ２３が設けられ、以下、同様にして、エレメントアレイＥ１０とＥ１１の間の中点の位置に無給電エレメントアレイＥ２９が設けられている。さらに、無給電エレメントアレイＥ２１は、エレメントアレイＥ１より距離ａだけアレイ給電部１２側の位置に設けられており、無給電エレメントアレイＥ３０は、エレメントアレイＥ１１よりも距離ａだけアンテナマスト１１の先端側に設けられている。その結果、アレイ給電部１２から給電されるエレメントアレイＥ１〜Ｅ１１と無給電エレメントアレイとを区別しなければ、アンテナマスト１１において、エレメントアレイが間隔ａで等間隔に配置されていることになる。

無給電エレメントアレイＥ２１〜Ｅ３０は、それぞれ４個のダイポールアンテナを有してエレメントアレイＥ１〜Ｅ１１と同様の構成のものであるが、アンテナ給電回路を備えず、アレイ給電部１２からの給電がなされない点で相違する。無給電エレメントアレイＥ２１〜Ｅ３０のダイポールアンテナがエレメントアレイＥ１〜Ｅ１１と整列するように、無給電エレメントアレイＥ２１〜Ｅ３０はアンテナマスト１１に取り付けられている。無給電エレメントアレイＥ２１〜Ｅ３０におけるダイポールアンテナ２０Ａ〜２０Ｄの給電点は、アンテナ給電回路に接続する代わりに抵抗で終端されていてもよいし、あるいは、開放終端となっていてもよい。

さらに、図５に示したアンテナ装置は、例えばＦＲＰ（繊維強化プラスチック）からなるレードーム(radome)５０で覆われており、アレイ給電部１２の給電端Ｔとして、同軸コネクタ５１が設けられている。もちろん、図１に示したアンテナ装置においてもレードームを設けるようにしてもよい。

次に、図５に示したアンテナ装置を実際に製作してその特性を測定した例を説明する。アンテナ周波数はＧＰＳ衛星からのＬ１周波数に一致させるものとし、間隔ａを８５ｍｍに設定し、ダイポールアンテナの基準面に対する傾き角は２５°とした。各エレメントアレイにおいて、各ダイポールアンテナのアンテナ長（２本のアンテナ導体の長さの和）を９４ｍｍとした。回路基板２２を挟んで対向するダイポールアンテナ２０Ａ，２０Ｃの間隔は、同じく対向するダイポールアンテナ２０Ｂ，２０Ｄの間隔と等しく、５２ｍｍとした。さらに、各エレメントアレイＥ１〜Ｅ１１に対するレベル比を下表のように設定した。

アンテナ装置の基準面が水平面と平行になるようにアンテナ装置を設置し、仰角を１０°及び３０°として、水平面内の各方位に対する指向特性を測定したところ、図６に示す結果が得られた。図６に示されるように、このアンテナ装置は水平面内方向にはほぼ無指向性であることがわかる。また、上述したｘｙｚ座標系において、ｘ軸の（＋）方向における垂直面振幅パターンを測定したところ図７Ａに示す結果が得られ、同様に、ｙ軸の（−）方向、ｘ軸の（−）方向及びｙ軸の（＋）方向のそれぞれにおける垂直面振幅パターンとして図７Ｂ、図７Ｃ、図７Ｄに示す結果が得られた。これらの垂直面振幅パターンから明らかなように、基準面よりも下側の方向に対しては概ね−２０ｄＢ以下の振幅となっており、このアンテナ装置が良好な垂直面シャープカットオフ特性を有することが分かった。結局、製作したアンテナ装置は、ＤＧＰＳの基準局用のアンテナ装置として、十分に運用に耐えるものであることが判明した。

（ａ）は本発明の実施の一形態のアンテナ装置の構成を示す図であり、（ｂ）〜（ｄ）は、エレメントアレイごとのダイポールアンテナの位相差を説明する図である。 （ａ）はエレメントアレイの平面図であり、（ｂ）はエレメントアレイの正面図である。 図２（ａ）の矢印Ａの方向で見たエレメントアレイを示す図である。 （ａ）はアンテナ装置全体構成を示す回路図であり、（ｂ）はエレメントアレイに設けられるアンテナ給電回路の回路図である。 本発明の別の実施形態のアンテナ装置を示す図である。 アンテナ装置の方位指向特性を示すグラフである。 アンテナ装置の垂直面振幅パターンを示すグラフである。 アンテナ装置の垂直面振幅パターンを示すグラフである。 アンテナ装置の垂直面振幅パターンを示すグラフである。 アンテナ装置の垂直面振幅パターンを示すグラフである。

符号の説明

１０ 基準面
１１ アンテナマスト
１２ アレイ給電回路
２０Ａ〜２０Ｄ ダイポールアンテナ
２１ アンテナ給電回路
２２ 回路基板
２３Ａ〜２３Ｄ，２４Ａ〜２４Ｄ，２５，５１ 同軸コネクタ
２６Ａ〜２６Ｃ ９０°ハイブリッド
２７ 遅延線路部分
２８ 切り欠き部
２９ 取り付け金具
４１ ３分配器
４２，４３ ５分配器
５０ レードーム
Ｅ１〜Ｅ１１ エレメントアレイ
Ｅ２１〜Ｅ３０ 無給電エレメントアレイ

Claims (7)

1. それぞれ４個のダイポールアンテナを備える複数個のエレメントアレイと、
   基準面に対して垂直な方向に配列するように前記複数個のエレメントアレイを保持するマスト部材と、
   前記各エレメントアレイに対して給電する第１の給電手段と、
   を備え、
   前記エレメントアレイは、前記４個のダイポールアンテナによって所定の円偏波成分のみを送受信可能とするように前記４個のダイポールアンテナに対して給電する第２の給電手段を備え、
   前記エレメントアレイごとに、前記第１の給電手段と当該エレメントアレイの前記第２の給電手段とが独立した伝送路によって接続され、
   前記各エレメントアレイは、それぞれ所定の位相差を有して給電される、
   アンテナ装置。
2. 前記各エレメントアレイにおいて、前記４個のダイポールアンテナは前記基準面内において相互に９０°ずつ異なる方向に指向性を有するように配置され、
   前記複数個のエレメントアレイは前記マスト部材に整列して保持されている、
   請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記第２の給電手段は、前記伝送路と接続するコネクタと、前記コネクタに入力端子が接続した第１の９０°ハイブリッドと、前記第１の９０°ハイブリッドの０°出力端子に入力端子が接続した第２の９０°ハイブリッドと、９０°の位相遅れを与える遅延線路部分を介して前記第１の９０°ハイブリッドの９０°出力端子に対して接続する第３の９０°ハイブリッドとを有し、前記第２及び第３の９０°ハイブリッドの出力端子にそれぞれダイポールアンテナが接続する、請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記各エレメントアレイは、それぞれそのエレメントアレイごとに定められた所定のレベル比で給電される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
5. 奇数個のエレメントアレイを備え、前記奇数個のエレメントアレイの配列のうちの中央のエレメントアレイを除いた残りのエレメントアレイは相互に等間隔に配置され、前記中央のエレメントアレイを基準として、前記中央のエレメントアレイを挟んで一方の側のエレメントアレイは＋９０°の位相差で給電され、他方の側のエレメントアレイは−９０°の位相差で給電される、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
6. さらに、それぞれ４個のダイポールアンテナを備える複数個の無給電エレメントアレイを有し、前記無給電エレメントアレイは前記基準面に対して垂直な方向に配列するように前記マスト部材に保持されている、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
7. 前記各ダイポールアンテナは、前記基準面に対してアンテナ導体の延びる方向が傾いている、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のアンテナ装置。

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