JP4040368B2 - アンテナ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナに関し、特に複数のコリニアアンテナを使用したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のコリニアアンテナには、例えば同軸ダイポールアンテナがある。同軸ダイポールアンテナは、同軸線路の外部導体に、それの周方向に所定の間隔をあけてスロットを切り、各スロットの周囲に筒型のダイポールアンテナをそれぞれ取り付けたものである。この同軸ダイポールアンテナを屋外に配置する場合、例えば合成樹脂製の筒状体の内部に、その筒状体の長さ方向に沿って同軸ダイポールを配置することがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなアンテナでは、合成樹脂製の筒状体内に同軸ダイポールアンテナを配置しているので、筒状体における反射や、筒状体を電波が通過する際の通過損失等が生じ、所望の指向性を得ることができなかった。
【０００４】
本発明は、コリニアアンテナを筒状体に収容した状態で、所望の指向性を得ることができるアンテナを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によるアンテナでは、角型の合成樹脂製の筒状体が設けられている。この筒状体は、内部が中空で、横断面形状が多角形状、例えば矩形のものである。合成樹脂としては、例えばＦＲＰを使用することができる。この筒状体内に基板が配置されている。この基板上に少なくとも１対のコリニアアンテナが設けられている。この少なくとも１対のコリニアアンテナは、筒状体の長さ方向に沿って配置され、かつ互いの間に所定の間隔を有している。対の数としては、少なくとも１対であればよく、更に多くの対を使用することもできる。コリニアアンテナとしては、種々のものを使用することができる。例えば同軸ダイポールアンテナを使用することができる。少なくとも１対のコリニアアンテナを繋ぐ線が、筒状体の１つの対角線上に位置し、かつ少なくとも１対のコリニアアンテナが筒状体の角に接近して位置する状態と、少なくとも１対のコリニアアンテナを繋ぐ線が、筒状体の一辺にほぼ平行に位置する状態とのうち、選択されたものをとるように、少なくとも１対のコリニアアンテナの筒状体に対する位置が変更可能に構成されている。
【０００６】
このように構成したアンテナでは、筒状体の内部にコリニアアンテナの対を配置しているので、合成樹脂製である筒状体による反射や通過損失が生じる。これを利用して、１つのコリニアアンテナが本来有している指向性とは異なる指向性を持つアンテナを得ることができる。
【０００７】
例えば、コリニアアンテナを１つだけ角型の筒状体の内部に設けた場合、水平無指向性を得ることができない。しかし、少なくとも１対のコリニアアンテナを筒状体の対角線上に、筒状体の角に接近して配置した場合、水平面無指向性を得ることができる。
【０００８】
或いは、少なくとも１対のコリニアアンテナを、筒状体の一辺にほぼ平行に配置した場合には、上記一辺に対して垂直な方向にメインローブを有する水平面指向性を持つアンテナとすることができる。
【０００９】
従って、少なくとも１対のコリニアアンテナの配置を、筒状体の内部において変更可能に構成してあるので、アンテナの水平面の指向性を変更することが可能である。
【００１０】
少なくとも１対のコリニアアンテナは、これらが設置されている基板において、各こりにアンテナの出力信号を合成することもできる。このように構成した場合、１つの基板上において合成が行われているので、各コリニアアンテナに個別にケーブルを接続する必要がない。少なくとも１対のコリニアアンテナは基板上に設けることもできるし、少なくとも１対のコリニアアンテナを、筒状体の内部において別の筒状体によって包囲し、別の筒状体内に少なくとも１対のコリニアアンテナの姿勢維持用のスペーサを設けることもできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の基礎となる参考例のアンテナを、図６乃至図８を参照して、説明する。この参考例のアンテナは、図６（ａ）に示すように、角型の合成樹脂、例えばＦＲＰ製の筒状体、具体的には外側筒状体２を有している。この外側筒状体２は、同図（ｂ）に示すように、横断面が矩形、例えば正方形状のもので、内部が中空に形成されている。この外側筒状体２の肉厚は、例えば１０ｍｍのものである。なお、外側筒状体２に、横断面が矩形の角型のものを使用するのは、コストが安い点と、このアンテナを電柱等に取り付ける際に、取付が容易であるからである。
【００１２】
この外側筒状体２の内部に、コリニアアンテナ、例えば図７に示すような同軸ダイポールアンテナ４が、図６に示すように内側筒状体５に収容されて配置されている。この同軸ダイポールアンテナ４は、例えば２．４ＧＨｚ（波長λ＝１２５ｍｍ）帯の電波を送受信するためのもので、図７に示すように、円板状の基板６を有している。この基板６の上面から、この上面に垂直に同軸線路８が設けられている。この同軸線路８は、例えば直径が４ｍｍのものである。
【００１３】
この同軸線路８には、基板６から１３５ｍｍ（約１．１λ）の位置、この位置から上方に８５ｍｍ（約０．７λ）の位置に、それぞれスリット（図示せず）が設けられている。これらスリットの上下両側に、同軸線路８の外部導体に接続して、筒型、例えば円筒状のアンテナ素子１０ａ、１０ｂ、１２ａ、１２ｂが設けられている。これらアンテナ素子１０ａ、１０ｂにおいてダイポールアンテナが形成され、さらにアンテナ素子１２ａ、１２ｂにおいてダイポールアンテナが形成されている。
【００１４】
上側のスリットから更に８５ｍｍの位置が同軸線路８の先端で、その下側に、同軸線路８の外部導体に接続された円筒状のアンテナ素子１４が設けられている。また、この同軸線路８の中心導体の先端にホイップアンテナ１６が接続されている。このホイップアンテナ１６と円筒状のアンテナ素子１４とによってもダイポールアンテナが形成されている。
【００１５】
各円筒状のアンテナ素子１０ａ、１０ｂ、１２ａ、１２ｂ、１４は、直径が１５ｍｍ（約０．１２λ）で、長さが２３ｍｍ（約０．２λ）に形成されている。ホイップアンテナ１６は、その長さが３６ｍｍ（約０．３λ）に形成されている。各スリットの位置には、絶縁体製の例えば厚さが３ｍｍのスペーサ１８がそれぞれ設けられている。
【００１６】
これらスペーサ１８の外方には、各ダイポールアンテナを包囲するように共振リングとして機能する銅箔フィルム素子２０がそれぞれ設けられている。これら銅箔フィルム素子２０は、その長さ寸法が３３ｍｍ（約０．２６λ）に選択されている。これら銅箔フィルム素子２０は、アンテナのインピーダンス調整のためと、指向性にチルトをつけるために設けられている。
【００１７】
この同軸ダイポールアンテナ４が、図６（ａ）に示すように、内側筒状体５内に、その長さ方向に同軸線路８の長さ方向が沿うように収容されている。内側筒状体５の上端部には、キャップ２１が取り付けられている。この内側筒状体５は、外側筒状体２の長さ方向に沿って、外側筒状体２の内部に配置されている。この配置状態において、同軸ダイポールアンテナ４は、図６（ｂ）に示すように、外側筒状体２の中央に位置している。内側筒状体５は、合成樹脂、例えばＦＲＰによって構成された円筒状のものであるが、その肉厚が例えば１ｍｍ乃至１．８ｍｍと、外側筒状体２と比較して、非常に薄いものであり、同軸ダイポールアンテナ４の指向性に影響を与えない。
【００１８】
図８（ａ）は、このアンテナの水平面総合指向性を示し、同図（ｂ）は、このアンテナの垂直面総合指向性を示したものである。同軸ダイポールアンテナは、本来、水平面指向性が無指向性となる性質を有している。しかるに、外側筒状体２に同軸ダイポールアンテナ４を挿入したことにより、筒状体２の各角に対応する方向において利得が低下し、無指向性を示していない。これは、主に次の理由によると考えられる。即ち、図６（ｂ）に矢印で示すように、同軸ダイポールアンテナ４から外側筒状体２に向かって電波が伝搬される。電波は、外側筒状体２の壁面に向かって垂直に進むものから、角部に向かって進行するものまで様々である。これら電波の伝搬距離は、外側筒状体の壁面に垂直に進行するものが最も短く、角部に近づくものほど徐々に伝搬距離が長くなり、角部に向かって伝搬するものが最も伝搬距離が長くなる。このように伝搬距離が最も長くなる角部では、伝搬に伴う損失が最も大きくなり、水平面総合指向性が無指向性でなくなる。
【００１９】
本発明の１実施形態のアンテナは、図１（ａ）に示すように、角型の合成樹脂、例えばＦＲＰ製の外側筒状体３０の内部に、キャップ３１ａ付きの内側筒状体３１ｂを収容し、この内側筒状体３１ｂの内部にスタック型の同軸ダイポールアンテナ３２を配置したものである。外側筒状体３０および内側筒状体３１ｂは、参考例で示した外側筒状体２及び内側筒状体５と同様に構成されているので、詳細な説明を省略する。
【００２０】
スタック型の同軸ダイポールアンテナ３２は、参考例の同軸ダイポールアンテナ４と同様に、２．４ＧＨｚ帯の電波を送受信するためのもので、図２及び図３に示すように、基板３４に所定の間隔、例えば３５ｍｍ（約０．２８λ）の間隔を隔てて２本の同軸ダイポールアンテナ３６ａ、３６ｂが配置されている。
【００２１】
これら同軸ダイポールアンテナ３６ａ、３６ｂは、同一の構成であって、図２に示すように、直径が４ｍｍの同軸線路４０ａ、４０ｂを有している。これら同軸線路４０ａ、４０ｂの下端から１９０ｍｍ（約１．５λ）の位置に、図３に示すようにスリット（図示せず）が設けられている。このスリットの上下に、円筒状のアンテナ素子４２ａ、４２ｂ、４４ａ、４４ｂが同軸線路４０ａ、４０ｂと同心に配置され、かつ同軸線路４０ａ、４０ｂの外部導体に接続されている。これらアンテナ素子４２ａ、４４ａによって、１つのダイポールアンテナが構成され、アンテナ素子４２ｂ、４４ｂによって、１つのダイポールアンテナが構成されている。
【００２２】
上記のスリットからさらに上方に８５ｍｍ（約０．７λ）の位置にもスリット（図示せず）が設けられている。その上下に、円筒状のアンテナ素子４６ａ、４６ｂ、４８ａ、４８ｂが、同軸線路４０ａ、４０ｂと同心に配置され、かつ同軸線路４０ａ、４０ｂの外部導体に接続されている。アンテナ素子４６ａ、４８ａによって１つのダイポールアンテナが構成され、アンテナ素子４６ｂ、４８ｂによって１つのダイポールアンテナが構成されている。
【００２３】
このスリットから更に上方に８５ｍｍの位置が同軸線路４０ａ、４０ｂの先端で、その下側に円筒状のアンテナ素子５０ａ、５０ｂが同軸線路４０ａ、４０ｂと同心に配置され、外部導体に接続されている。また、この同軸線路４０ａ、４０ｂの中心導体の先端にホイップアンテナ５２ａ、５２ｂが接続されている。これらホイップアンテナ５２ａ、５２ｂは、同軸線路４０ａ、４０ｂと同一直線上に位置している。アンテナ素子５０ａとホイップアンテナ５２ａとによって１つのダイポールアンテナが構成され、アンテナ素子５０ｂとホイップアンテナ５２ｂとによって１つのダイポールアンテナが構成されている。
【００２４】
円筒状のアンテナ素子４２ａ、４２ｂ、４４ａ、４４ｂ、４６ａ、４６ｂ、４８ａ、４８ｂ、５０ａ、５０ｂは、直径が１５ｍｍ（約０．１２λ）で、長さが２３ｍｍ（約０．１８λ）に、いずれもが形成されている。ホイップアンテナ５２ａ、５２ｂは、長さが２７ｍｍ（約０．２λ）のものである。
【００２５】
各アンテナ素子４２ａ、４４ａ、４２ｂ、４４ｂ、４６ａ、４８ａ、４６ｂ、４８ｂ、５０ａ、５２ａ、５０ｂ、５２ｂの間には、絶縁体製のスペーサ５４が設けられている。これは、内側筒状体３１ｂ内に、このスタック型同軸ダイポールアンテナ３２を配置したときに、これらが内側筒状体３１ｂの内面に接触して、各同軸ダイポールアンテナ３６ａ、３６ｂの姿勢を維持するためのものである。また、これらスペーサ５４は、例えば３ｍｍの厚さを有し、対をなすアンテナ素子４２ａ、４４ａの間、４２ｂ、４４ｂの間、４６ａ、４８ａの間、４６ｂ、４８ｂの間、５０ａ、５２ａの間、５０ｂ、５２ｂの間に、それぞれスペーサ５４の厚さ分だけスペースを維持するようにも機能している。
【００２６】
同軸線路４０ａ、４０ｂは、基板３４の内部に設けた合成器に接続され、この合成器の出力側が、基板３４の下面に設けた同軸コネクタ５６に接続されている。従って、給電用の同軸ケーブルは、同軸コネクタ５６に接続するだけでよく、個別に同軸ダイポールアンテナ３６ａ、３６ｂに接続する必要はない。
【００２７】
内側筒状体３１ｂ内に収容されたスタック型同軸ダイポールアンテナ３２が、外側筒状体３０の内部に挿入されている。その挿入は、同軸ダイポールアンテナ３６ａ、３６ｂの長さ方向が、外側筒状体３０の長さ方向に沿うように行われている。しかも、その挿入は、例えば図１（ｂ）に示すように、同軸ダイポールアンテナ３６ａ、３６ｂを繋ぐ直線が、外側筒状体３０の１本の対角線上に位置するように行われている。或いは、図１（ｃ）に示すように、同軸ダイポールアンテナ３６ａ、３６ｂを繋ぐ直線が、外側筒状体３０の長辺に沿うように、かつ短辺の中央に位置するように行われている。内側筒状体３１ｂが円筒状に構成されているので、図１（ｂ）から図１（ｃ）の状態、或いは図１（ｃ）から図１（ｂ）の状態への変更は、容易に行える。
【００２８】
図４（ａ）は、図１（ｂ）に示すように同軸ダイポールアンテナ３６ａ、３６ｂを対角線上に配置したときの２４５０ＭＨｚにおける水平面指向性を示している。同図（ｂ）は、図１（ｃ）に示すように同軸ダイポールアンテナ３６ａ、３６ｂを外側筒状体３０の一辺に平行に配置したときの２４５０ＭＨｚにおける水平面指向性を示している。
【００２９】
図１（ｃ）に示すように配置した場合、筒状体の両対角線に沿う方向での利得が低下している。これは、両対角線の延長上にある各角の厚みが、他の部分の厚みに２の平方根を乗算した値（他の部分の厚みが１０ｍｍの場合、約１４ｍｍ）と厚くなっているので、その分だけ、電波の反射や、これら角を通過する際に生じる損失が多くなるからと、上述したように、外側筒状体３０の壁に垂直に向かう電波と、これよりも角部に近い壁に向かう電波と、角部に向かう電波とを比較すると、外側筒状体３０の壁に垂直に向かう電波から、角部に向かう電波まで、徐々に伝搬距離が長くなるからである。また、横方向では、同軸ダイポールアンテナ３６ａ、３６ｂの距離が影響して、互いに打ち消しあって、利得が減少していると考えられる。その結果、図４（ｂ）に示すように、前後方向に大きな利得を示す水平面指向性となる。
【００３０】
一方、図１（ｂ）に示すように対角線上に配置した場合、利得が低下しやすい角方向に同軸ダイポールアンテナ３６ａ、３６ｂを接近して配置しているので、角方向の利得を上げることができる。そして、両同軸ダイポールアンテナ３６ａ、３６ｂの間隔を適切に調整することによって、図４（ａ）に示すように、無指向性に近い水平面指向性を持たすことができる。
【００３１】
なお、図１（ｂ）または（ｃ）に示すように同軸ダイポールアンテナ３６ａ、３６ｂの位置を変更することによって水平面指向性を変化させることができる。
【００３２】
図５（ａ）は、図１（ｂ）に示すように同軸ダイポールアンテナ３６ａ、３６ｂを配置した場合の周波数対ＶＳＷＲ特性を示し、同図（ｂ）は同じく周波数対利得特性を示し、同図（ｃ）は同じく２４５０ＭＨｚにおける水平面指向性を示し、同図（ｄ）は同じく２４５０ＭＨｚにおける垂直面指向性を示している。
【００３３】
ＶＳＷＲは２４００ＭＨｚにおいて１．４であり、２４５０ＭＨｚにおいて１．２であり、２５００ＭＨｚにおいて１．４であるので、充分に実用となるＶＳＷＲをこのアンテナにおいて実現することができる。また、２４００ＭＨｚ、２４５０ＭＨｚにおいて約４ｄＢの利得を、２５００ＭＨｚで約４．６ｄＢの利得をそれぞれ実現しているので、利得の面からも充分に実用となるアンテナである。また、水平面指向性はほぼ無指向性を示しているので、例えば無線ＬＡＮ等のように様々な方向から到来する電波を良好に受信する場合に適している。
【００３４】
上記の実施の形態では、スタック型同軸ダイポールアンテナ３２は、２本の同軸ダイポールアンテナ３６ａ、３６ｂによって構成したが、更に多くの同軸ダイポールアンテナを使用してスタック型同軸ダイポールアンテナを構成することもできる。例えば、同軸ダイポールアンテナ３６ａ、３６ｂと同一の構成の２本の同軸ダイポールアンテナを、同軸ダイポールアンテナ３６ａ、３６ｂと直交する直線上に配置して、外側筒状体３０のもう一方の対角線上にも１対の同軸ダイポールアンテナを配置することもできる。また、上記の実施の形態では、コリニアアンテナとして、同軸ダイポールアンテナを使用したが、これに限ったものではなく、他のコリニアアンテナを使用することもできる。上記の実施の形態では、筒状体をＦＲＰ製としたが、他の合成樹脂製のものを使用することもできる。上記の実施の形態では、外側筒状体３０は、横断面形状を正方形状としたが、長方形状とすることもできるし、他の多角形状とすることもできる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、角型の筒状体内に、少なくとも１対のコリニアアンテナを挿入し、その配置を調整することによって、所望の指向特性を有するアンテナを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態のアンテナの斜視図、及び内部のスタック型同軸ダイポールアンテナの異なる配置における平面図である。
【図２】図１のアンテナにおいて使用されているスタック型同軸ダイポールアンテナの斜視図である。
【図３】図２のスタック型同軸ダイポールアンテナを内側筒状体内に収容した状態の縦断面図である。
【図４】図１のアンテナにおいて、内部のスタック型同軸ダイポールアンテナを異なる配置とした場合の水平面指向性図である。
【図５】図１のアンテナにおける周波数対ＶＳＷＲ特性図、同周波数対利得特性図、同水面指向性図及び垂直面指向性図である。
【図６】本発明の参考例のアンテナの斜視図及び平面図である。
【図７】図６のアンテナにおいて使用する同軸ダイポールアンテナの斜視図である。
【図８】図６のアンテナの水平面指向性図及び垂直面指向性図である。
【符号の説明】
３０ 筒状体
３２ スタック型同軸ダイポールアンテナ（コリニアアンテナの対）
３６ａ ３６ｂ 同軸ダイポールアンテナ

Claims (4)

1. 内部が中空で、横断面形状が角型の合成樹脂製の筒状体と、
   この筒状体内に、前記筒状体の長さ方向に沿って配置され、互いの間に所定の間隔を有する少なくとも１対のコリニアアンテナとを、
   具備し、前記少なくとも１対のコリニアアンテナを繋ぐ線が、前記筒状体の１つの対角線上に位置し、かつ前記少なくとも１対のコリニアアンテナが前記筒状体の角に接近して位置する状態と、前記少なくとも１対のコリニアアンテナを繋ぐ線が、前記筒状体の一辺にほぼ平行に位置する状態とのうち、選択されたものをとるように、前記筒状体に対する前記少なくとも１対のコリニアアンテナの位置関係を変更可能に構成されたアンテナ。
2. 請求項１記載のアンテナにおいて、前記少なくとも１対のコリニアアンテナは、これらが設置されている基板において、前記少なくとも１対のコリニアアンテナの出力信号が合成されているアンテナ。
3. 請求項１記載のアンテナにおいて、前記少なくとも１対のコリニアアンテナは、前記筒状体内に配置された基板上に設けられているアンテナ。
4. 請求項１記載のアンテナにおいて、前記筒状体の内部において別の筒状体によって前記少なくとも１対のコリニアアンテナが包囲され、その内部に前記少なくとも１対のコリニアアンテナの姿勢維持用スペーサが設けられているアンテナ。

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