JP4737280B2 - アンテナユニット及びアンテナシステム - Google Patents

Description

本発明は、ダイポールアンテナを有するアンテナユニット及びアンテナシステムに関するものである。

ダイポールアンテナは、例えば、ＶＨＦ帯の送信アンテナとして適している。このため、ダイポールアンテナは、これまでＶＨＦ帯の地上アナログテレビ放送の送信アンテナとして用いられている。従来のＶＨＦ帯のテレビ放送用の送信アンテナでは、ダイポールアンテナを４面配置して無指向性を確保しつつ、高さ方向に多段設置したものが一般的である。このようなＶＨＦ帯の地上アナログテレビ放送の送信アンテナは、例えば、非特許文献１に記載されている。
清水 保定、写真で学ぶアンテナ、財団法人電気通信振興会、２００２年５月２７日

従来のテレビ放送用の送信アンテナは、アンテナ１面の重量が約７５ｋｇと重く、また、アンテナ１面の幅が１ｍ程度あるため、このようなアンテナを高さ方向に多段に組み付けるためには、巨大な鉄塔が必要であり、ビルなどの屋上に簡易にアンテナを設置したり、小鉄塔に設置したりすることは困難であった。
ただし、テレビ放送用の送信アンテナは、それほど多数設置されるものではなないため、アンテナが組み付けられる鉄塔が、巨大であっても許容されていた。

一方、テレビ放送が、地上アナログ放送から地上デジタル放送に移行するのに伴って、ＶＨＦ帯が他の用途に開放されると、テレビ放送の場合よりも、アンテナを多くの場所に設置することが求められる可能性がある。ところが、上述のように、従来は、巨大な鉄塔にアンテナを組み付けたものしかなく、ビルなどの屋上に簡易にアンテナを設置したり、小鉄塔に設置したりするための技術が存在しなかった。
そこで、本発明は、アンテナシステムを小型化するための新たな技術を提供することを目的とする。

（１）本発明の一つは、取付支柱に一段設置されるアンテナユニット又は多段設置されるアンテナのうちの一つの段を構成するアンテナユニットに関するものである。このアンテナユニットが取付支柱に取り付けられて、アンテナシステムが構成される。
すなわち、本発明は、取付支柱に取り付けられるアンテナユニットであって、給電部を有するダイポール本体部及び前記ダイポール本体に接続された折り返し部を有する２つの折り返しダイポールアンテナと、無線機から延びる主給電線が接続される給電線接続部と、前記給電線接続部から前記２つの折り返しダイポールアンテナそれぞれの前記給電部へと電気的に並列となって設けられている給電線と、を備え、前記２つの折り返しダイポールアンテナの合成インピーダンスが、前記主給電線のインピーダンスと略一致しており、前記取付支柱の断面中心を座標中心とする水平面の直交座標系を仮定したときに、前記直交座標系の４つの象限の全てに、前記２つの折り返しダイポールアンテナの前記ダイポール本体部又は折り返し部のいずれかが存在するように、前記２つの折り返しダイポールアンテナが保持されていることを特徴とするアンテナユニットである。

上記本発明のアンテナユニットによれば、アンテナユニットは、無線機からの主給電線が接続される給電線接続部を備えているため、アンテナユニットが２つの折り返しダイポールアンテナを有していても、個々の折り返しダイポールアンテナにそれぞれ給電線を接続する必要はなく、主給電線を給電線接続部へ接続すれば足りる。したがって、アンテナユニットへ延びる給電線の数を少なくできる。
さらに、本発明では、前記２つの折り返しダイポールアンテナの合成インピーダンスが、前記主給電線のインピーダンスと略一致しているため、２つの折り返しダイポールアンテナがあっても、インピーダンス整合をとるための整合トランスが不要であり、小型化が図られている。
つまり、本発明では、個々の折り返しダイポールアンテナのインピーダンスが、主給電線のインピーダンスよりも大きく設定されており、これにより並列的な接続関係にある２つの折り返しダイポールアンテナの合成インピーダンスが、主給電線のインピーダンスと略一致するまで小さくなっている。
なお、複数の折り返しダイポールアンテナの個々のインピーダンスを、略同じ値にした場合、折り返しダイポールアンテナの数をｎとし、主給電線のインピーダンスをＺとすると、個々の折り返しダイポールアンテナのインピーダンスは、Ｚの略ｎ倍とすればよい。この場合、複数の折り返しダイポールアンテナの合成インピーダンスは、略Ｚとなり、主給電線のインピーダンスと略一致する。
また、折り返しダイポールアンテナは、そのエレメントの各部の形状を調整することによって、インピーダンスを調整することが容易であり、２つの折り返しダイポールアンテナの合成インピーダンスを、主給電線のインピーダンスと略一致させる上で、有利である。
そして、前記取付支柱の断面中心を座標中心とする水平面の直交座標系を仮定したときに、前記直交座標系の４つの象限の全てに、前記２つの折り返しダイポールアンテナの前記ダイポール本体部又は折り返し部のいずれかが存在するように、前記２つの折り返しダイポールアンテナが保持されているので、取付支柱が、指向性を阻害しにくくなり、多方向の指向性が確保される。

（２）また、本発明は、取付支柱に取り付けられるアンテナユニットであって、給電部を有するダイポール本体部及び前記ダイポール本体に接続された折り返し部を有する複数の折り返しダイポールアンテナと、無線機から延びる主給電線が接続される給電線接続部と、前記給電線接続部から複数の折り返しダイポールアンテナそれぞれの前記給電部へと電気的に並列となって設けられている給電線と、を備え、前記複数の折り返しダイポールアンテナの合成インピーダンスが、前記主給電線のインピーダンスと略一致しており、前記取付支柱に取り付けられたときに、前記ダイポール本体部及び前記折り返し部によって囲まれた面が地面に対して略垂直な面となるとともに、前記複数の折り返しダイポールアンテナの前記略垂直な面それぞれが、前記取付支柱の外周面に対向するように、前記複数の折り返しダイポールアンテナが保持されていることを特徴とするアンテナユニットである。

上記本発明のアンテナユニットによれば、アンテナユニットは、無線機からの主給電線が接続される給電線接続部を備えているため、アンテナユニットが複数の折り返しダイポールアンテナを有していても、個々の折り返しダイポールアンテナにそれぞれ給電線を接続する必要はなく、主給電線を給電線接続部へ接続すれば足りる。したがって、アンテナユニットへ延びる給電線の数を少なくできる。
さらに、本発明では、前記複数の折り返しダイポールアンテナの合成インピーダンスが、前記主給電線のインピーダンスと略一致しているため、複数の折り返しダイポールアンテナがあっても、インピーダンス整合をとるための整合トランスが不要であり、小型化が図られている。
つまり、本発明では、個々の折り返しダイポールアンテナのインピーダンスが、主給電線のインピーダンスよりも大きく設定されており、これにより並列的な接続関係にある複数の折り返しダイポールアンテナの合成インピーダンスが、主給電線のインピーダンスと略一致するまで小さくなっている。
なお、複数の折り返しダイポールアンテナの個々のインピーダンスを、略同じ値にした場合、折り返しダイポールアンテナの数をｎとし、主給電線のインピーダンスをＺとすると、個々の折り返しダイポールアンテナのインピーダンスは、Ｚの略ｎ倍とすればよい。この場合、複数の折り返しダイポールアンテナの合成インピーダンスは、略Ｚとなり、主給電線のインピーダンスと略一致する。
また、折り返しダイポールアンテナは、そのエレメントの各部の形状を調整することによって、インピーダンスを調整することが容易であり、複数の折り返しダイポールアンテナの合成インピーダンスを、主給電線のインピーダンスと略一致させる上で、有利である。
そして、前記アンテナユニットが前記取付支柱に取り付けられたときに、前記ダイポール本体部及び前記折り返し部によって囲まれた面が地面に対して略垂直な面となるとともに、前記複数の折り返しダイポールアンテナの前記略垂直な面それぞれが、前記取付支柱の外周面に対向するように、前記複数の折り返しダイポールアンテナが保持されている。このため、ダイポール本体部及び前記折り返し部によって囲まれた面が略垂直な面となることで、アンテナユニットは、垂直偏波アンテナを構成する。この場合、個々の折り返しダイポールアンテナに着目すると、個々の折り返しダイポールアンテナは、無指向性であるが、取付支柱が反射板の役割を果たして、取付支柱側への電波放射が阻害される。ただし、複数の折り返しダイポールアンテナが、取付支柱の周囲に位置するため、水平面全方向への放射（水平面無指向性）を確保し易くなる。

（３）また、アンテナユニットは、前記複数の折り返しダイポールアンテナが、前記取付支柱に取り付けられたときに前記取付支柱の略同一高さにおいて前記取付支柱の周囲に位置するように、前記複数の折り返しダイポールアンテナを保持する保持部材を、更に備えているのが好ましく、この場合、複数の折り返しダイポールアンテナが、取付支柱の同一高さにおいて取付支柱の周囲に位置する。したがって、取付支柱を中心とする多方向への指向性が確保される。

（４）上記（２）において、前記ダイポール本体部と前記折り返し部との間隔が、前記取付支柱の横幅と略同程度又は前記取付支柱の横幅よりも大きく設定されているのが好ましい。この場合、取付支柱が、指向性を阻害しにくくなり、水平面全方向への放射（水平面無指向性）を確保し易くなる。

（５）したがって、例えば、二つの折り返し折り返しダイポールアンテナを、取付支柱を挟んで対向配置させるだけで、アンテナユニット全体としては無指向性が確保できる。

（６）前記折り返しダイポールアンテナの前記折り返し部の長手方向中央を、前記取付支柱に接地するための接地手段を備えているのが好ましい。この場合、アンテナが接地されるため、耐雷特性が良好となる。
（７）折り返しダイポールアンテナは、ダイポール本体部の長手方向長さと、折り返し部の長手方向長さと、が異なっているのが好ましい。ダイポール本体部と折り返し部の長さを変えることで、アンテナのインピーダンスの調整が容易となる。

（８）他の観点からみた本発明は、複数のアンテナユニットを、取付支柱の高さ方向に並べて設けたアンテナシステムである。このアンテナシステムにおける前記アンテナユニットは、前記（１）〜（７）のいずれか１項に記載のアンテナユニットであり、前記アンテナシステムの入力原点から、前記複数のアンテナユニットへ並列的に給電するための主給電線を備え、前記主給電線は、前記複数のアンテナユニットの各給電線接続部に接続されている。

上記本発明によれば、複数のアンテナユニットを、取付支柱の高さ方向に並べられて多段化しており、利得を高くすることができる。複数のアンテナユニットへ並列的に給電するための主給電線を備えており、進行波型給電型ではないため、周波数により垂直面の指向性方向（チルト角）が変化するなどの問題を回避できる。

（９）前記アンテナシステムの入力原点から、前記複数のアンテナユニットの各給電線接続部までの主給電線の各長さは、前記取付支柱の高さ方向に隣接する他のアンテナユニットについての前記長さとの差が、アンテナユニットによって送信又は受信される電波の１波長よりも短くなるように設定されているのが好ましい。この場合、前記長さの差が隣接するアンテナユニット間で１波長未満であるため、周波数が多少変化しても、波長飛びがなく、チルト角の変化を防止できる。

（１０）前記複数のアンテナユニットは、それぞれ、前記取付支柱に取り付けるための取付部を備えているのが好ましい。この場合、各アンテナユニットを、それぞれ、取付支柱に取り付けることができる。したがって、取付支柱及び複数のアンテナユニットそれぞれをバラバラにしてアンテナ設置場所に運搬し、設置場所にて、取付支柱に各アンテナユニットを組み付けることができる。

本発明によれば、小型化したアンテナユニット及びアンテナシステムが得られる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
［１．アンテナシステムの全体構成］
図１は、本発明に係るアンテナシステム１を、建物Ｂの屋上に設置した例を示している。このアンテナシステム１は、ＶＨＦ帯の垂直偏波無指向アンテナであり、利得を高くするため、取付支柱２の高さ方向に、複数のアンテナユニット３を設けて構成されている。

前記取付支柱２は、直径が４０〜１１４．３ｍｍ程度であって、高さが５〜６ｍ程度の円柱状の金属性ポールであり、従来のテレビ用鉄塔に比べて小型化されている。なお、支柱の形状は円形に限定されず、四角柱などであってもよい。
この支柱２は、複数の分割支柱２ａ，２ｂを高さ方向に接続して構成されている。したがって、複数の分割支柱２ａ，２ｂが分離した状態で、アンテナシステムの設置現場まで運搬することが可能である。

図１に示す本実施形態では、アンテナユニット３は、取付支柱２に４段（４個）設けられている。図２にも示すように、アンテナシステム１は、無線機（送受信機）４の給電線端子（同軸ケーブル端子）４ａから各アンテナユニット３の間を並列的に接続する給電線（主給電線）５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを有している。これらの主給電線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、それぞれ、例えば同軸ケーブルによって構成されている。

複数の主給電線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、これら複数の主給電線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの一端側をまとめて無線機４の給電線端子（同軸端子）４ａに接続するための無線機側端部（アンテナシステムの入力原点）６ｅと、各主給電線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの他端側を、複数のアンテナユニット３それぞれに設けられた給電線接続部（同軸端子）３５に接続するためのアンテナユニット側端部６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄと、を備えている。なお、本実施形態では、入力原点６ｅから、複数の主給電線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが、スター型（放射状）に延びているが、入力原点６ｅから１本の主給電線が延び、その先で、２本の主給電線に分岐し、その２本の主給電線がさらにそれぞれ２本に分岐して計４本の主給電線となるトーナメント型であってもよい。

［２．アンテナユニットの構成］
各アンテナユニット３は、図３に示すように、複数（本実施形態では２個）の折り返しダイポールアンテナ３１，３２を有している。各折り返しダイポールアンテナ３１，３２は、それぞれ、ダイポール本体部３１ａ，３２ａと、折り返し部３１ｂ，３２ｂと、を有している。ダイポール本体部３１ａ，３２ａと、折り返し部３１ｂ，３２ｂとは、その長手方向両端（上下両端）において、接続部３１ｃ，３２ｃを介して、接続されている。
なお、ダイポール本体部３１ａ，３２ａ、折り返し部３１ｂ，３２ｂ、及び接続部３１ｃ、３２ｃは、アルミ、真鍮等の銅合金、又は鉄などの金属材料（導電体）の棒材又は板材よりなる。

この折り返しダイポールアンテナ３１，３２の長手方向（上下方向）の長さは、０．４７λ（略波長）の長さに設定されている。例えば、ＶＨＦ帯である２１４ＭＨｚの場合、波長λ＝約１４００ｍｍ（１４００．９）であるから、折り返しダイポールアンテナ３１，３２の長手方向の長さは、６６０ｍｍ程度となる。

本実施形態では、アンテナ素子として、折り返しダイポールアンテナ３１，３２を用いたが、折り返し部を有しない通常のダイポールアンテナを用いても良い。ただし、折り返しダイポールアンテナの場合、バルン回路を省略しても帯域を広くとれるため有利である。

前記ダイポール本体部３１ａ，３２ａは、それぞれ、長手方向中央（上下方向中央）に給電部３１ｄ，３２ｄを有している。
各給電部３１ｄ，３２ｄは、給電線側に接続される一対の端子部３１ｄ−１，３１ｄ−２，３２ｄ−１，３２ｄ−２が、ダイポール本体部３１ａ，３２ａの長手方向に間隔を持って配置されることで構成されている。

すなわち、ダイポール本体部３１ａ，３２ａは、それぞれ、給電部３１ｄ，３１ｄを挟んで、長手方向一方側にある第１本体部３１ａ−１，３２ａ−１と、長手方向他方側にある第２本体部３１ａ−２，３２ａ−２とを有し、第１本体部３１ａ−１，３２ａ−１の第２本体部３１ａ−２，３２ａ−２側端部には、第１端子部３１ｄ−１，３２ｄ−１が設けられ、第２本体部３１ａ−２，３２ａ−２の第１本体部３１ａ−１，３２ａ−１側端部には、第２端子部３１ｄ−２，３２ｄ−２が設けられている。

各折り返しダイポールアンテナ３１，３２は、長手方向が、垂直方向（鉛直方向）に向けられており、それぞれ垂直偏波アンテナとして機能する。

前記第１端子部３１ｄ−１，３２ｄ−１と第２端子部３１ｄ−２，３２ｄ−２との間には、絶縁部材（合成樹脂材）３１ｅ，３２ｅが取り付けられている。絶縁部材３１ｅ，３２ｅが設けられていることにより、第１端子部３１ｄ−１，３２ｄ−１と第２端子部３１ｄ−２，３２ｄ−２との間の間隔を確保しつつも、ダイポール本体部３１ａ，３２ａ及び絶縁部材３１ｅ，３２ｅが１本の連続した棒状となり、折り返しダイポールアンテナ３１，３２全体としては、開放部が存在しない閉じたループ状となり、簡易な構造で高い強度が得られる。

また、絶縁部材３１ｅ，３２ｅと、折り返し部３１ｂ，３２ｂの長手方向中央との間には、補強部材（第２接続部材）３１ｆ，３２ｆが設けられている。この補強部材３１ｆ，３２ｆは、ダイポール本体部３１ａ，３１ｂなどと同様にアルミ、真鍮等の銅合金、又は鉄などの金属材料（導電体）の棒材又は板材よりなり、折り返しダイポールアンテナ３１，３２の長手方向中央部において接続部３１ｃ，３２ｃと平行に配置されている。
この補強部材３１ｆ，３２ｆによって折り返しダイポールアンテナ３１，３２全体の強度が更に向上している。
なお、補強部材３１ｆ，３２ｆは、導電性であるが、折り返しダイポールアンテナ３１，３２の長手方向中央に位置するため、補強部材３１ｆ，３２の存在がアンテナ性能に与える影響は少ない。

前記絶縁部材３１ｅ，３２ｅには、第１の折り返しダイポールアンテナ３１と第２の折り返しアンテナ３２とを保持するための保持部材３３が取り付けられている。

保持部材３３は、２個の折り返しダイポールアンテナ３１，３２を一体的に保持して、アンテナユニット３を一体的に取付支柱２に取り付けるためのものである。この保持部材３３は、取付支柱２に取り付けられた状態において水平方向（横方向）に延びる棒状の部材であり、その長手方向両端に２個の折り返しダイポールアンテナ３１，３２（の絶縁部材３１ｅ，３２ｅ）が取り付けられている。
したがって、保持部材３３は、アンテナユニット３が、取付支柱２に取り付けられたときに、複数の折り返しダイポールアンテナ３１，３２を、取付支柱２の略同じ高さ位置に保持する。

上記のように、個々の折り返しダイポールアンテナ３１，３２は、簡易な構造で高い強度が確保されているため、軽量かつ強固であり、両アンテナ３１，３２を単に１本の棒材である保持部材３３で繋いで、その保持部材３３を取付支柱２に取り付けても、取付支柱２への確実な固定が可能である。

図４に示すように、保持部材３３は、取付支柱２への取付面３３ａに、取付突起３３ｂを有しており、突起３３ｂを取付支柱２に形成された挿入孔２ａに挿入することで、アンテナユニット１が取付支柱２に位置決めして取り付けられ、保持部材３３及び取付支柱２は溶接によって固定される。なお、アンテナユニット１を取付支柱２に取り付けるための取付部としては、前記取付突起３３ｂに限られず、ボルト等の締結具であってもよい。

保持部材３３は、絶縁部材３１ｅ，３２ｅを介して、折り返しダイポールアンテナ３１，３２に取り付けられているため、保持部材３３の強度を確保するため保持部材３３を金属製としても、保持部材３３が、折り返しダイポールアンテナ３１，３２のダイポール本体部３１ａ，３１ｂに対して電気的に絶縁状態にあり、アンテナ性能への悪影響が回避されている。
また、前記補強部材（第２接続部材）３１ｆ、３２ｆは、その長手方向一端側が、折り返し部３１ｂ，３２ｂの長手方向中央に電気的（ＤＣ的）に接続されるとともに、その長手方向他端が、絶縁部材３１ｅ，３２ｅに取り付けられた保持部材３３に電気的（ＤＣ的）に接続されている。そして、保持部材３３は、取付支柱２に取り付けられたときに、その取付面３３ａが、取付支柱２に接触する。したがって、折り返し部３１ｂ，３２ｂは、接地手段を構成する補強部材３１ｆ，３２ｆ及び保持部材３３を介して、取付支柱２に電気的に接続され、当該取付支柱２に接地されていることになる。これにより、主給電線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの内外導体は、取付支柱２に接地されることになり、耐雷特性が良好となる。

アンテナユニット２は、さらに、２個の折り返しダイポールアンテナ３１，３２にそれぞれ給電するための給電ユニット３４を備えている。
図５にも示すように、この給電ユニット３４は、無線機４から延びる主給電線（同軸ケーブル）５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄのアンテナユニット側端部６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄが接続される給電線接続部３５と、前記給電線接続部から分岐して複数のダイポールアンテナ３１，３２それぞれの給電部３１ｄ，３２ｄに並列的に延びる分岐給電線３６と、を有している。

本実施形態では、一つのアンテナユニット３は、複数のダイポールアンテナ３１，３２を有しているが、複数のダイポールアンテナ３１，３２のための共通の給電線接続部３５を有しているため、無線機４から並列的に延び給電線（主給電線）としては、複数のダイポールアンテナ３１，３２の数に応じた本数（本実施形態では８本）が必要なわけではなく、アンテナユニット３の数に応じた本数（本実施形態では４本）があれば足りる。

前記給電線接続部３５は、主給電線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが同軸ケーブルである場合、当該同軸ケーブルの接続端子（アンテナユニット側端部６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）が接続可能な同軸端子３５ａを有しているとともに、当該同軸端子３５ａから分岐給電線３６に延びる主幹給電線３５ｂを有している。この主幹給電線３５ｂは、主給電線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄと同様に内導体及び外導体を有しており、これらの内導体及び外導体が同軸状に配置された同軸管として形成されている。主幹給電線３５ｂの内導体及び外導体には、主給電線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの内導体及び外導体が、同軸端子３５ａを介して接続される。

この主幹給電線３５ｂのインピーダンスは、主給電線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄのインピーダンスと略一致するように設定されており、例えば、主給電線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄのインピーダンスが５０Ωであれば、主幹給電線３５ｂも５０Ωとされている。したがって、主幹給電線３５ｂと主給電線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄとはインピーダンス整合がとれており、これらの間に整合トランスは不要である。このため、主幹給電線３５ｂは、波長に関係なく短くでき、取り付けに必要な最低限の寸法まで短くすることができる。
なお、一般的に、同軸ケーブルのインピーダンスは、５０Ωか７５Ωである。

前記分岐給電線３６は、分岐部３７を介して、前記主幹給電線３５ｂから二股分岐している。分岐給電線３６は、第１折り返しダイポールアンテナ３１側へ分岐する第１分岐給電線３６ａと、第２折り返しダイポールアンテナ３２側へ分岐する第２分岐給電線３６ｂとを有している。

第１及び第２分岐給電線３６ａ，３６ｂは、それぞれ、主幹給電線３５ｂと同様に、内導体及び外導体を有しており、これらの内導体及び外導体が同軸状に配置された同軸管として形成されている。

第１及び第２分岐給電線３６ａ，３６それぞれのインピーダンスは、主幹給電線３５ｂ又は主給電線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄのインピーダンスの略２倍に設定されている。例えば、前記のように、主給電線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ及び主幹給電線３５ｂのインピーダンスが５０Ωであれば、第１及び第２分岐給電線３６ａ，３６ｂそれぞれのインピーダンスは、１００Ωとなる。

ここで、主幹給電線３５ｂないし主給電線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄからみて、第１及び第２分岐給電線３６ａ，３６ｂは、並列的に接続されている。したがって、主幹給電線３５ｂないし主給電線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄからみた、第１及び第２分岐給電線３６ａ，３６ｂの合成インピーダンスは、５０Ωとなる。
よって、主幹給電線３５ｂと分岐給電線３６とはインピーダンス整合がとれており、これらの間に整合トランスは不要である。

なお、同軸管（主幹給電線３５ｂ・分岐給電線３６ａ，３６ｂ）のインピーダンスは、内導体の径と外導体の径との比率によって決まる。したがって、内導体ないし外導体の径を適宜設定すれば、上記のような所望のインピーダンスが得られる。

第１及び第２分岐給電線３６ａ，３６ｂの先端は、それぞれ、２個の折り返しダイポールアンテナ３１，３２の給電部３１ｄ，３２ｄに接続されている。
具体的には、第１及び第２給電部３６ａ，３６ｂの内導体は、給電部３１ｄ，３２ｄの第１端子部３１ｄ−１，３２ｄ−１に接続されており、第１及び第２給電部３６ａ，３６ｂの外導体は、給電部３１ｄ，３２ｄの第２端子部３１ｄ−２，３２ｄ−２に接続されている。

前記第１分岐給電線３６ａの長さ（電気長）と、第２分岐給電線３６ｂの長さ（電気長）は、略一致するように設定されている。このように、長さを略一致させることで、両アンテナ３１，３２が等位相となる。
また、第１分岐給電線３６ａ（第１折り返しダイポールアンテナ３１）のインピーダンスと、第２分岐給電線３６ｂ（第２折り返しダイポールアンテナ３２）のインピーダンスとは、等しいため、第１分岐給電線３６ａと第２分岐給電線３６ｂとには電力が均等に分配される。また、電力分配比を代えるには、分配したい比率の逆数でかつ合成インピーダンスが５０Ωとなるように、第１分岐給電線３６ａ（第１折り返しダイポールアンテナ３１）のインピーダンスと、第２分岐給電線３６ｂ（第２折り返しダイポールアンテナ３２）のインピーダンスとを設定すればよい。
なお、折り返しダイポールアンテナ３１，３２の数は、本実施形態の２個に限定されるものではないが、複数の分岐給電線３６ａ，３６ｂへの均等分配を確保するには、２個が有利である。

前記第１分岐給電線３６ａに接続された第１折り返しダイポールアンテナ３１、及び前記第２分岐給電線３６ｂに接続された第２折り返しダイポールアンテナ３２それぞれのインピーダンスは、第１分岐給電線３６ａないし第２分岐給電線３６ｂと略一致するように設定されている。
例えば、前記のように、第１及び第２分岐給電線３６ａ，３６ｂそれぞれのインピーダンスが１００Ωであれば、第１及び第２折り返しダイポールアンテナ３１，３２それぞれのインピーダンスも１００Ωとなる。
よって、各折り返しダイポールアンテナ３１，３２と各分岐給電線３６ａ，３６ｂとはインピーダンス整合がとれており、これらの間に整合トランスは不要である。

また、各主給電線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ側から、折り返しダイポールアンテナ３１，３２をみると、各折り返しダイポールアンテナ３１，３２のインピーダンス（１００Ω）は、主給電線のインピーダンス（５０Ω）の略２倍となっている。
したがって、並列接続された２個の折り返しダイポールアンテナ３１，３２の合成インピーダンスは、５０Ωであり、主給電線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄのインピーダンス（５０Ω）と略一致する。このため、主給電線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄと折り返しダイポールアンテナ３１，３２との間には、整合トランスは不要である。

なお、折り返しダイポールアンテナ３１，３２のインピーダンスは、各エレメント３１ａ，３２ａ，３１ｂ，３２ｂ，３１ｃ，３２ｃの大きさを調整することで調整できる。具体的には、ダイポール本体３１ａ，３２ａ及び折り返し部３１ｂ，３２ｂの径、間隔、それぞれの長さ、接続部３１ｃ，３２ｃの位置（高さ（アンテナの長手）方向位置）を調整することで、インピーダンスを調整できる。また、ダイポール本体３１ａ，３２ａ及び折り返し部３１ｂ，３２ｂの長さを個別に調整することで、インピーダンスの調整がさらに容易になる。

［３．ダイポール本体部と折り返し部の詳細］
図６は、図４の平面図からダイポール本体部３１ａ，３２ａ、折り返し部３２ａ，３ｂ、及び取付支柱２を抜き出して描いたものである。
図６に示すように、取付支柱２の断面中心Ｏを座標中心とする水平面のＸＹ直交座標系を考える。このＸＹ直交座標系の４つの象限をそれぞれ、Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４とした場合、これらの４つの象限Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の全てに、ダイポール本体部３１ａ，３２ａ又は折り返し部３１ｂ，３２ｂのいずれかが存在している。
このような配置とすることで、取付支柱２の同一高さに配置されたアンテナ３１，３２だけからなるアンテナユニット３であっても、アンテナユニット３全体としては無指向性を確保できる。

すなわち、本実施形態のように、ダイポール本体部３１ａ，３２ａ及び折り返し部３１ｂ，３２ｂの長手方向が略垂直方向を向くように配置した場合、それぞれの折り返しダイポールアンテナ３１，３２は、水平面において無指向な垂直偏波無指向アンテナとなる。

また、この配置において、ダイポール本体部３１ａ，３２ａ及び折り返し部３１ｂ，３２ｂ（並びに接続部３１ｃ，３２ｃ）によって囲まれた面４０は、地面に対して略垂直な面となる。
本実施形態では、２個の折り返しダイポールアンテナ３１，３２が、取付支柱２を挟んで、対向配置となっており、２個の折り返しダイポールアンテナ３１，３２の略垂直な面４０は、それぞれ、取付支柱２の外周面に対向している。

したがって、個々のアンテナ３１，３２が、無指向性であっても、取付支柱２が金属性である場合には、この取付支柱２が反射板として機能し、個々のアンテナ３１，３２から取付支柱２へ向かう方向への電波放射が阻害される。

ところが、上記のように、取付支柱２を座標中心とする直交座標系の４つの象限Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４それぞれに、ダイポール本体部３１ａ，３２ａ及び折り返し部３１ｂ，３２ｂのいずれかが少なくとも一つ存在するように配置することで、取付支柱２によって阻害される電波放射が、他のアンテナによって補完される。したがって、アンテナユニット３全体としては、全方向への指向性を確保して、無指向性アンテナとすることができる。
つまり、例えば、一方のアンテナ３１のダイポール本体部３１ａから、他方のアンテナ３２の折り返し部３２ｂの方向へ放射される第１の電波は、取付支柱２により反射されて、他方のアンテナ３２の折り返し部３２ｂの方向へは伝わらないが、代わりに、他方のアンテナの折り返し部３２ｂから、一方のアンテナ３１のダイポール本体部３１ａｈ放射される第２の電波が、取付支柱２に反射されて、前記第１の電波の代わりとなるので、無指向性が確保できる。

また、さらに好ましくは、図６に示すように、取付支柱２を座標中心とする直交座標系の４つの象限Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４のうち、Ｘ１軸及びＸ２軸で挟まれた領域Ｅ１、及びＹ１軸及びＹ２軸で挟まれた領域Ｅ２を除く領域に、ダイポール本体部３１ａ，３２ａ又は折り返し部３１ｂ，３２ｂが存在するのがよい。
ここで、Ｘ１軸及びＸ２軸は、取付支柱２の中心Ｏを通るＸ軸を挟んで、取付支柱２のＹ軸方向の横幅Ｗ１分の間隔を持って配置された軸である。
また、Ｙ１軸及びＹ２軸は、取付支柱２の中心Ｏを通るＹ軸を挟んで、取付支柱２のＸ軸方向の横幅Ｗ２分の間隔を持って配置された軸である。

このように、４つの象限Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の各領域のうち、領域Ｅ１，Ｅ２を除く領域に、ダイポール本体部３１ａ，３２ａ又は折り返し部３１ｂ，３２ｂの少なくとも一部が配置されていると、図６のように、各象限Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４に、それぞれ、ダイポール本体部３１ａ，３２ａ又は折り返し部３１ｂ，３２ｂのいずれか一つだけが配置されていても、無指向性が、より確保し易くなってさらに好ましい。

図６のような配置を得るには、ダイポール本体部３１ａ，３２ａと折り返し部３１ｂ，３２ｂとの部との間の間隔（Ｘ方向の間隔；接続部３１ｃ，３２ｃの長さ）が、取付支柱２のＸ方向の横幅Ｗ２よりも大きくなるようにし、２個のダイポールアンテナ３１，３２の間隔（Ｙ方向の間隔）が、取付支柱２のＹ方向の間隔Ｗ１よりも大きくなるようにすればよい。
なお、ダイポール本体部３１ａ，３２ａと折り返し部３１ｂ，３２ｂとの部との間の間隔は、取付支柱２のＸ方向の横幅Ｗ２と略同程度であってもよいし、２個のダイポールアンテナ３１，３２の間隔（Ｙ方向の間隔）は、取付支柱２のＹ方向の間隔Ｗ１と略同程度であってもよい。

図７は、複数の折り返しダイポールアンテナ３１，３２の配置の変形例を示している。ここでは、一つのアンテナユニット３を構成する折り返しダイポールアンテナ３１，３２，４３の数は、３個である。図７の場合も、図６の場合と同様に、アンテナ３１，３２，４３の長手方向が垂直方向を向いており、その垂直面４０が、取付支柱２の外周面に対向している。また、３個の折り返しダイポールアンテナ３１，３２，４３は、取付支柱２の外周方向に沿って、均等間隔で配置されている。この場合も、アンテナユニット３全体としての無指向性が確保できる。

図７のような配置の場合、直交座標の４つの象限Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４のうち、Ａ２及びＡ３には、それぞれ二つのエレメント（ダイポール本体部及び折り返し部）が存在する。このように、図７の配置では、取付支柱２の周囲により多くのエレメントが存在するため、ダイポール本体部と折り返し部との間隔をやや小さくしたり、アンテナ３１，３２，４３を取付支柱２に近づけて配置しても、アンテナユニット３全体としては無指向性が確保し易い。

［４．アンテナシステムの組み立て方法］
組み立て前のアンテナシステム１は、複数（４個）のアンテナユニット３が取付支柱２に取り付けられておらず、バラバラであり、取付支柱２も、複数の分割支柱２ａ，２ｂが接続されておらず、バラバラである。

これらのアンテナユニット３及び分割支柱２ａ，２ｂは、バラバラのままで、アンテナシステムの設置場所（建物Ｂの屋上等）に運搬される。
ここで、１個のアンテナユニット３は、長手方向長さが、６６０ｍｍ程度であるため、建物Ｂのエレベータに収容でき、当該エレベータを利用して、屋上まで簡単に運搬できる。

また、分割支柱２ａ，２ｂも、エレベータに収容できる大きさにすることで、エレベータを利用して屋上まで運搬することができる。
例えば、ＶＨＦ帯の２１４ＭＨｚであれば、前述のように、波長λ＝約１４００ｍｍ（１４００．９ｍｍ）であり、アンテナユニット３を４個（４段）、取付支柱２に取り付けようとすると、取付支柱２全体の高さは５ｍ程度となる。
したがって、１本の取付支柱２を２本の分割支柱２ａ，２ｂで構成した場合、１本の分割支柱２ａ，２ｂの長さは、２．５ｍ程度となり、エレベータに収容して運搬することが可能である。なお、取付支柱２の分割数は、適宜設定すればよい。

バラバラのままで設置された分割支柱２ａ，２ｂは、アンテナシステム１の設置場所において、溶接又はボルト等の締結具によって、連結され、１本の取付支柱２が構成される。
また、取付支柱２又は連結前の分割支柱２ａ，２ｂには、アンテナユニット３が取り付けられ、溶接等によって固定される。支柱２に取り付けられるアンテナユニット３の数は特に限定されないが、アンテナユニット３を多段にすることで、利得を高くすることができる。

また、各アンテナユニット３には、無線機４から延びる４本の主給電線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが接続される。４本の給電線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの各長さ（電気長）は、取付支柱２の高さ方向に隣接する他のアンテナユニットに接続される他の給電線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの各長さとの差が、アンテナユニット３によって送受信される電波の１波長λよりも短くなるように設定されている。
つまり、第１主給電線５ａの長さと第２主給電線５ｂ長さとの差はλ未満であり、第２主給電線５ｂの長さと第３主給電線５ｃの長さとの差もλ未満であり、第３主給電線５ｃの長さと第４主給電線５ｄの長さとの差もλ未満である。
このように、主給電線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの長さを設定することで、周波数が多少変化しても、波長飛びがなく、チルト角の変化を防止できる。

前記主給電線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、無線機４から、取付支柱２の外表面上を沿わせて、各アンテナユニット３まで配設してもよいし、中空の取付支柱２の内部に通して、各アンテナユニット３にまで至るようにしてもよい。

主給電線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを取付支柱２の内部に配置すると、外観が良好となる。主給電線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを取付支柱２の内部に配置する場合、アンテナユニット３が取り付けられる各高さ位置において、主給電線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを、取付支柱２の外に引き出すための引出孔を設けるのが好ましい。これにより、主給電線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを取付支柱２の内部に配置しても、取付支柱２の外部にあるアンテナユニット３の給電線接続部３５に、主給電線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを接続することができる。

以上説明したように、上記本実施形態のアンテナシステム１によれば、アンテナユニット３を軽量化ができるため、取付支柱２を細径化できる。しかも、取付支柱２を細径化しため、少ない数のアンテナ３１，３２で無指向性を確保できる。また、アンテナユニット３を多段化しても、チルト角の変化を防止できる。

図８〜図１０は、上記実施形態の他の変形例に係るアンテナシステム１を示している。この変形例は、既述のものと異なる点は、給電ユニット３４の形状、及び折り返しダイポールアンテナ３１，３２の形状、及び主給電線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの形態であり、特に説明しない点は、既述のものと同様である。

図８及び図９に示すアンテナアンテナユニット３における給電ユニット３４では、分岐給電線３６ａ，３６ｂそれぞれが直線状に形成されており、給電ユニット３４全体で略Ｔ字状となっている。このように、給電ユニット３４の形状は特に限定されるものではない。

また、図８及び図９に示すアンテナアンテナユニット３における折り返しダイポールアンテナ３１，３２では、ダイポール本体部３１ａ，３２ａと、折り返し部３１ｂ，３２ｂの長手方向長さが異なっている。すなわち、折り返し部３１ｂ，３２ｂの方が、ダイポール本体部３１ａ，３２ａよりも長く形成されている。
このように、ダイポール本体部３１ａ，３２ａと、折り返し部３１ｂ，３２ｂの長手方向長さを異ならせることで、折り返しダイポールアンテナ３，３の全体の長手方向長さ、各アンテナエレメント３１ａ，３２ａ，３１ｂ，３２ｂ，３１ｃ，３２ｃの径、又はダイポール本体部３１ａ，３２ａと折り返し部３１ｂ，３２ｂとの間隔、接続部３１ｃ，３２ｃの位置（高さ（アンテナの長手）方向位置）の調整だけでは、インピーダンスを所望の値に調整することが困難な場合であっても、所望の値に調整することが容易となる。

図１０において、複数の主給電線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、それらの無線機側端部６ｅ側が、分岐回路７に接続され、１本の主給電線５ｅにまとめられて、無線機側端部６ｅに接続されている。分岐回路７を、アンテナユニット３の近傍に配置することで、複数の主給電線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを短くすることができる。

また、本発明に関して、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は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、本発明のアンテナシステムは、建物の屋上に設置するものに限られず、あらゆる場所に設置が可能である。また、取付支柱に取り付けられるアンテナユニットの数も特に限定されない。

建物の屋上に設置されたアンテナシステムを示す斜視図である。 複数のアンテナユニットへの主給電線の配線を示す図である。 アンテナユニットの斜視図である。 アンテナユニットの平面図である。 アンテナユニットの正面図である。 図４の取付支柱を座標中心とする水平面ＸＹ直交座標系を示す図である。 変形例におけるダイポール本体部と折り返し部の配置を示す図である。 他の変形例に係るアンテナユニットの斜視図である。 他の変形例に係るアンテナユニットの側面図である。 他の変形例に係るアンテナユニットへの主給電線の配線を示す図である。

１：アンテナシステム ２：取付支柱 ３：アンテナユニット ３１：折り返しダイポールアンテナ ３１ａ：ダイポール本体部 ３１ｂ：折り返し部 ３１ｃ：接続部 ３１ｄ：給電部 ３１ｄ−１：第１端子部 ３１ｄ−２：第２端子部 ３１ｅ：絶縁部材 ３１ｆ：補強部材 ３２：折り返しダイポールアンテナ ３２ａ：ダイポール本体部 ３２ｂ：折り返し部 ３２ｃ：接続部 ３２ｄ：給電部 ３２ｄ−１：第１端子部 ３２ｄ−２：第２端子部 ３２ｅ：絶縁部材 ３２ｆ：補強部材 ３３：保持部材 ３４：給電ユニット ３５：給電線接続部 ３６：分岐給電線 ４：無線機 ４ａ：端子 ５ａ：主給電線 ５ｂ：主給電線 ５ｃ：主給電線 ５ｄ：主給電線

Claims (10)

1. 取付支柱に取り付けられるアンテナユニットであって、
   給電部を有するダイポール本体部及び前記ダイポール本体に接続された折り返し部を有する２つの折り返しダイポールアンテナと、
   無線機から延びる主給電線が接続される給電線接続部と、
   前記給電線接続部から前記２つの折り返しダイポールアンテナそれぞれの前記給電部へと電気的に並列となって設けられている給電線と、
   を備え、
   前記２つの折り返しダイポールアンテナの合成インピーダンスが、前記主給電線のインピーダンスと略一致しており、
   前記取付支柱の断面中心を座標中心とする水平面の直交座標系を仮定したときに、
   前記直交座標系の４つの象限の全てに、前記２つの折り返しダイポールアンテナの前記ダイポール本体部又は折り返し部のいずれかが存在するように、前記２つの折り返しダイポールアンテナが保持されていることを特徴とするアンテナユニット。
2. 取付支柱に取り付けられるアンテナユニットであって、
   給電部を有するダイポール本体部及び前記ダイポール本体に接続された折り返し部を有する複数の折り返しダイポールアンテナと、
   無線機から延びる主給電線が接続される給電線接続部と、
   前記給電線接続部から複数の折り返しダイポールアンテナそれぞれの前記給電部へと電気的に並列となって設けられている給電線と、
   を備え、
   前記複数の折り返しダイポールアンテナの合成インピーダンスが、前記主給電線のインピーダンスと略一致しており、
   前記取付支柱に取り付けられたときに、前記ダイポール本体部及び前記折り返し部によって囲まれた面が地面に対して略垂直な面となるとともに、前記複数の折り返しダイポールアンテナの前記略垂直な面それぞれが、前記取付支柱の外周面に対向するように、前記複数の折り返しダイポールアンテナが保持されていることを特徴とするアンテナユニット。
3. 前記複数の折り返しダイポールアンテナが、前記取付支柱に取り付けられたときに前記取付支柱の略同一高さにおいて前記取付支柱の周囲に位置するように、前記複数の折り返しダイポールアンテナを保持する保持部材を、更に備えている請求項１又は２記載のアンテナユニット。
4. 前記ダイポール本体部と前記折り返し部との間隔が、前記取付支柱の横幅と略同程度又は前記取付支柱の横幅よりも大きく設定されている
   請求項２記載のアンテナユニット。
5. ２つの前記折り返しダイポールアンテナが、前記取付支柱を挟んで対向配置されている
   請求項４記載のアンテナユニット。
6. 前記折り返しダイポールアンテナの前記折り返し部の長手方向中央を、前記取付支柱に接地するための接地手段を備えている請求項１〜５のいずれか１項に記載のアンテナユニット。
7. ダイポール本体部の長手方向長さと、折り返し部の長手方向長さと、が異なっている請求項１〜６のいずれか１項に記載のアンテナユニット。
8. 複数のアンテナユニットを、取付支柱の高さ方向に並べて設けたアンテナシステムであって、
   前記アンテナユニットは、請求項１〜７のいずれか一項に記載のアンテナユニットであり、
   前記アンテナシステムの入力原点から、前記複数のアンテナユニットへ並列的に給電するための主給電線を備え、
   前記主給電線は、前記複数のアンテナユニットの各給電線接続部に接続されている
   ことを特徴とするアンテナシステム。
9. 前記アンテナシステムの入力原点から、前記複数のアンテナユニットの各給電線接続部までの主給電線の各長さは、前記取付支柱の高さ方向に隣接する他のアンテナユニットについての前記長さとの差が、アンテナユニットによって送信又は受信される電波の１波長よりも短くなるように設定されている
   請求項８記載のアンテナシステム。
10. 前記複数のアンテナユニットは、それぞれ、前記取付支柱に取り付けるための取付部を備えている
    請求項８又は９記載のアンテナシステム。

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