JP2015165643A - 広帯域リニアアレーアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】 所望の性能を維持しつつ、使用可能な周波数帯域を広くすることができ広帯域リニアアレーアンテナを提供すること。【解決手段】 複数のダイポールアンテナ素子が略一直線状に配設されている広帯域リニアアレーアンテナであって、前記ダイポールアンテナ素子は、筒状に丸められており、前記ダイポールアンテナ素子は、当該ダイポールアンテナ素子に隣り合うように配設されている他の前記ダイポールアンテナ素子に対向して配設され、第１のテーパ部を有するテーパ部を有する。【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば携帯電話等の小容量基地局において無指向性アンテナとして利用される、広帯域リニアアレーアンテナに関する。

近年、国際基準規格IMT-2000（International Mobile Telecommunications 2000）に準拠する第３世代携帯電話システムやその他の無線アクセスシステムにおいて、複数の周波数帯でサービスが提供されており、単一の通信事業者であっても、例えば、７００ＭＨｚ帯から２．５ＧＨｚ帯の間のいくつかの帯域を利用することが多い。

これらの帯域は、通信需要の増大に伴い周波数の追加的な割当てが行われるたびに、今後も増えていく可能性がある。その都度、基地局装置のアンテナ設備を増設していくことは経済的でなく、また設置場所も限界に達しつつある。

このため、複数の帯域に対応する基地局用アンテナが求められている。そのような基地局用アンテナは、少なくとも現在利用中の複数の帯域において、利得、指向性、ＶＳＷＲ（電圧定在波比）等の性能を満足することはもちろん、将来追加される可能性のある帯域でもそのまま利用可能なことが望ましい。

基地局用アンテナとして、リニアアレーアンテナ（コリニアアンテナ）がしばしば用いられる。コリニアアンテナは、主に小容量基地局において水平面無指向性アンテナとして用いられ、また複数並べたり反射板を設けたりしてセクターアンテナやスマートアンテナとしても利用される。コリニアアンテナは、縦方向に積み上げる素子数（スタック数）によって所望の利得を容易に設計でき、また外径が３ｃｍ程度と細いため市街地に設置しても威圧感が少ない等の利点がある。しかしながら、コリニアアンテナにおけるスタック間隔は本質的に周波数に依存するものなので、一般的なコリニアアンテナの比帯域は３％弱と狭く、多周波に対応する広帯域アンテナには到底利用できない。

これに関して従来、良好な指向性が得られると共に周波数帯域を広くでき、かつ、放射ビームを電気的にチルトさせることができる並列給電コリニアアンテナが知られる（例えば、特許文献１参照。）。

また、フレキシブル基板を重ねてトリプレート線路を構成し、並列給電によって広帯域を実現したコリニアアンテナが知られる（例えば、特許文献２参照。）。
またこのようなアンテナは、例えば、特許文献３ないし特許文献６に開示されている。

特許第４４５２０８１号公報 特開２００９−５１０４号公報 特許第４０１８６９８号公報 国際公開第０４／０１０５２７号パンフレット 特開２０１１−６６７７８号公報 特許第４４３１６３２号公報

しかし、従来のリニアアレーアンテナは、並列給電方式を用いても、携帯電話システムの複数の周波数帯域を共用できるほど広帯域には使用できないという問題がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、所望の性能を維持しつつ、使用可能な周波数帯域を広くすることができ広帯域リニアアレーアンテナを提供することを目的とする。

本発明の広帯域リニアアレーアンテナの一態様は、複数のダイポールアンテナ素子が略一直線状に配設されているリニアアレーアンテナであって、前記ダイポールアンテナ素子は、筒状に丸められており、前記ダイポールアンテナ素子は、当該ダイポールアンテナ素子に隣り合うように配設されている他の前記ダイポールアンテナ素子に対向して配設され、第１のテーパ部を有するテーパ部を有することを特徴とする。

本発明によれば、水平面無指向性の偏差や、垂直面指向性、利得、ＶＳＷＲ等の仕様を維持しつつ、使用可能な周波数帯域を広くした広帯域リニアアレーアンテナを実現できる。

一実施形態に係る広帯域リニアアレーアンテナの電気的構成図。 広帯域リニアアレーアンテナのダイポールアンテナユニットの分解図。 上側素子及び下側素子に共通の背面図。 上側素子及び下側素子に共通の側面図。 下側素子の底面図。 上側素子及び下側素子に共通の展開図。 テーパ部が配設されていない場合のダイポールアンテナのＶＳＷＲ特性図。 第１のテーパ部が配設されている場合のダイポールアンテナのＶＳＷＲ特性図。 第１のテーパ部と第２のテーパ部とが配設されている場合のダイポールアンテナのＶＳＷＲ特性図。 リニアアレーアンテナの正面図。 リニアアレーアンテナのＶＳＷＲ特性図。 １．９ＧＨｚにおけるリニアアレーアンテナの指向性パターン図。 ２．１ＧＨｚにおけるリニアアレーアンテナの指向性パターン図。 ２．５ＧＨｚにおけるリニアアレーアンテナの指向性パターン図。 第１の変形例における広帯域リニアアレーアンテナのダイポールアンテナユニットの分解図。 図１５Ａに示すダイポールアンテナユニットの組み立て図。 第２の変形例における広帯域リニアアレーアンテナのダイポールアンテナユニットの分解図。 図１６Ａに示すダイポールアンテナユニットが組み立てられた状態の側面図。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るリニアアレーアンテナ１の電気的構成図である。このリニアアレーアンテナ１は、例えば基地局装置において１．９ＧＨｚ、２．１ＧＨｚ、２．５ＧＨｚの各周波数帯で使用されることを想定した、並列給電方式の３段コリニアであり、同軸端子２からの無線送信信号は、給電ケーブル４ａ〜４ｃを通じてそれぞれのダイポールアンテナユニット５ａ〜５ｃに導かれて放射される。ダイポールアンテナユニットの数は、例えば２個以上配設されていればよい。

同軸端子２は、基地局装置とケーブル（不図示）で接続され、無線周波信号の受け渡しをする端子であり、例えば５０オームのＮ型コネクタである。なおこのリニアアレーアンテナ１は送受両方に使用するので、インピーダンスは５０オームに設計されている。基地局装置が各周波数帯の信号を別個に入出力するものである場合、基地局装置とリニアアレーアンテナ１との間にアンテナ共用器が設けられる。

分配器７は、同軸端子２からの信号を３分配するもので、本例では、λ／４線路による多段変成器を用いて、同軸端子２側の５０オームを、より低いインピーダンスに変換後、Ｔ接続（３分岐）により電力を等分配する。分配器７はプリント基板で構成され、３分配は分岐点に給電ケーブル４ａ〜４ｃを直接はんだ付けすることで実現する。なお広帯域のインピーダンス変換には、公知技術を利用してもよい。給電ケーブル４ａ〜４ｃの特性インピーダンスは、例えば５０オームである。

給電ケーブル４ａ〜４ｃは、所定のインピーダンスを有する、略等しい長さの同軸ケーブルであり、給電ケーブル４ｂ，４ｃは、余長処理のため分配器寄りで巻いてある。リニアアレーアンテナ１のメインビームを所望のチルトにするため、ケーブル長は調整される。

ダイポールアンテナユニット５ａ〜５ｃは、略円柱状の外形を成し、略同軸上に連結しやすい構造を有する、ダイポールアンテナの１つ分のユニットである。

図２は、リニアアレーアンテナ１のダイポールアンテナユニット５ａの分解図である。
なおダイポールアンテナユニット５ａ〜５ｃは全て同一の構成であるので、個々を区別しないときはダイポールアンテナユニット５と呼ぶ。ダイポールアンテナユニット５は、上側素子８と、下側素子９と、支持部材１０とからなる。

上側素子８と下側素子９とは、例えば電気分極方向といったリニアアレーアンテナ１の長さ方向において略一直線状に配設さているダイポールアンテナを構成する１対の素子として機能している。上側素子８と下側素子９とは、周面が形成されるように筒状に丸められている。詳細には、上側素子８と下側素子９とは、電気分極方向に延びる円筒状となるように形成されている。ただし丸めた両端は接しておらず、この円筒の側面は一部開いている。このような上側素子８と下側素子９とは、例えば、略２/３円筒形状を有している。

なお図５に示すように、上側素子８と下側素子９とは、少なくとも９０度以上の中心角度θ１を有していれば本実施形態における「円筒形」に含まれるものとする。つまり、筒状に丸める角度は９０°以上あればよい。中心角度θ１は、上側素子８と下側素子９との横断面において、前記した両端の一端と上側素子８及び下側素子９の中心と前記した両端の他端とによって形成される角度を示す。また上側素子８と下側素子９とは、同じ所定の外径を有している。なお開いている側を、ダイポールアンテナユニット５の背面とする。上側素子８と下側素子９とは、給電ケーブル４との半田付け部を除き、同一の形状である。上側素子８と下側素子９とは、金属板によって形成される。

支持部材１０は、上側素子８と下側素子９とを保持する合成樹脂製の成形部材であり、上側素子８と下側素子９とを装着した状態で、外径が３０ｍｍの筒状カバーに挿通できるような外形形状を有する。

支持部材１０は、ダイポールアンテナユニット５の上面及び底面を成し、上側素子８や下側素子９が係止される側板部１０１及び１０２と、側板部１０１，１０２を所定間隔で平行に保って連結するチャネル部１０３と、チャネル部１０３の中央に設けられて給電ケーブル４と上側素子８等との接続部を収納する箱部１０４と、箱部１０４からダイポールアンテナユニット５の前面側に延び、上側素子８等の給電板を覆って保護するフィーダ保持部１０５と、から構成されている。

側板部１０１及び１０２は、例えばイチョウの葉に似た形状をしており、円板の板を原型とし、辺縁の１か所にチャネル部１０３の断面と同じ凹部１０１ａ，１０２ａを有している。凹部１０１ａ，１０２ａの反対側にあたる円板の半分は、所定の幅Ｌ１，Ｌ２だけ棒状に残してその両側を取り除いてある。また、残った半円部１０１ｃ，１０２ｃの辺縁は、上側素子８や下側素子９が係止する部分のみ、半径がわずかに小さくなるよう段差部１０１ｂ，１０２ｂが設けられる。これにより、半円部１０１ｃ，１０２ｃの辺縁と棒状部１０１ｄ，１０２ｄの先端とが、上側素子８及び下側素子９の内周面に当接して、位置が固定される。元の円板の中心に当たる位置には、側板部１０１及び１０２に垂直に三角柱状の突起部１０６，１０７が設けられる。突起部１０６は、図２において不図止である。

チャネル部１０３は、Ｕ字状の断面を有し、この内側に給電ケーブル４が挿通される。金属を含む給電ケーブル４の引き回しはアンテナの特性に広く影響を与えるが、このチャネル部１０３は、影響の少ない背面寄り中央に給電ケーブル４を拘束することで、特性のばらつきを抑えている。分極方向の両端には、他の支持部材１０と連結するための多角柱（本実施形態では３角柱状）の前記した突起部１０６，１０７が設けられている。また、側板部１０１及び１０２との接続部には３個の３角形状リブ１０１ｅをそれぞれ設けている。

箱部１０４は、チャネル部１０３の幅及び深さを大きくして直方体に形成したもので、また半田付けの作業性を確保するため側面の一方を取り除いてある。

フィーダ保持部１０５は、上側素子８及び下側素子９の給電板１８，１９（後述する）が挿通可能な穴部や溝部を有しており、上側素子８や下側素子９の裏面に当接するまで前面側に向かって伸びている。その先端は、舌状に突出し、上側素子８と下側素子９との間のギャップに挟まれる。これによりフィーダ保持部１０５は、上側素子８及び下側素子９の繊細な給電点付近を正確に支えている。給電板１８，１９もアンテナ特性へ影響を与えるので、フィーダ保持部１０５は、給電板１８，１９がアンテナの分極軸に対して垂直に配設されるように、給電板１８，１９を保持する。なお保持した給電板１８，１９がフィーダ保持部１０５から抜けないよう、返しを設けたり接着剤で固定することが望ましい。

次に、図３ないし図６を参照して、上側素子８と下側素子９とについて詳述する。
図３は上側素子８及び下側素子９に共通の背面図、図４は上側素子８及び下側素子９に共通の側面図、図５は下側素子９の底面図、図６は上側素子８の展開図である。本例のダイポールアンテナは、略２．０ＧＨｚで共振する（或いはＶＳＷＲが最小となる）ように設計しており、その周波数での真空中の波長λｃを基準にして寸法を表現する。

図５等に示されるように、上側素子８及び下側素子９は、例えば、半径が０．０６λｃ、中心角度θ１が２２０度の円弧上の断面を有する円筒を基本する形状を有する。

上側素子８は、信号の放射に主に寄与する筒状本体８ａと、この筒状本体８ａの前面側中央下部（給電点付近）から背面へ向かう帯状の給電板１８とからなり、当該筒状本体８ａの上端寄りの中央に、棒状部１０１ｄと嵌合する例えば横長の矩形の孔部２０が設けられる。給電板１８は、長さが例えば０．０９λｃであり、背面の開口から若干突出する終端部には、図６に示されるように、給電ケーブル４の中心導体を半田付けするための穴部２２が設けられる。給電板１８は、筒状本体８ａと一体である。

下側素子９も同様に、筒状本体９ａと、当該筒状本体９ａの前面側中央上部から背面へ向かう帯状の給電板１９とからなり、当該筒状本体９ａの下端寄りの中央に、棒状部１０２ｄと嵌合する例えば横長の矩形の孔部２１が設けられる。なお下側素子９は、給電板１９の終端部に、穴部２２に代えて、給電ケーブル４の外側導体を半田付けするためのＵ字状の切れ込み部２３が設けられる点でのみ、上側素子８と異なる。給電板１９は、筒状本体９ａと一体である。

筒状本体８ａ，９ａは、周面が形成されるように筒状に丸められている。詳細には、筒状本体８ａ，９ａは、電気分極方向に延びる円筒状となるように形成されている。ただし丸めた両端は接しておらず、この円筒の側面は一部開いている。このような筒状本体８ａ，９ａは、例えば、略２/３円筒形状を有している。また筒状本体８ａ，９ａは、円筒以外の多角形状としてもよい。

図６に示されるように、上側素子８及び下側素子９の筒状本体８ａ，９ａは、例えば分極軸方向の長さが０．２λｃ、横幅が０．２２７λｃの矩形となるように、展開されている。また相手側の素子と対向する１辺の中央部から給電板１８，１９が垂直に突き出している。この形状は１枚の金属板を打ち抜いて製作できる。この１辺は、一直線ではなく左右それぞれ２回の面取りによるテーパ形状が成形されている。つまり、給電板１８の両側で約３ｍｍ真横に広がった後、１回目の例えば１０度のテーパが始まり、側端に近づいた付近で２回目の例えば４５度のテーパが始まる。図４を参照すると、２回目のテーパは中心角が約１８０度に開いたところで開始すると言える。後述するようにこのテーパは、ダイポールアンテナの広帯域化に寄与する。

このように、上側素子８と下側素子９との一方は、リニアアレーアンテナ１の長さ方向において、この一方の素子に隣り合うように配設されている上側素子８と下側素子９との他方に対向して配設され、第１のテーパ部２０１と第２のテーパ部２０３とを有するテーパ部２００を有している。テーパ部２００は、互いに対向しあう上側素子８及び下側素子９の端面に配設されている。

第１のテーパ部２０１は、上側素子８及び下側素子９が並んでいる方向に直交している方向に沿って配設されている直交平面部２０５に隣り合っている。直交平面部２０５は、幅方向において給電板１８，１９の両側に配設されている。第１のテーパ部２０１は、直交平面部２０５と連接している。直交平面部２０５には、切れ込み部１８ａ，１９ａが配設されている。また第２のテーパ部２０３は、上側素子８と下側素子９とが並んでいる方向に直交する方向である素子の幅方向において、第１のテーパ部２０１の外側に配設されている。

第１のテーパ部２０１は、第２のテーパ部２０３とも連接している。第１のテーパ部２０１は直交平面部２０５に対して傾斜しており、第２のテーパ部２０３は第１のテーパ部２０１に対してさらに傾斜している。第１のテーパ部２０１は、上側素子８と下側素子９とが並んでいる方向において、配設されている素子とは逆側に傾斜しており、第２のテーパ部２０３は第１のテーパ部２０１と同じ側に傾斜している。直交平面部２０５に対する第１のテーパ部２０１の傾斜角度θ２は、直交平面部２０５と平行な平面に対する第２のテーパ部２０３の傾斜角度θ３よりも小さい。

上側素子８に配設されている第１のテーパ部２０１と下側素子９に配設されている第１のテーパ部２０１とは、互いに対向して配設されることで両者の隙間を広げ、同様に上側素子８に配設されている第２のテーパ部２０３は下側素子９に配設されている第２のテーパ部２０３と対向して配設されている。

なおテーパ部２００が有するテーパ部の数は、２つに限定される必要はなく、少なくとも１つのテーパ部が配設されていればよい。

また、給電板１８，１９の付け根には、給電板１８の横幅のまま矩形の内側に向かう約１．５ｍｍの切れ込み部１８ａ，１９ａを設ける。切れ込み部１８ａ，１９ａは、給電板１８，１９の両側に配設されており、給電板１８，１９の長さ方向に沿って配設されている。給電板１８及び１９は、この切れ込み部１８ａ，１９ａの間で略直角に曲げられて形成されるので、図４に示されるように、相手側の素子との対向間隔は、筒状本体の最接近部のそれよりも広くなる。

次に、図７ないし図９を参照して、２段階テーパ形状の作用を説明する。
図７は、テーパ部２００が配設されず、テーパ形状を設けない場合のダイポールアンテナ単体のＶＳＷＲ特性を示す図である。図７においてＶＳＷＲ＜２となるのは１．６３ＧＨｚ〜２．４６ＧＨｚである。

図８は、第１のテーパ部２０１のみが配設され、１段のテーパ形状を設けた場合のダイポールアンテナ単体のＶＳＷＲ特性を示す図である。図８においてＶＳＷＲ＜２となるのは１．５７ＧＨｚ〜２．８５ＧＨｚである。

図９は、第１のテーパ部２０１と第２のテーパ部２０３が配設され、２段のテーパ形状を有する上側素子８及び下側素子９を用いたダイポールアンテナ単体のＶＳＷＲ特性を示す図である。図９においてＶＳＷＲ＜２となるのは１．５７ＧＨｚ〜２．９６ＧＨｚである。図８との比較により、２段目のテーパには、使用可能帯域を上側に広げる作用が推定される。
なお、図７ないし図９のＶＳＷＲ特性は、シミュレーションにより求めた。

図１０は、リニアアレーアンテナ１の正面図である。なおリニアアレーアンテナ１は、分配器７の基板の接地面側を正面とする。図１０に示されるように、ダイポールアンテナユニット５ａ〜５ｃは、連結部材である連結棒１１ａ，１１ｂによって一直線に連結され、隣接するダイポールアンテナユニット５の素子と所定の間隔を保つ。本実施形態のダイポールアンテナユニット５それぞれの中心の間の距離（ダイポール素子間隔）は０．６λｃとなる。連結棒１１ａ，１１ｂは、突起部１０６，１０７の形状に対応する内側形状を有する筒状に成形された合成樹脂製の部材であり、突起部１０６，１０７に挿し込まれる。

このように、例えば、連結棒１１ａがダイポールアンテナユニット５ａに配設されている突起部１０７と突起部１０７に対向するようにダイポールアンテナユニット５ｂに配設されている突起部１０６とに連結することで、ダイポールアンテナユニット５ａはダイポールアンテナユニット５ｂと連結することとなる。ダイポールアンテナユニット５ｂとダイポールアンテナユニット５ｃとの連結についても、略同様である。ダイポールアンテナユニット５ｃと分配器７は、給電ケーブル４ａ〜４ｃによって連結することとなる。
なお、挿し込んだ連結棒１１が突起部１０６，１０７から容易に抜けないよう、爪などの係止手段が突起部１０６，１０７或いは連結棒１１に設けられることが望ましい。

連結されたダイポールアンテナユニット５ａ〜５ｃの向きは、分極軸を中心に任意の角度例えば１２０度間隔で回転されている。図１０においては、上段のダイポールアンテナユニット５ａの正面は分極軸を中心に右に任意の角度例えば１５０度回転され、中段のダイポールアンテナユニット５ｂの正面は分極軸を中心に右に任意の角度例えば３０度回転され、下段のダイポールアンテナユニット５ｃの正面は分極軸を中心に左に任意の角度例えば９０度回転された位置に固定される。前述したように突起部１０６，１０７は３回回転対称な形状のため、１２０度単位で容易に回転できる。つまり、必要とする方向を保持する形状であれば特に形状は問わない。

このように、一方のダイポールアンテナユニットの正面はリニアアレーアンテナ１の長手軸の軸回り方向において他方のダイポールアンテナユニットの正面に対して任意の角度例えば１２０度ずれて配設されるように、一方のダイポールアンテナユニットはリニアアレーアンテナ１の長手軸の軸回り方向において他方のダイポールアンテナユニットに対して任意の角度例えば１２０度ずれて配設されている。

ダイポールアンテナユニット５ａ〜５ｃに給電する給電ケーブル４ａ〜４ｃは、支持部材１０のチャネル部１０３を通しながら、上記回転に従いらせん状に連結棒１１に巻回している。給電ケーブル４ａ〜４ｃの絶縁外皮は、分配器から出る直前の箇所で剥かれ、露出した外側導体（編組線）を３本まとめて、分配器の接地面（ベタグラウンド）に半田付けされる。またダイポールアンテナユニット５ｃの下側素子９の下端付近及び上側素子８の上端付近においても外皮が向かれ、外側導体が互いに半田付けで接続される。半田付けは、例えばＶＳＷＲを１．５以下にするために実施している。
組立の際は、下段から上段に向かって給電ケーブル４ｃ，４ｂ，４ａの順で取り付ける。従って、給電ケーブル４ａが、リニアアレーアンテナ１の中心軸から一番外よりに配置される。

次に図１１ないし１４を参照して、本例のリニアアレーアンテナ１で達成された特性を説明する。
図１１は、実測により得たリニアアレーアンテナ１のＶＳＷＲ特性図である。ＶＳＷＲ＜２となる使用可能帯域は１．５０５ＧＨｚ〜３．０５ＧＨｚ超で、比帯域は６８％となっており、３段リニアアレーにしても、広帯域性が維持されていることが分かる。

図１２〜１５は、実測により得たリニアアレーアンテナ１の指向性パターン図であり、それぞれの図で周波数が異なる。最大方向利得及び水平面指向性偏差は、周波数が低いほど悪くなる傾向にあるが、それぞれ４．５ｄＢｉ以上及び１．９ｄＢ以下を維持している。

上記実施形態で示したように、リニアアレーアンテナ１の素子としてダイポールアンテナユニット５を利用しており、ダイポールアンテナユニット５において直径が０．１５λ程度の円筒状に丸まるように、上側素子８と下側素子９とを３次元的に折り曲げている。さらにテーパ部２００が配設されている。これにより本実施形態では、所望の性能を維持しつつ、使用可能な周波数帯域を広くすることができる。これは素子としてバイコニカルアンテナを用いた場合より、小径で広帯域なものであり、例えば携帯電話用無線といった無線基地局の複数の周波数帯域で動作可能な比帯域を有することとなる。

また本実施形態では、第２のテーパ部２０３が配設されることで、使用可能な周波数帯域をさらに広くすることができる。またアンテナカバーに収納した状態でダイポールアンテナユニット５の外径を略２２ｍｍ以下としたことで、従来のアンテナと互換性を持たせ、交換が容易になる。円筒状に丸める際の中心角度θ１は、上記外径以下という条件において２２０度前後が最適であったが、少なくとも半円（１８０度）以上あれば、使用可能な周波数帯域を確実に広くすることができる。

また本実施形態では、連結棒１１ａ，１１ｂによってダイポールアンテナユニット５ａ〜５ｃを容易に連結できる。また一方のダイポールアンテナユニットの正面はリニアアレーアンテナ１の長手軸の軸回り方向において他方のダイポールアンテナユニットの正面に対して１２０度ずれて配設されている。３６０°／素子段数として設定することによって水平面無指向性の性能向上ができる。また給電ケーブル４は、連結棒１１ａ，１１ｂをらせん状に巻回しているため、連結強度を向上でき、リニアアレーアンテナ１をコンパクトにできる。

また、給電ケーブル４や給電板１８，１９を前記したような位置関係に配設することで、放射素子以外の金属類の影響を軽減し、良好なアンテナ特性といった帯域効果を給電板１８，１９に容易に付加できる。

また、ダイポールアンテナユニット５や連結棒１１ａ，１１ｂなどの部材をスタック間で共通化したことで、部品種類を減らすことができ、挿し込み構造を用いたことで、主要なパーツを挿し込むだけで組み立てることができる。

また本実施形態では、テーパ部２００や給電板１８，１９を含む上側素子８と下側素子９とを１枚の金属板から一体に容易に作製できる。

また本実施形態では、ダイポールアンテナユニット５の長さ方向に直交する方向において、給電板１８，１９が筒状本体８ａの内周面から中心軸を挟んで反対側に突出しているため、上側素子８と下側素子９とを容易に支持部材１０に固定できる。また給電板１８，１９が上記直交する方向（半径方向）に突出した状態でフィーダ保持部１０５によって保護されているため、給電板１８，１９が折れ曲がらず、給電ケーブル４ａ〜４ｃへの影響を極力取り除くことができる。

また本実施形態では、給電板１８，１９をフィーダ保持部１０５に挿し込む、棒状部１０１ｄ，１０２ｄを孔部２０，２１に挿し込む、給電ケーブル４ａ〜４ｃをチャネル部１０３に載置する、連結棒１１ａ，１１ｂを突起部１０６，１０７に挿し込む、といった簡単な作業で容易に組み立てることができる。これにより、本実施形態では、保持や取り付けのための別部品を不要にできる。なお、突起部１０６，１０７に替えて、連結棒１１を差し込める穴部を設けてもよい。

なお実施形態では、ダイポールアンテナユニット５の数である段数を３としたがこれに限るものではなく、例えば６段や９段とすることは容易である。また一般にｎ段とする場合、ダイポールアンテナユニットを３６０／ｎ）度間隔で回転させて配置すればよい。
また素子の直径は、求められる比帯域や、アンテナカバーの径に応じて変更可能である。
ダイポールアンテナユニット５は、上側素子８と下側素子９が対称なものに限らず、下側素子９の径をより大きくしたり、テーパの形状を異ならせたりした不平衡ダイポール素子を用いると、比帯域を更に大きくできる可能性がある。
ダイポールアンテナユニット５の中心軸は一直線のものに限らず、指向性を改善する目的で意図的に偏芯させてもよい。

次に図１５Ａと図１５Ｂとを参照して、本実施形態の第１の変形例について説明する。前記した実施形態とは異なる部分のみ説明する。

本実施形態では、上側素子８の外径は下側素子９の外径と同一であり、上側素子８の内径は下側素子９の内径と同一である。しかしながら本変形例では、上側素子８と下側素子９との一方の内径は、一方の端部の内周面が上側素子８及び下側素子９が並んでいる方向において一方の端部に隣り合う上側素子８と下側素子９との他方の端部の外周面をオーバーラップするように、上側素子８と下側素子９との他方の外径よりも大きくなっている。つまり、一方の径は、他方の径よりも大きくなっている。言い換えると、一方は、他方の端部に隣り合う一方の端部に配設され、他方の端部の外周面をオーバーラップするオーバーラップ部３０１を有する。図１５Ｂに示すように、下側素子９の径方向において、オーバーラップ部３０１と他方の端部との間には、隙間部３０３ａが形成される。

本変形例では、一例として、例えば下側素子９の端部の内周面が上側素子８の端部の外周面をオーバーラップするように、下側素子９の内径は、上側素子８の外径よりも大きくなっていることを用いて説明する。上側素子８と下側素子９とは、ねじ部材２５によって支持部材１０に固定される。

オーバーラップ部３０１の長さは、所望に設定される。オーバーラップ部３０１は、上側素子８の端部を全周に渡ってオーバーラップする必要はない。オーバーラップ部３０１は、例えば、支持部材１０の支持の仕方等に応じて、上側素子８の端部の少なくとも一部をオーバーラップすればよい。このため、下側素子９の周方向において、オーバーラップ部３０１は複数配設されており、オーバーラップ部３０１同士の間には隙間部３０３ｂが形成されてもよい。オーバーラップ部３０１は、例えば、筒状本体９ａを作成する１枚の金属板から一体に容易に作製される。オーバーラップ部３０１は、筒状本体９ａの端部の少なくとも一部が筒状本体８ａの端部をオーバーラップするために筒状本体８ａに向かって延びることによって、形成されている。

オーバーラップ部３０１は、下側素子９の周方向である上側素子８及び下側素子９が並んでいる方向に直交している方向において、給電板１９の根本部分に隣り合っている。つまりオーバーラップ部３０１は、幅方向において切れ込み部１９ａの両側に配設されている。図示は省略するが、オーバーラップ部３０１に、テーパ部２００が形成されていてもよい。

本変形例では、オーバーラップ部３０１によって、静電容量を容易に調整できる。このため、上側素子８と下側素子９との間の間隔を狭める必要がなく、ダイポールアンテナユニット５を容易に加工及び組立でき、加工精度及び組立精度を向上させる手間を省くことができる。

なお上側素子８の外径は下側素子９の外径と同一であり、上側素子８の内径は下側素子９の内径と同一であり、オーバーラップ部３０１のみが他方の外径よりも大きくなるように、オーバーラップ部３０１が外側に折れ曲がって形成されていてもよい。

次に図１６Ａと図１６Ｂとを参照して、本実施形態の第２の変形例について説明する。前記した第１の変形例とは異なる部分のみ説明する。

下側素子９は、例えば、Ｔ字形状の隙間部３０５を有している。隙間部３０５は、下側素子９の厚み方向において、下側素子９を貫通している。隙間部３０５の一方である第１の隙間部３０５ａは、上側素子８と近接する側（上端）の端部に沿ってその内側に、下側素子９の周方向に沿って配設される。第１の隙間部３０５ａは、オーバーラップ部３０１よりも筒状本体９ａの下端側に配設されている。隙間部３０５の残りの一方である第２の隙間部３０５ｂは、上側素子８及び下側素子９が並んでいる方向に沿って、下側素子９の周方向の中央に配設され、その一端は第１の隙間部３０５ａの中央部と連接し、他端は上側素子８から遠い側（下端）の端まで達している。なお、孔部２１は省略され、上側素子８及び下側素子９はねじ部材２５によって支持部材１０に固定される。

この第１の隙間部３０５により、筒状本体８ａは、実質的に２つのダイポールアンテナに分割される。つまり給電信号は、給電板１９の根本から円周上に両方向に分岐し、第１の隙間部３０５ａの端部から、下方向（対をなす上側素子８と反対向き）に電流が略９０度曲がり、そこから下側素子９内部に広がる。このコーナー部（図中のα点）が、形成された２つのダイポールに直接的に給電している給電点であり、第１の隙間部３０５ａにより形成された、給電板１９からα点までの帯状の部分（オーバーラップ部３０１）が給電線となる。

前記した構成は、上側素子８についても略同様である。なお、α点を一致させるために、上側素子８の第１の隙間部３０５ａは、下側素子９のそれと長さ（或いは中心軸からの開き角）を略同一にする。また上側素子８の給電線は、その幅が下側素子９のそれより細く形成されている。これにより上側素子８と下側素子９との給電線は非平衡線路（幅広の下側素子９側をグランドに見立てたストリップライン）を形成する。上側素子８を覆う下側素子９の方を幅広にすることで、無効な電流による損失を抑えやすいと考えられるが、各給電線の幅は試行により最適なものを選択し得る。本変形例では、上側素子８の第１の隙間部３０５ｂの幅は、下側素子９のそれより広くしてある。

図１６Ｂに示すように、オーバーラップ部３０１は、上側素子８の第１の隙間部３０５ａがオーバーラップ部３０１によって覆われずに第１の隙間部３０５ａが露出し、下側素子９の第１の隙間部３０５ａが上側素子８の端部と重ならないように、オーバーラップする。

本変形例では、水平方向に広い広帯域ダイポールアンテナを２つ配置しているため、水平面無指向性を高めることができる。なお隙間部３０５の形状は、特に限定されない。

要するにこの発明は、上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１…リニアアレーアンテナ、２…同軸端子、４（４ａ〜４ｃ）…給電ケーブル、５（５ａ〜５ｃ）…ダイポールアンテナユニット、７…分配器、８…上側素子、８ａ…筒状本体、９…下側素子、９ａ…筒状本体、１０…支持部材、１１（１１ａ，１１ｂ）…連結棒、１８，１９…給電板、２００…テーパ部、２０１…第１のテーパ部、２０３…第２のテーパ部。

Claims (6)

1. 複数のダイポールアンテナ素子が略一直線状に配設されている広帯域リニアアレーアンテナであって、
   前記ダイポールアンテナ素子は、筒状に丸められており、
   前記ダイポールアンテナ素子は、当該ダイポールアンテナ素子に隣り合うように配設されている他の前記ダイポールアンテナ素子に対向して配設され、第１のテーパ部を有するテーパ部を有することを特徴とする広帯域リニアアレーアンテナ。
2. ２つの前記ダイポールアンテナ素子からなるユニットが略一直線状に２個以上配設され、
   前記テーパ部は、複数のダイポールアンテナ素子が並んでいる方向に直交する方向において、第１のテーパ部の外側に配設されている第２のテーパ部をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の広帯域リニアアレーアンテナ。
3. ２つの前記ダイポールアンテナ素子からなるユニットが略一直線状に複数配設され、
   連結部材が一方の前記ユニットに配設されている一方の突起部と前記一方の突起部に対向するように他方の前記ユニットに配設されている他方の突起部とに連結することで、一方の前記ユニットは他方の前記ユニットと連結し、
   一方の前記ユニットの正面がリニアアレーアンテナの長手軸の軸回り方向において他方の前記ユニットの正面に対して任意の角度ずれて配設されるように、一方の前記ユニットは前記軸回り方向において他方の前記ユニットに対して任意の角度ずれて配設され、
   各前記ユニットに接続及び給電するための各給電ケーブルは、らせん状に前記連結部材に巻回していることを特徴とする請求項１に記載の広帯域リニアアレーアンテナ。
4. 第１のダイポールアンテナ素子と第２のダイポールアンテナ素子との一方の内径は、前記一方の端部の内周面が前記第１のダイポールアンテナ素子及び前記第２のダイポールアンテナ素子が並んでいる方向において前記一方の前記端部に隣り合う前記第１のダイポールアンテナ素子と前記第２のダイポールアンテナ素子との他方の端部の外周面をオーバーラップするように、前記他方の外径よりも大きくなっていることを特徴とする請求項１に記載の広帯域リニアアレーアンテナ。
5. 前記ダイポールアンテナ素子は、前記ダイポールアンテナ素子の厚み方向において前記ダイポールアンテナ素子を貫通している隙間部を有していることを特徴とする請求項１に記載の広帯域リニアアレーアンテナ。
6. 前記ダイポールアンテナ素子は、水平方向に２つスタックされ、給電部にマイクロストリップを有していることを特徴とする請求項１に記載の広帯域リニアアレーアンテナ。