JP3226441U - ベントクロスアンテナ及びアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】取り扱いが容易な無指向性アンテナを提供する。【解決手段】ベントクロスアンテナ（２１）は、それぞれがダイポールアンテナとして機能する金属製の線材で構成された二つの線状エレメント（Ｂ１，Ｂ２）を備える。線状エレメントは、両端部のλ／８の長さを有する部位を端部エレメント（ＥＥ）、端部エレメント以外のλ／４の長さを有する部位を基部エレメント（ＦＥ）とする。二つの線状エレメントは、給電点となる基部エレメントの中心にて直交するように配置され、かつ、端部エレメントのそれぞれを、給電点を中心に一方向に回転する向きに、基部エレメントに対して直角に屈曲させることで、卍型又は逆卍型となるように形成される。二つの線状エレメントを９０°の位相差で給電することにより、ベントクロスアンテナは、無指向性となる。【選択図】図１

Description

本開示は、アンテナに関する。

特許文献１には、災害時における避難所等においてテレビ放送又はラジオ放送を受信するために容易に設置することが可能なアンテナとして、ダイポールアンテナや、ダイポールアンテナのエレメントの先端を垂直上方に折り曲げた形状を有するＵ型アンテナが記載されている。

特開２０１６−１１１３９９号公報

しかしながら、ダイポールアンテナやＵ型アンテナは、重量バランスが悪く、無指向性ではないという課題があった。特にダイポールアンテナは、給電部からの水平面内での突出力が大きく、また、Ｕ型アンテナは、３次元的な配置スペースが必要となり、設置可能な場所の制約が大きいという課題もあった。

本開示の一局面においては、取り扱いが容易な無指向性アンテナを提供できることが望ましい。

本開示の一態様は、ベントクロスアンテナであって、それぞれがダイポールアンテナとして機能する金属製の線材で構成された二つの線状エレメント（Ｂ１，Ｂ２）を備える。線状エレメントは、両端部のλ／８の長さを有する部位を端部エレメント（ＥＥ）、端部エレメント以外のλ／４の長さを有する部位を基部エレメント（ＦＥ）とする。二つの線状エレメントは、給電点となる基部エレメントの中心にて直交するように配置され、かつ、端部エレメントのそれぞれを、給電点を中心に一方向に回転する向きに、基部エレメントに対して直角に屈曲させることで、卍型又は逆卍型となるように形成される。二つの線状エレメントを９０°の位相差で給電することにより、ベントクロスアンテナは、無指向性となる。

このような構成によれば、線状エレメントを屈曲させずに用いる二つのダイポールアンテナを直交させたターンスタイルアンテナと比較して、ベントクロスアンテナが占める平面への投影面積を１／４とすること、すなわち大幅に小型化できる。このため、ベントクロスアンテナを取り付ける際に確保すべきスペースが小さくて済むため、より多様な場所に取り付けることができる。また、ベントクロスアンテナは、受風面積も小さくなるため、風対策の補強も軽減できる。更に、ベントクロスアンテナは、点対称な平面形状を有するため、従来、臨時災害ＦＭなどで使用されてきた立体的な形状を有するＵ型アンテナと比較して、給電点が位置する中央部での重量バランスが取り易く、作業時の取り扱いが容易になる。

ベントクロスアンテナを構成するベントアンテナは、入力インピーダンスが４７Ωであり、ダイポールアンテナの入力インピーダンスの理論値７３．１３Ωと比較して、送信系のアンテナに使用される同軸ケーブルのインピーダンス５０Ωにより近いとなる。このため、ベントクロスアンテナは、インピーダンス変換を行うことなく、５０Ωの同軸ケーブルをそのまま接続して給電を行うことができる。

また、ベントクロスアンテナは、二つの線状エレメントが配置される平面に対して直交する方向に円偏波を放射するため、例えば、無線ＩＣタグ用のアンテナとして使用することができる。

本開示の一態様は、アンテナ装置であって、複数の放射器（２１）と、給電部（３）とを備える。放射器は、予め設定された平面内で無指向性となる特性を有し、平面に直交する方向に等間隔で配置される。給電部は、複数の放射器からの放射波が同相となるように、複数の放射器への給電を行う。複数の放射器は、上述したベントクロスアンテナで構成される。
このような構成によれば、ベントクロスアンテナが無指向性となる平面内での水平偏波に対する利得を向上させることができる。

本開示の一態様は、アンテナ装置であって、放射器（２１ａ）と、一つ以上の導波器（２１ｃ〜２１ｅ）と、反射器（２１ｂ）とを備える。放射器は、上述した二つの線状エレメントに加えて、分配器（３１）と、移相器（３２）と、変換器（３３）とを備え、二つの線状エレメントが配置される配置平面に沿った方向に水平偏波の電波を放射し、配置平面に直交する方向に円偏波の電波を放射するベントクロスアンテナである。分配器は、一つの給電信号を、二つに分配する。移相器は、分配器にて分配された二つの信号の位相を９０°異ならせることで、二つの給電信号を生成する。変換器は、移相器にて生成された二つの給電信号を、それぞれ不平衡信号から平衡信号に変換して、二つの線状エレメントに個別に供給する。導波器は、放射器に対して放射方向に配置される。反射器は、放射器を挟んで導波器とは反対側に配置される。導波器及び反射器は、放射器と相似形状の無給電素子である。
このような構成によれば、円偏波のアンテナ等として使用できる。

本開示の一態様は、アンテナ装置であって、放射器（２１ａ）と、一つ以上の導波器（２１ｃ〜２１ｅ）と、反射器（２１ｂ）とを備える。放射器は、上述した二つの線状エレメントに加えて、変調器（４）と、変換器（３３）とを備え、二つの線状エレメントが放射する直交した２つの直線偏波を用いて異なる情報を伝達する偏波ＭＩＭＯ電波を放射する ベントクロスアンテナである。変調器は、同一周波数を有する二つの搬送波を個別に変調することで二つの給電信号を生成する。変換器は、変調部で生成された二つの給電信号を、それぞれ不平衡信号から平衡信号に変換して、二つの線状エレメントに個別に供給する。導波器は、放射器に対して放射方向に配置される。反射器は、放射器を挟んで導波器とは反対側に配置される。導波器及び反射器は、放射器と相似形状の無給電素子である。

このような構成によれば、偏波ＭＩＭＯ通信用のアンテナ等として使用できる。

第１実施形態のアンテナ装置１の構成を示す平面図である。 アンテナ装置の電気的な構成を示す説明図である。 給電部の構成を示すブロック図である。 エレメント長と移相器の設定を例示する表である。 変換器として使用するバランの種類及び構成を例示する説明図である。 ベントクロスアンテナの指向性に関するシミュレーション結果を示すグラフである。 ベントアンテナとダイポールアンテナの電気的特性に関するシミュレーション結果を示すグラフである。 強制バランを用いて端子電圧及び指向性を測定した結果を、移相ケーブルがない場合と比較して示すグラフである。 フロートバラン及びシュペルトップバランを用いて端子電圧及び指向性を測定した結果を示すグラフである。 第２実施形態のアンテナ装置の構成を示す説明図である。 第２実施形態における給電方法に関する説明図である。 第３実施形態のアンテナ装置の構成及び給電方法を示す説明図である。 第４実施形態のアンテナ装置の構成及び給電方法を示す説明図である。 第４実施形態における給電部の構成を示すブロック図である。 基部エレメント及び端部エレメントの長さと、ベントクロスアンテナの投影面積との関係を示す説明図である。 端部エレメントの長さと、投影面積、放射インピーダンス、及びＶＳＷＲのそれぞれとの関係を示すグラフである。

以下に本開示の実施形態を図面と共に説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．構成］
図１及び図２に示すように、第１実施形態のアンテナ装置１は、アンテナ部２と、給電部３とを備える。

アンテナ部２は、ベントクロスアンテナ２１と、筐体２２とを備える。
ベントクロスアンテナ２１は、二つのベントアンテナＢ１，Ｂ２を組み合わせた構造を有する。ベントアンテナＢｉは、ダイポールアンテナとして機能する線状エレメントである。線状エレメントには、例えば、管状に形成された金属製（例えば、アルミ又は銅）の線材が用いられる。

ベントアンテナＢｉは、全長がλ／２であり、両端部のそれぞれに位置するλ／８の長さを有する部位を端部エレメントＥＥ、端部エレメントＥＥ以外のλ／４の長さを有する部位を基部エレメントＦＥとする。ベントアンテナＢｉに属する二つの端部エレメントＥＥは、基部エレメントＦＥを含む同一面内で、基部エレメントＦＥに対して直角かつ互いに反対方向に向けて屈曲した形状を有する。ベントアンテナＢｉは、基部エレメントＦＥの中心が給電点とされる。

筐体２２は、非導電性の材料で構成され、二つのベントアンテナＢ１，Ｂ２を給電点にて直交させた状態で固定する。このとき、基部エレメントＦＥの両端部からの各端部エレメントＥＥの屈曲方向が、いずれも給電点を中心に一方向に回転する向きと一致するように配置する。これにより、二つのベントアンテナＢ１，Ｂ２によって卍型又は逆卍型が形成される。つまり、このような形状に二つのベントアンテナＢ１，Ｂ２を組み合わせることによって、ベントクロスアンテナ２１が形成される。ベントクロスアンテナ２１は、給電点に対して点対称な平面形状を有し、一辺がλ／４の正方形の平面領域を占有する。

以下では、３次元座標において、ベントクロスアンテナ２１の給電点が原点に位置するものとする。また、ベントアンテナＢ１の基部エレメントＦＥ及びベントアンテナＢ２の端部エレメントＥＥがｘ軸に沿って配線され、ベントアンテナＢ２の基部エレメントＦＥ及びベントアンテナＢ１の端部エレメントＥＥがｙ軸に沿って配線されているものとする。更に、これらｘ軸及びｙ軸に直交する軸をｚ軸とする。本実施形態では、アンテナ部２への給電をｚ軸の一方（図２では下方）から行うとした場合に、ｚ軸の他方（図２では上方）からみて、ベントクロスアンテナが、卍型となるように構成される。

給電部３は、筐体２２の内部、又は下端部に固定された基板上に実装される。給電部３は、図３に示すように、分配器３１と、移相器３２と、変換器３３とを備える。
分配器３１は、給電線として使用される同軸ケーブル５を介して供給される給電信号を２分配する。同軸ケーブル５を介して伝送される給電信号は、不平衡信号である。

移相器３２は、２分配された給電信号の一方の位相を他方の位相より９０°遅延させる。具体的には、例えば、分配器３１にて分配された二つの給電信号を個別に変換器３３に伝送する二つの信号線の長さを、λｇ／４だけ異ならせた９０°移相ケーブルを用いてもよい。また、９０°移相ケーブルの代わりに、出力位相が９０°異なる３ｄＢカプラを用いてもよい。図４には、ＦＭ放送、ワイドＦＭ放送、ＴＶ放送の代表的な周波数について、波長λ、λ／４、λ／８、及び移相器３２の設計に関わる電気長λｇ／４（＝波長短縮率×λ／４）を算出した結果を示す。なお、ここでの電気長λｇは、移相ケーブル上での波長である。

変換器３３は、二つのバラン３３１，３３１を備える。バラン３３１は、Balunとも表記されBalance to unbalance transformerの略である。バラン３３１は、平衡型回路（すなわち、ベントアンテナＢｉ）と不平衡型回路（すなわち、移相器３２を介して供給される給電信号を伝送する同軸線路）とを接続し、不平衡信号と平衡信号との相互変換を行う「平衡−不平衡変換器」である。バラン３３１として、具体的には、強制バラン、フロートバラン、シュペルトップバラン等を用いることができる。

強制バランは、図５の上段に示すように、トロイダルコアに３本の線をトリファイラ巻にして、１：１のインピーダンス変換比になるように配線したものであり、平衡と不平衡を強制的に変換する。強制バランは、リニアバランとも呼ばれる。

フロートバランは、図５の中段に示すように、メガネ・コアにバイファイラ巻きにすることで構成され、平衡でも不平衡でもコモンモード電流を減らすよう動作する。フロートバランは、ラインフィルタとも呼ばれる。

シュペルトップバランは、図５の下段に示すように、別の同軸ケーブルの編組の外導体を利用して、給電に用いる同軸ケーブルの外側にλｇ／４で二重にした構造を有する。シュペルトップバランは、同軸ケーブルの表面の導体のインピーダンスを高くすることで同軸ケーブルの外導体に流れるアンバランス電流を阻止する手法であり、単一周波数で動作させる場合に有効である。シュペルトップは、Sperrtopfと表記され、阻止套管とも呼ばれる。

［１−２．シミュレーション］
アンテナ装置１では、ベントクロスアンテナ２１を構成する二つのベントアンテナＢ１，Ｂ２への給電を９０°の位相差を付けて行うことで、ｘ−ｙ平面において無指向性となる水平偏波アンテナを実現する。

基部エレメントＦＥがｘ軸に沿って配置されたベントアンテナＢ１の指向性Ｂ１（θ）は、（１）式で表され、基部エレメントＦＥがｙ軸に沿って配置されたベントアンテナＢ２の指向性Ｂ２（θ）は、（２）式で表される。

ベントアンテナＢ２の給電位相をベントアンテナＢ１の給電位相より９０°遅延させた場合、両ベントアンテナＢ１，Ｂ２による合成指向性、すなわち、ベントクロスアンテナ２１の指向性ＢＣ（θ）は、（３）式で表され、その振幅は、（４）式で表される。

図６の上段には、ベントアンテナＢ１の指向性Ｂ１（θ）を、ベントアンテナＢ１を構成する基部エレメントＦＥの指向性ＦＥ１（θ）及び二つの端部エレメントＥＥの合成指向性ＥＥ１（θ）と共に示す。なお、ベントアンテナＢ２に関する指向性Ｂ２（θ）、ＦＥ２（θ）、ＥＥ２（θ）は、ベントアンテナＢ１と同様の形状を有し、角度が９０°シフトしたものとなる。なお、ベントアンテナＢｉの半値幅は８５°であり、一般的なダイポールアンテナの半値幅は７８°である。つまり、ベントアンテナＢｉの半値幅は、ダイポールアンテナより７°広くなる。

図６の下段には、ベントクロスアンテナ２１の指向性ＢＣ（θ）を、ベントアンテナＢ１の指向性Ｂ１（θ）及びベントアンテナＢ２の指向性Ｂ２（θ）と共に示す。
図６の上段及び下段ともに、図６中左側のグラフは、計算式の算出結果をそのままデシベル表示した。θは、ｘ−ｙ平面におけるｘ軸からの角度であり、反時計回りに正の値の角度で示す。図６中右側の極座標で示すグラフは、上段は、ベントアンテナＢ１の指向性Ｂ１（θ）のピーク値を０ｄＢに正規化して表示し、下段は、ベントクロスアンテナ２１の指向性ＢＣ（θ）のピーク値を０ｄＢに正規化して表示した。

図６の上段に示すように、基部エレメントＦＥの指向性ＦＥ１（θ）は、一般的なダイポールアンテナと同様に、ｘ軸及びｙ軸に対して軸対称な形状となる。一方、端部エレメントＥＥの指向性ＥＥ１（θ）は、ＦＥ１（θ）と直交して、約１０ｄＢ低い値であり、且つ、ｘ軸及びｙ軸に対して非対称な形状となる。その結果、ＦＥ１（θ）とＥＥ１（θ）とを合成したベントアンテナＢ１の指向性Ｂ１（θ）におけるビームの中心方向は、ｘ軸から約２０°シフトする。同様に、ベントアンテナＢ２の指向性Ｂ２（θ）におけるビームの中心方向は、ｙ軸から約２０°シフトする。

図６の下段に示すように、ベントクロスアンテナ２１のｘ−ｙ平面内での指向性ＢＣ（θ）が無指向性となることがわかる。また、理論計算式では、ベントクロスアンテナ２１の指向性ＢＣ（θ）での振幅の変動量は０．４２ｄＢであり、２つのダイポールアンテナを単純に直交配置したターンスタイルアンテナでの振幅の変動量１．０ｄＢ（図示を省略）と比較して小さくなる。

図７は、ベントクロスアンテナ２１を構成するベントアンテナＢ１及び比較例のダイポールアンテナについて、指向性と入力インピーダンスの周波数特性をシミュレーションした結果を示す。

中心周波数が共振点、すなわち、複素インピーダンスの虚数部が０となるように設定することで、入力インピーダンスは約４７Ωとなり、ダイポールアンテナの入力インピーダンス約７２Ωと比較して、同軸ケーブルのインピーダンス５０Ωにより近い値となる。また、送受信信号の周波数が、共振点の周波数から離れるほど、入力インピーダンスも変化するが、その変化の割合はダイポールアンテナと比較してベントアンテナＢ１の方が緩やかになる。

［１−３．測定］
アンテナ装置１を用いてオープンフィールドでＦＭ波を実測した結果について説明する。
ベントアンテナＢｉは、直径３ｍｍのアルミ材を使用した。ベントアンテナＢｉのエレメント長は、３つのＦＭ波の中心周波数８２．７ＭＨｚを想定して、図４に示す値に設定した。

測定は、３つのＦＭ波に２つのワイドＦＭ波を含めた合計５波のそれぞれについて、アンテナ装置１の周囲を１０°毎に、給電部３から出力される信号の端子電圧を、１０ｍの同軸ケーブルを介して接続されたチェッカー（型番：ＬＦ−９９０）で測定した。

図８は、変換器３３を構成するバラン３３１，３３１として、強制バランを用いた場合（以下、実施例１）の測定結果である。図８下段に示す移相ケーブル０．６０８ｍの場合が実施例１であり、ベントクロスアンテナ２１を構成するベントアンテナＢ１，Ｂ２からの受信信号を設定周波数（８２．７ＭＨｚ）のλｇ／４に相当する位相差をつけて合成することを意味する。図８上段に示す移相ケーブル０ｍの場合が比較例であり、ベントクロスアンテナ２１を構成するベントアンテナＢ１，Ｂ２からの受信信号を位相差なしで合成することを意味する。また、図８中左側のグラフは、測定結果である端子電圧をそのまま示したグラフであり、図８中右側のグラフは、各周波数のピーク値を０ｄＢとして正規化した指向性を示すグラフである。

実施例１では、３６０°の全方向で検出される振幅の最大偏差は、８２．５ＭＨｚで０．９ｄＢ、８５．２ＭＨｚで２．５ｄＢ、８０．４ＭＨｚで２．０ｄＢであり、３つのＦＭ波については、ほぼ理論通りの無指向性が測定結果から確認された。測定誤差を考慮しても良好な結果であるといえる。なお、設定周波数から約９ＭＨｚ離れたワイドＦＭ波でも最大偏差が６ｄＢであった。これは、移相器３２の実体である移相ケーブルの長さ、及びベントアンテナＢ１，Ｂ２のエレメント長が設定周波数に合わせて設計されているためである。言い換えれば、移相ケーブルの長さ及びベントアンテナＢ１，Ｂ２のエレメント長は、ターゲットとする周波数帯（例えば、ＦＭ波帯かワイドＦＭ波帯か）に応じて、適宜設計を変更する必要がある。

次に、変換器３３を構成するバラン３３１，３３１として、フロートバランを用いた場合（以下、実施例２）及びシュペルトップバランを用いた場合（以下、実施例３）の測定結果について説明する。

図９の上段が実施例２（すなわち、フロートバランを使用）の場合の端子電圧及び指向性を表すグラフである。図９の下段が実施例３（すなわち、シュペルトップバランを使用）の場合の端子電圧及び指向性を表すグラフである。

実施例２では、実施例１と同様に、ＦＭ波については最大偏差が１．１〜２．４ｄＢ程度であり十分な無指向性が得られ、ワイドＦＭ波については、設定周波数から離れるが最大偏差は３．６ｄＢ程度得られた。

実施例３では、ＦＭ波については、強制バランと同程度の無指向性が得られるが、ワイドＦＭ波については無指向性が実現されていないことがわかる。つまり、シュペルトップバランを用いた場合、無指向性が得られる周波数帯の幅が狭くなる。

ここでは、ＦＭ波についての測定結果を示したが、ＴＶ波でも同様の結果が得られる。
基部エレメントＦＥのエレメント長Ｘ及び端部エレメントＥＥのエレメント長Ｙと、ベントクロスアンテナ２１の投影面積、反射インピーダンス、及びＶＳＷＲとの関係をシミュレーションによって算出した結果を、図１６に示す。なお、図１５に示すように、エレメント長Ｘ，Ｙは、いずれもエレメントに直交するｘ軸又はｙ軸からの長さであり、２Ｘ＋２Ｙ＝λ／２を満たすように設定される。また、投影面積Ｓは、Ｘ＞Ｙの場合はＳ＝４Ｘ^２で算出され、Ｘ≦Ｙの場合はＳ＝４Ｙ^２で算出される。

図１６の上段のグラフに示すように、投影面積Ｓが最小となる端部エレメントＥＥのエレメント長Ｙは、λ／８である。図１６の中段のグラフに示すように、Ｙ＝λ／８付近では、放射抵抗は５０Ωに近くなり、放射リアクタンスも０（すなわち、共振状態）に近づく。図１６の下段に示すように、Ｙ＝λ／８付近で、ＶＳＷＲが最も小さく、整合状態となる。つまり、基部エレメントＦＥの全エレメント長が２Ｘ＝λ／４、基部エレメントＦＥ両端にある二つの端部エレメントの各エレメント長がＹ＝λ／８の場合に、ベントクロスアンテナ２１の電気的特性が最も優れたものとなることがわかる。

［１−４．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）アンテナ部２が、線状エレメントを屈曲させた２つのベントアンテナＢ１，Ｂ２を直交させたベントクロスアンテナ２１によって構成されている。このため、線状エレメントを屈曲させずに用いる二つのダイポールアンテナを直交させたターンスタイルアンテナと比較して、ベントクロスアンテナ２１が占める平面への投影面積を１／４とすること、すなわち大幅に小型化できる。このため、アンテナ装置１を取り付ける際に確保すべきスペースが小さくて済むため、より多様な場所に取り付けることができる。また、ベントクロスアンテナ２１は、受風面積も小さくなるため、風対策の補強も軽減できる。更に、ベントクロスアンテナ２１は、点対称な形状を有するため、従来、臨時災害ＦＭなどで使用されてきたＵ型アンテナと比較しても、給電点が位置する中央部での重量バランスが取り易い。その結果、アンテナ装置１をマストへ取り付ける作業等での取り扱い易さを向上させることができる。

（２）アンテナ装置１は、ベントクロスアンテナ２１を構成するベントアンテナＢ１，Ｂ２の入力インピーダンスが４７Ωであり、ダイポールアンテナの入力インピーダンスの理論値７３．１３Ωと比較して、送信系のアンテナに使用される同軸ケーブルのインピーダンス５０Ωにより近いとなる。このため、アンテナ装置１ではインピーダンス変換を行うことなく、５０Ωの同軸ケーブルをそのまま接続して給電を行うことができる。

［２．第２実施形態］
［２−１．第１実施形態との相違点］
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号が付された用語は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

第１実施形態では、単一のベントクロスアンテナ２１を用いてアンテナ部２が構成される。これに対し、第２実施形態では、複数のベントクロスアンテナ２１を組み合わせてアンテナ部２ａが構成される点で、第１実施形態と相違する。

第２実施形態のアンテナ装置１ａにおいて、アンテナ部２ａは、図１０に示すように、複数（図１０では、４個）のベントクロスアンテナ２１を、ｚ軸方向に一列に配置せれ、各ベントクロスアンテナ２１が同相給電されるように接続される。

ベントクロスアンテナ２１の垂直配置間隔をλ／２として、ベントクロスアンテナ２１間の給電線を最短距離で配線した場合、隣接するベントクロスアンテナ２１同士は、給電線によって給電位相が反転（すなわち、１８０°変化）する。その結果、隣接するベントクロスアンテナ２１に送受信される電波は、互いに打ち消し合うことになる。しかし、隣接するベントクロスアンテナ間で、更に１８０°位相を回転させて給電すれば、全てのベントクロスアンテナ２１に対して同相で給電を行うことができる。

具体的には、例えば図１１に示すように、ベントアンテナＢｉの給電点を挟んで両側に位置する部位を第１ハーフエレメントＨＥｉ１及び第２ハーフエレメントＨＥｉ２とする。そして、隣接するベントアンテナＢｉ間で、給電先が第１ハーフエレメントＨＥｉ１と第２ハーフエレメントＨＥｉ２とが交互に入れ替わるように給電線を配線することで、位相を１８０°回転させてもよい。

［２−２．効果］
以上詳述した第２実施形態によれば、ベントクロスアンテナ２１が無指向性となるｘ―ｙ平面内での水平偏波に対する利得を向上させることができる。

［２−３．変形例］
アンテナ部２ａを構成するベントクロスアンテナ２１の段数が少ないときには、ベントクロスアンテナ２１の配置間隔をλ／２より広げてもよい。この場合、垂直配置間隔ｄｍａｘは次式に従って設定されてもよい。但し、ｎは段数を表し、２以上の整数である。

ｄｍａｘ＝λ・ｎ／（ｎ＋１） （５）
（５）式は、多段ターンスタイル空中線の電力利得を、段数ｎ及び垂直配置間隔を変化させて測定を行った結果から導かれた関係式である。その詳細は、例えば、内田英成、虫明康人著「超短波空中線」、ｐｐ２１５−２１６、コロナ社、１９５５．７に記載されている。

［３．第３実施形態］
［３−１．第１実施形態との相違点］
第３実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号が付された用語は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

上述した第１実施形態では、ベントクロスアンテナ２１を水平偏波アンテナとして用いる場合について説明した。これに対し、第３実施形態では、ベントクロスアンテナ２１を円偏波アンテナとして用いる点、及び複数のベントクロスアンテナ２１を備え、放射器としてだけでなく、導波器及び反射器としても用いる点で、第１実施形態と相違する。

すなわち、ベントクロスアンテナ２１は、ｚ軸方向（すなわち、無指向性が得られるｘ−ｙ平面に対して直交する方向）を放射方向とすると、円偏波アンテナとなる。
図１２に示すように、第３実施形態のアンテナ装置１ｂは、３個以上のベントクロスアンテナ２１を備える。複数のベントクロスアンテナ２１のうち、一つを放射器２１ａ、一つを反射器２１ｂ、残りを導波器２１ｃ〜２１ｅとして用いて、八木宇田アンテナの構造を実現するように配列する。

この場合、ベントクロスアンテナ２１の配置間隔はλ／４を基本とする。そして、放射器２１ａには、給電部３を介して給電が行われる。また、放射器２１ａの前方には、一つ以上の導波器２１ｃ〜２１ｅが配置され、放射器２１ａを挟んで導波器２１ｃ〜２１ｅとは反対側には反射器２１ｂが配置される。但し、ここでの前方とは、放射器２１ａから円偏波を放射したい方向をいう。反射器２１ｂは、放射器２１ａより長いエレメント長を有する。導波器２１ｃ〜２１ｅは、放射器２１ａより短いエレメント長を有する。反射器２１ｂ及び導波器２１ｃ〜２１ｅは、いずれも無給電素子として構成される。円偏波を放射するには、導波器２１ｃ〜２１ｅ及び反射器２１ｂを省略した、放射器２１ａだけの構成であってもよい。

［３−２．効果］
以上詳述した第３実施形態によれば、通信分野に適用して、例えば、無線ＩＣタグ（例えば、ＲＦＩＤタグ）用のアンテナとして用いることができる。この場合、タグ読取側では、直線偏波のアンテナを用いても電界差３ｄＢで受信できる。つまり、送受信される偏波の方向性を意識することなくシステムを構築できる。

［４．第４実施形態］
［４−１．第３実施形態との相違点］
第４実施形態は、基本的な構成は第３実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第３実施形態と同じ符号が付された用語は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

第３実施形態では、複数のベントクロスアンテナ２１ａ〜２１ｅで構成されたアンテナ部２ｂを、円偏波アンテナとして使用する場合について説明したが、図１３に示す第４実施形態のアンテナ装置１ｃでは、アンテナ部２ｂを、偏波ＭＩＭＯアンテナとして使用する。偏波ＭＩＭＯは、地上放送の高度化に向けた要素技術の一つとして知られている。

アンテナ装置１ｃは、アンテナ部２ｂに加えて、給電部３ｃと、変調・送信部４とを備える。給電部３ｃは、図１４に示すように、図３に示した給電部３から分配器３１及び移相器３２を省略した構成、すなわち、バラン３３だけを備えた構成を有する。そして、変調送信部４から供給される二つの給電信号を、放射器であるベントクロスアンテナ２１ａを構成する二つベントアンテナＢ１，Ｂ２に供給する。

図１３に戻り、変調・送信部４は、水平偏波用変調・送信器４１と、垂直偏波用変調・送信器４２とを備える。水平偏波用変調・送信器４１は、搬送波を、第１の情報を表す第１信号を用いて変調することで、給電部３ｃを介してベントアンテナＢ１に供給される給電信号を生成する。垂直偏波用変調・送信器４２は、搬送波を、第１の情報とは異なる第２の情報を表す第２変調信号を用いて変調することで、給電部３ｃを介してベントアンテナＢ２に供給される給電信号を生成する。但し、水平偏波用変調・送信器４１で用いられる搬送波と、垂直偏波用変調・送信機４２で用いられる搬送波とは、同一周波数である。

［４−２．効果］
以上詳述した第４実施形態によれば、アンテナ部２ｂが放射する偏波ＭＩＭＯ電波において、２つの直交する直線偏波（例えば、水平偏波と垂直偏波）を用いて、それぞれ異なった情報が伝送されるため、アンテナ部２ｂによって伝送可能な情報量を２倍に増加させることができる。その結果、例えば、ハイビジョン放送の１６倍の情報量を持つ８Ｋ放送システム等、大容量の情報を伝送する無線システム用のアンテナとして使用することができる。

［５．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

（５ａ）上記実施形態では、金属製で管状の線材を用いてベントクロスアンテナ２１が構成されているが、本開示はこれに限定されるものではない。例えば、ベントクロスアンテナ２１は、プリント基板上に形成されてもよい。この場合、移相器３２はライン長がλｇ／４だけ異なるプリント配線パターンによって容易に実現できる。

（５ｂ）上記実施形態では、筐体２２が非導電性の材料で構成されているが、ベントクロスアンテナ２１及び筐体２２内に設けられる電子部品との絶縁が確保されるのであれば、筐体２２は、金属等の導電性の材料で構成されてもよい。

（５ｃ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。

（５ｄ）上述したベントクロスアンテナ及びアンテナ装置の他、当該ベントクロスアンテナ又はアンテナ装置を構成要素とするシステムなど、種々の形態で本開示を実現することもできる。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ…アンテナ装置、２，２ａ，２ｂ，２ｃ…アンテナ部、３，３ｃ…給電部、４…変調・送信部、５…同軸ケーブル、２１…ベントクロスアンテナ、２１ａ…放射器、２１ｂ…反射器、２１ｃ〜２１ｅ…導波器、２２…筐体、３１…分配器、３２…移相器、３３…変換器、４１…水平偏波用変調・送信器、４２…垂直偏波用変調・送信器、３３１…バラン、Ｂ１，Ｂ２…ベントアンテナ、ＥＥ…端部エレメント、ＦＥ…基部エレメント。

Claims (7)

1. それぞれがダイポールアンテナとして機能する金属製の線材で構成された二つの線状エレメント（Ｂ１，Ｂ２）を備え、
   前記二つの線状エレメントは、いずれも両端部のλ／８の長さを有する部位を端部エレメント（ＥＥ）、前記端部エレメント以外のλ／４の長さを有する部位を基部エレメント（ＦＥ）として、給電点となる前記基部エレメントの中心にて直交するように配置され、かつ、前記端部エレメントのそれぞれを、前記給電点を中心に一方向に回転する向きに、前記基部エレメントに対して直角に屈曲させることで、卍型又は逆卍型となるように形成され、無指向性となるように構成された
   ベントクロスアンテナ。
2. 請求項１に記載のベントクロスアンテナであって、
   二つの給電信号を、それぞれ不平衡信号から平衡信号に変換して、前記二つの線状エレメントに個別に供給する変換器（３３）を更に備える
   ベントクロスアンテナ。
3. 請求項２に記載のベントクロスアンテナであって、
   一つの給電信号を、二つに分配する分配器（３１）と、
   前記分配器にて分配された二つの信号の位相を９０°異ならせることで、前記変換器に供給される前記二つの給電信号を生成する移相器（３２）と、
   を更に備え、前記二つの線状エレメントが配置される配置平面に沿った方向に水平偏波の電波を放射し、前記配置平面に直交する方向に円偏波の電波を放射する、
   ベントクロスアンテナ。
4. 請求項２に記載のベントクロスアンテナであって、
   同一周波数を有する二つの搬送波を個別に変調することで、前記変換器に供給される前記二つの給電信号を生成する変調器（４）
   を更に備え、前記二つの線状エレメントが放射する直交した２つの直線偏波を用いて異なる情報を伝達する偏波ＭＩＭＯ電波を放射する
   ベントクロスアンテナ。
5. 予め設定された平面内で無指向性となる特性を有し、前記平面に直交する方向に等間隔で配置された複数の放射器（２１）と、
   前記複数の放射器からの放射波が同相となるように、前記複数の放射器への給電を行う給電部（３）と、
   を備え、
   前記複数の放射器は、いずれも請求項１に記載のベントクロスアンテナである
   アンテナ装置。
6. 請求項５に記載のアンテナ装置であって、
   前記複数の放射器の垂直配置間隔がλ／２以上に設定され、
   前記給電部は、前記配置間隔による給電信号の位相の変化に加えて、隣接する前記放射器間で前記給電信号の位相を１８０°変化させて給電するように構成された、
   アンテナ装置。
7. 予め設定された放射方向に電波を放射する放射器（２１ａ）と、
   前記放射器に対して放射方向に配置される一つ以上の導波器（２１ｃ〜２１ｅ）と、
   前記放射器を挟んで前記導波器とは反対側に配置される反射器（２１ｂ）と、
   を備え、
   前記放射器は、請求項３又は請求項４に記載のベントクロスアンテナであり、
   前記導波器及び前記反射器は、前記放射器と相似形状の無給電素子である
   アンテナ装置。

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