JP2015146625A - コーリニアアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】設計の自由度を高めることができるコーリニアアンテナを提供する。
【解決手段】コーリニアアンテナは、筒状に形成され、相互に長手方向に配置された複数の外導体２と、この外導体２とは別体であって、前記各外導体２内に所定の空間をあけて個別に挿通された複数の内導体３とを備えている。長手方向に隣り合う２つの外導体２のうち、一方の外導体２内に挿通された内導体３の端部が他方の外導体２の端部に電気的に接続されているとともに、前記他方の外導体２内に挿通された内導体３の端部が前記一方の外導体２の端部に電気的に接続されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、コーリニアアンテナに関する。

コーリニアアンテナには、直列給電方式と並列給電方式とがあるが、直列給電方式として、図１０に示すように、所定長さに切断された複数の同軸ケーブル１０１をアンテナ素子として用いる多段同軸交差型のものが知られている（例えば特許文献１参照）。前記同軸ケーブル１０１は、芯線である内導体１０２の外周に、絶縁体１０３を介して外導体１０４が被覆され、この外導体１０４の外周に絶縁性のシース１０５が被覆されている。そして、上下に隣り合う２つの同軸ケーブル１０１のうち、上側の同軸ケーブル１０１の内導体１０２の下端と下側の同軸ケーブル１０１の外導体１０４の上端とが接続されるとともに、前記下側の同軸ケーブル１０１の内導体１０２の上端と前記上側の同軸ケーブル１０１の外導体１０４の下端とが接続されている。

特開２００３−２４３９２８号公報

従来の前記コーリニアアンテナには、その製造コストを抑えるために、一般に市販されている通常規格品の同軸ケーブルが用いられている。しかし、市販の同軸ケーブルを用いると、内導体及び外導体の各寸法をそれぞれ個別に設定したり、内外導体の相対位置を任意に変更したりすることができないため、広帯域化を図ることができないという問題があった。

本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、設計の自由度を高めることができるコーリニアアンテナを提供することを目的としている。

（１）本発明のコーリニアアンテナは、筒状に形成され、相互に長手方向に配置された複数の外導体と、前記外導体とは別体であって、前記各外導体内に所定の空間をあけて個別に挿通された複数の内導体と、を備え、長手方向に隣り合う２つの前記外導体のうち、一方の外導体内に挿通された内導体の端部が他方の外導体の端部に電気的に接続されているとともに、前記他方の外導体内に挿通された内導体の端部が前記一方の外導体の端部に電気的に接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、複数の筒状に形成された外導体内に、当該外導体とは別体の複数の内導体を個別に挿通した状態で、これらの外導体及び内導体を電気的に接続する構成としたので、コーリニアアンテナを設計する際に、外導体及び内導体の寸法をそれぞれ個別に設定したり、内外導体の相対位置を任意に変更したりすることができる。これにより、コーリニアアンテナの設計の自由度を高めることができる。

（２）また、前記コーリニアアンテナは、前記外導体とその内部に挿通された前記内導体との間の空間を保持するスペーサをさらに備えていることが好ましい。この場合、外導体とその内部に挿通された内導体との相対位置がずれるのをスペーサにより防止することができるため、アンテナ特性に悪影響が及ぶのを防止することができる。

（３）また、前記コーリニアアンテナは、前記隣り合う２つの外導体同士が、その長手方向に所定の空間をあけて配置されており、前記スペーサは、前記外導体同士の間の空間を保持するスペーサを兼ねていることが好ましい。
この場合、隣り合う外導体同士の相対位置がずれるのをスペーサにより防止することができるため、アンテナ特性に悪影響が及ぶのを効果的に防止することができる。また、外導体と内導体との間の空間を保持するスペーサが、前記外導体同士の間の空間を保持するスペーサを兼ねているため、部品点数が少なくなり、製造コストを抑えることができる。

（４）また、前記コーリニアアンテナは、前記外導体が、筒状のケース内に所定の空間をあけて配置されており、前記スペーサは、前記ケースと前記外導体との間の空間を保持するスペーサを兼ねていることが好ましい。
この場合、ケースと外導体との相対位置がずれるのをスペーサにより防止することができるため、アンテナ特性に悪影響が及ぶのを効果的に防止することができる。また、外導体と内導体との間の空間を保持するスペーサが、ケースと外導体との間の空間を保持するスペーサを兼ねているため、部品点数が少なくなり、製造コストを抑えることができる。

（５）また、前記内導体の端部は、当該端部が接続される外導体の端部の内壁に接触した状態で電気的に接続されていることが好ましい。この場合、隣り合う外導体同士が、互いにケースの長手方向に直交する方向へ離反するのを抑えることができるため、アンテナ全体を前記直交する方向にコンパクトに構成することができる。

（６）また、前記内導体の端部は、当該端部が接続される外導体の端部の外壁に接触した状態で電気的に接続されていることが好ましい。この場合、内導体の端部を外導体の端部の内壁に接触させる場合に比べて、外導体と内導体との接続を容易に行うことができる。

（７）また、前記内導体の端部は、当該端部が接続される外導体の端部に、ボルトで固定されていることが好ましい。この場合、内導体の端部を外導体の端部にボルトで容易に接続することができる。

（８）また、前記内導体の端部は、当該端部が接続される外導体の端部に面接触していることが好ましい。この場合、内導体の端部を外導体の端部に面接触させた状態で接続することができるため、その接続作業が容易となる。また、内導体の端部と外導体の端部との電気的接触を良好に保つことができる。

（９）また、前記コーリニアアンテナは、前記外導体及び前記内導体の少なくとも一方の導体に、避雷針が電気的に接続されており、前記少なくとも一方の導体が、ＪＩＳ Ａ ４２０１に規定された材質及び断面積を満足するように形成されていることが好ましい。
この場合、外導体又は内導体の少なくとも一方の導体が、避雷針の避雷電流を流すための導体を兼ねているため、部品点数が少なくなり、製造コストを抑えることができる。

（１０）また、前記コーリニアアンテナは、前記外導体が、筒状のケース内に配置されており、前記外導体及びその内部に挿通された内導体を一組とする複数組のアンテナ素子が、前記ケースの長手方向に直交する断面における中心点に対して点対称に配置されていることが好ましい。この場合、アンテナ特性を向上させることができる。

本発明によれば、コーリニアアンテナを設計する際に、外導体及び内導体の寸法をそれぞれ個別に設定したり、内外導体の相対位置を任意に変更したりすることができるため、コーリニアアンテナの設計の自由度を高めることができる。

本発明の一実施形態に係るコーリニアアンテナを示す断面図である。 コーリニアアンテナの概略構成を示す要部拡大断面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）はスペーサを上方から見た斜視図であり、（ｂ）はスペーサを下方から見た斜視図である。 スペーサの底面図である。 図５のＢ−Ｂ線断面図である。 コーリニアアンテナの上端部を示す断面図である。 コーリニアアンテナのＶＳＷＲの周波数特性を示すグラフである。 本発明の他の実施形態に係るコーリニアアンテナを示す要部拡大断面図である。 従来のコーリニアアンテナを示す断面図である。

以下、本発明のコーリニアアンテナの実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るコーリニアアンテナを示す断面図である。図１において、このコーリニアアンテナは、例えば基地局に設置される垂直偏波の無指向性アンテナであって、筒状のケース（レドーム）１と、このケース１内において相互に長手方向に配置された複数の外導体２と、各外導体２内に個別に挿通された複数の内導体３とを備えている。コーリニアアンテナの下端部には、給電線８と避雷導線９とが接続されている。

図２はコーリニアアンテナの概略構成を示す要部拡大断面図であり、図３は図２のＡ−Ａ線断面図である。図２及び図３において、前記ケース１は、アンテナ全体の強度を構造的に補強するものであり、ＦＲＰによって円筒状に形成されるとともに上下方向に長く形成されている。

前記各外導体２は、ケース１の内壁１ａからその径方向（図２の左右方向）に所定の空間をあけた状態で、かつその長手方向の中心線Ｘ２がケース１の中心線Ｘ１に対して径方向に交互にオフセットした状態で配置されている。また、隣り合う外導体２同士は、前記中心線Ｘ１方向に所定の空間をあけて配置されている。

さらに、前記各外導体２は、角パイプ状（筒状）に形成されており（図３参照）、その長手方向の長さＬ２は、設計中心周波数Ｆｏの波長λに対して１／２λとなるように設定されている。本実施形態の外導体２は、市販のアルミ合金の角パイプにより、断面積が２５ｍｍ^２以上となるように断面正方形状に形成されている。

図２及び図３において、前記内導体３は、外導体２とは別体であって、当該内導体３が挿通された外導体２の各内壁２ａからその中心線Ｘ２方向に所定の空間をあけて配置されている。前記空間には空気が満たされており、この空気が外導体２と内導体３との間を絶縁する絶縁体として機能している。

また、各内導体３は、四角柱状に形成されており、その長手方向の長さＬ３は、外導体２の長さＬ２よりも長く形成されている。各内導体３の長手方向両端部には、それぞれ２つのネジ孔３ｂが形成されている。本実施形態の内導体３は、市販の銅合金の角材により、断面積が１６ｍｍ^２以上となるように断面矩形状に形成されている。

図２において、上下方向（長手方向）に隣り合う２つの外導体２のうち、上側（一方）の外導体２内に挿通された内導体３の下端部は、下側（他方）の外導体２の上端部に電気的に接続されているとともに、前記下側の外導体２内に挿通された内導体３の上端部は、前記上側の外導体２の下端部に電気的に接続されている。具体的には、上側の外導体２内に挿通された内導体３の下端部は、図３に示すように、その長辺側の外壁３ａが下側の外導体２の上端部の内壁２ａに面接触した状態で、一対のボルト１１により固定されている。このボルト１１は、図２に示すように、外導体２の外側から内側へ貫通して内導体３のネジ孔３ｂに螺着されている。同様に、下側の外導体２内に挿通された内導体３の上端部は、図３に示すように、その長辺側の外壁３ａが上側の外導体２の下端部の内壁２ａに面接触した状態で、一対のボルト１１により固定されている。

図１において、コーリニアアンテナは、隣り合う外導体２同士を連結するように前記中心線Ｘ１方向に所定間隔毎に配置された複数のスペーサ５をさらに備えている。

図４の（ａ）はスペーサ５を上方から見た斜視図であり、（ｂ）はスペーサ５を下方から見た斜視図である。また、図５はスペーサ５の底面図、図６は図５のＢ−Ｂ線断面図である。スペーサ５は、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、円柱状に形成されており、その上面及び下面の中央部には、正方形状の凹溝５ａ，５ｂと、各凹溝５ａ，５ｂから径方向に延びる矩形状の切欠溝５ｃ，５ｄとが形成されている。

図６において、前記凹溝５ａと切欠溝５ｃ、及び前記凹溝５ｂと切欠溝５ｄは、それぞれ同じ深さに形成されている。前記凹溝５ａ，５ｂの各底部には、貫通孔５ｅ，５ｆがそれぞれ軸方向に貫通形成されている。貫通孔５ｅ，５ｆは、図５に示すように、相互に連通した一つの孔であって、ひょうたん形に形成されている。そして、前記上面の凹溝５ａ，切欠溝５ｃ及び貫通孔５ｅと、前記下面の凹溝５ｂ，切欠溝５ｄ及び貫通孔５ｆとは、図５及び図６に示すように、スペーサ５の中心点Ｃ５に対して点対称に形成されている。

図６において、スペーサ５の外周面は、ケース１の内壁１ａに内嵌固定されている。そして、スペーサ５の前記凹溝５ａにはスペーサ５の上側に配置されている外導体２の下端部が内嵌固定されており、前記凹溝５ｂにはスペーサ５の下側に配置されている外導体２の上端部が内嵌固定されている。また、前記貫通孔５ｅには、前記上側の外導体２内に挿通された内導体３の下端部が貫通しており、前記貫通孔５ｆには、前記下側の外導体２内に挿通された内導体３の上端部が貫通している。さらに、前記切欠溝５ｃ，５ｄには、前記１１を着脱する際に用いられる工具（図示省略）等を、スペーサ５の外側から挿入することができるようになっている。

以上のように構成されたスペーサ５は、ケース１と外導体２との間の空間、及び外導体２とその内部に挿通された内導体３との間の空間をそれぞれ保持することができる。また、前記スペーサ５により、隣り合う外導体２同士の間の空間も保持することができる。これにより、外導体２及び内導体３はケース１に対して所定位置に保持される。

また、前記スペーサ５によって、図３に示すように、各内導体３の長手方向に直交する断面における中心点Ｃ３は、各内導体３が挿通されている外導体２の長手方向に直交する断面における中心点Ｃ２と略一致した状態となる。また、前記中心点Ｃ３は、ケース１の長手方向に直交する断面における中心点Ｃ１に対して、ケース１の径方向（図３の左右方向）にそれぞれオフセットした位置に配置される。さらに、外導体２及びその内部に挿通された内導体３を一組とする複数組のアンテナ素子４は、図３に示す断面視において、ケース１の前記中心点Ｃ１に対してそれぞれ点対称に配置される。

図７は、コーリニアアンテナの上端部を示す断面図である。図７において、コーリニアアンテナは、ケース１の上端に設置された避雷針６をさらに備えている。この避雷針６は、中実の丸棒からなり、その基部に形成された雄ネジ部６ａと、鍔部６ｂと、連結部６ｃとを有している。そして、前記鍔部６ｂをケース１の上端を覆う蓋部１ｂの下面に当接させた状態で、蓋部１ｂの上方に位置する前記雄ネジ部６ｂにナット１３を締め付けることにより、避雷針６はケース１の蓋部１ｂに挟持固定されている。

前記連結部６ｃは、ケース１内の最上部に配置された外導体２及びその内部に挿通された内導体３に電気的に接続されている。具体的には、連結部６ｃは、前記外導体２の上端部と前記内導体３の上端部との間に挟み込まれた状態で、一対のボルト１４を内導体３のネジ孔３ｂに螺着することにより、前記外導体２及び内導体３に固定されている。これにより、避雷針６の避雷電流は、ケース１の上端から下端まで外導体２及び内導体３を通って避雷導線９に流れるようになっている。本実施形態の避雷針６は、銅合金からなり、断面積が３５ｍｍ^２以上となるように形成されている。また、避雷導線９は、銅合金からなり、断面積が１６ｍｍ^２以上となるように形成されている。

ケース１内に配置されているすべての外導体２及び内導体３、避雷針６及び避雷導線９は、避雷部材としてＪＩＳ Ａ ４２０１（以下、単に「ＪＩＳ」ともいう）に規定された材質（材料）及び断面積（最小寸法）を満足するように形成されている。具体的には、外導体２（アルミ合金）、内導体３（銅合金）及び避雷導線９（銅合金）は、引下げ導線に関する規定（アルミニウム製の引下げ導線の断面積≧２５ｍｍ^２、銅製の引下げ導線の断面積≧１６ｍｍ^２）をそれぞれ満たしている。また、避雷針６（銅合金）は、ＪＩＳの受雷部に関する規定（銅製の受雷部の断面積≧３５ｍｍ^２）を満足している。

図８は、本実施形態のコーリニアアンテナのＶＳＷＲ（電圧定在波比）の周波数特性を示すグラフである。本実施形態のコーリニアアンテナ１は、ＶＳＷＲが１．５以下となる周波数比帯域（＝周波数帯域の幅Δｆ／設計中心周波数Ｆｏ）が約６％と高い値を示している。従来の同軸ケーブルを用いたコーリニアアンテナは、ＶＳＷＲが１．５以下となる周波数比帯域が１．５％程度であるため（実開平２−１４７９１６号公報参照）、本実施形態のコーリニアアンテナ１は、従来のコーリニアアンテナよりも広帯域であることが分かる。

以上、本実施形態に係るコーリニアアンテナによれば、複数の筒状に形成された外導体２内に、当該外導体２とは別体の複数の内導体３を個別に挿通した状態で、これらの外導体２及び内導体３を電気的に接続する構成としたので、コーリニアアンテナを設計する際に、外導体２及び内導体３の寸法をそれぞれ個別に設定したり、外導体２及び内導体３の相対位置を任意に変更したりすることができる。これにより、コーリニアアンテナの設計の自由度を高めることができる。そして、外導体２及び内導体３を上述のように適切な寸法に設計することにより、広帯域化を図ることができる。

また、スペーサ５によって、外導体２とその内部に挿通された内導体３との間の空間を保持しているため、外導体２と内導体３との相対位置がずれるのを防止することができる。これにより、アンテナ特性に悪影響が及ぶのを防止することができる。

また、スペーサ５によって、隣り合う２つの外導体２同士の間の空間を保持しているため、隣り合う外導体２同士の相対位置がずれるのを防止することができる。これにより、アンテナ特性に悪影響が及ぶのを効果的に防止することができる。さらに、外導体２と内導体３との間の空間を保持するスペーサ５が、前記外導体２同士の間の空間を保持するスペーサを兼ねているため、部品点数が少なくなり、製造コストを抑えることができる。

また、スペーサ５によって、ケース１と外導体２との間の空間を保持しているため、ケース１と外導体２との相対位置がずれるのを防止することができる。これにより、アンテナ特性に悪影響が及ぶのを効果的に防止することができる。さらに、外導体２と内導体３との間の空間を保持するスペーサ５が、ケース１と外導体２との間の空間を保持するスペーサを兼ねているため、部品点数が少なくなり、製造コストを抑えることができる。
特に本実施形態の場合は、単一のスペーサ５により、外導体２と内導体３との間の空間を保持するスペーサ、隣り合う外導体２同士の間の空間を保持するスペーサ、及びケース１と外導体２との間の空間を保持するスペーサの３つの機能を兼ねているため、製造コストを効果的に抑えることができる。

また、内導体３の端部は、外導体２の端部の内壁２ａに接触しているため、隣り合う外導体２同士が、互いにケース１の長手方向に直交する方向へ離反するのを抑えることができる。これにより、アンテナ全体を前記直交する方向にコンパクトに構成することができる。

また、内導体３の端部は、外導体２の端部にボルト１１により固定されているため、内導体３の端部を外導体２の端部に容易に接続することができる。
また、内導体３の端部は、外導体２の端部に面接触させた状態で接続することができるため、その接続作業が容易となる。また、内導体３の端部と外導体２の端部との電気的接触を良好に保つことができる。

また、ケース１の上端に設置された避雷針６を外導体２及び内導体３に電気的に接続し、外導体２及び内導体３を、ＪＩＳ Ａ ４２０１に規定された材質及び断面積を満足するように形成したので、外導体２及び内導体３を、避雷針の避雷電流を流すための導体として兼用することができる。これにより、部品点数が少なくなり、製造コストをさらに抑えることができる。

また、外導体２及びその内部に挿通された内導体３を一組とする複数組のアンテナ素子４が、ケース１の長手方向に直交する断面における中心点Ｃ１に対して点対称に配置されているため、アンテナ特性を向上させることができる。

図９は、本発明の他の実施形態に係るコーリニアアンテナを示す要部拡大断面図である。このコーリニアアンテナは、上下に隣り合う２つの外導体２のうち、上側の外導体２内に挿通された内導体３の下端部が、下側の外導体２の上端部の外壁２ｂに面接触した状態で、一対のボルト１１により固定されている。また、前記下側の外導体２内に挿通された内導体３の上端部は、前記上側の外導体２の下端部の外壁２ｂに面接触した状態で、一対のボルト１１により固定されている。このボルト１１は、内導体３を貫通して外導体２に形成されたネジ孔２ｃに螺着されている。

本実施形態のコーリニアアンテナによれば、内導体３の端部は外導体２の端部の外壁２ｂに接触しているため、図２のように内導体３の端部を外導体２の端部の内壁２ｂに接触させる場合に比べて、外導体２と内導体３との接続を容易に行うことができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

例えば、上記各実施形態において、相互に接続される外導体及び内導体は、ボルトにより固定されているが、ボルトとナットにより固定されていてもよい。また、前記外導体及び内導体は、両者を直接接続することにより電気的に接続されているが、スペーサを介して内外導体を間接的に接続し、このスペーサ内に設けた金属製の導電体等により内外導体を電気的に接続するようにしてもよい。

さらに、外導体は、角パイプ状に形成されているが、丸パイプ状に形成されていてもよい。また、内導体は、角柱状に形成されているが、円柱状、角パイプ状又は丸パイプ状に形成されていてもよい。また、ケースの形状も外導体等の形状に応じて適宜変更可能である。

また、スペーサは、隣り合う外導体の間に配置されているが、各外導体とその内部に挿通された内導体との間に、それぞれ個別に配置するようにしてもよい。この場合、ケースと各外導体との間、及び隣り合う外導体同士の間に、それぞれ別部材のスペーサを個別に配置すればよい。

また、避雷針は、外導体及び内導体の両方に接続されているが、いずれか一方の導体に接続されていればよい。
また、外導体とその内部に挿通された内導体とを一組とする複数のアンテナ素子は、ケースの径方向に交互にオフセットしながら配置されているが、螺旋状に配置されていてもよい。

１ ケース
２ 外導体
２ａ 内壁
２ｂ 外壁
３ 内導体
４ アンテナ素子
５ スペーサ
６ 避雷針
１１ ボルト
Ｃ１ 中心点

Claims (10)

1. 筒状に形成され、相互に長手方向に配置された複数の外導体と、
   前記外導体とは別体であって、前記各外導体内に所定の空間をあけて個別に挿通された複数の内導体と、を備え、
   長手方向に隣り合う２つの前記外導体のうち、一方の外導体内に挿通された内導体の端部が他方の外導体の端部に電気的に接続されているとともに、前記他方の外導体内に挿通された内導体の端部が前記一方の外導体の端部に電気的に接続されていることを特徴とするコーリニアアンテナ。
2. 前記外導体とその内部に挿通された前記内導体との間の空間を保持するスペーサをさらに備えている請求項１に記載のコーリニアアンテナ。
3. 前記隣り合う２つの外導体同士が、その長手方向に所定の空間をあけて配置されており、
   前記スペーサは、前記外導体同士の間の空間を保持するスペーサを兼ねている請求項２に記載のコーリニアアンテナ。
4. 前記外導体が、筒状のケース内に所定の空間をあけて配置されており、
   前記スペーサは、前記ケースと前記外導体との間の空間を保持するスペーサを兼ねている請求項２又は３に記載のコーリニアアンテナ。
5. 前記内導体の端部は、当該端部が接続される外導体の端部の内壁に接触した状態で電気的に接続されている請求項１〜４のいずれか一項に記載のコーリニアアンテナ。
6. 前記内導体の端部は、当該端部が接続される外導体の端部の外壁に接触した状態で電気的に接続されている請求項１〜４のいずれか一項に記載のコーリニアアンテナ。
7. 前記内導体の端部は、当該端部が接続される外導体の端部に、ボルトで固定されている請求項５又は６に記載のコーリニアアンテナ。
8. 前記内導体の端部は、当該端部が接続される外導体の端部に面接触している請求項５〜７のいずれか一項に記載のコーリニアアンテナ。
9. 前記外導体及び前記内導体の少なくとも一方の導体に、避雷針が電気的に接続されており、
   前記少なくとも一方の導体が、ＪＩＳ Ａ ４２０１に規定された材質及び断面積を満足するように形成されている請求項１〜８のいずれか一項に記載のコーリニアアンテナ。
10. 前記外導体が、筒状のケース内に配置されており、
    前記外導体及びその内部に挿通された内導体を一組とする複数組のアンテナ素子が、前記ケースの長手方向に直交する断面における中心点に対して点対称に配置されている請求項１〜９のいずれか一項に記載のコーリニアアンテナ。

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