JP4895922B2

JP4895922B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP4895922B2
Application number: JP2007152923A
Authority: JP
Inventors: 研悟西本; 毅大島; 昌孝大塚; 学栗原; 嘉之茶谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-06-08
Filing date: 2007-06-08
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2027-06-08
Also published as: JP2008306566A

Description

この発明はアンテナ装置に関し、特に、垂直偏波が水平面で無指向性であるアンテナに関し、携帯電話、ＰＨＳ等の移動体通信基地局に使用されるコリニアアレーアンテナ等のアンテナ装置に関する。

移動体通信基地局用アンテナには、加入者容量の小さな基地局用として、垂直偏波の水平面無指向性が要求されることがある。この場合、基地局用アンテナでは利得を大きくしなければならないため、一般にはコリニアアレーアンテナが使用される。

コリニアアレーアンテナにおいては、素子アンテナを積み重ねる場合に、各素子アンテナの支持物や給電線が放射パターンに影響を与えないようにしなければならない。また、風圧に耐えうる必要があるため、アンテナの径を小さくする必要がある。

これらの条件を満足するためのコリニアアレーアンテナとして、直列給電法を採用したものが提案されている（例えば、特許文献１および２参照。）。

特許文献１では、同軸線路の外導体に空けられた複数個のスリットと、これらのスリットを覆う約１／２波長の複数個の導体パイプとを電磁結合させることにより、簡易な構造の直列給電コリニアアレーアンテナを得ている。

また、特許文献２では、誘電体基板の両面に放射素子とマイクロストリップ線路をほぼ１／２波長ごとに交互に直列に接続したコリニアアレーアンテナにおいて、放射素子に切り込み部分を設けることにより良好な反射特性を得ている。

特許第３２３２９４４号公報特開平９−１１６３２８号公報

基地局用アンテナでは、下方に存在する移動端末が通信対象となるため、水平面から下の方向へ主ビームをチルトさせる必要がある。直列給電の場合には、通常、所望の周波数帯域の中心周波数ｆ_０において、所望のチルト方向で各素子アンテナが放射する信号の位相が一致するように素子間隔を定める。すなわち、各素子が放射する信号は、所望のチルト方向の観測点で、中心周波数ｆ_０において隣接素子間で３６０°×ｎだけ位相差がある（ｎは１以上の整数）。したがって、中心周波数ｆ_０以外の周波数ｆにおいては、隣接素子間で３６０°×ｎ×ｆ／ｆ_０だけ位相差がつき、所望のチルト方向からビームがずれてしまう。このように、特許文献１および特許文献２に示された直列給電コリニアアレーアンテナでは、所望の周波数帯域が広い時に、帯域端の周波数で主ビーム方向が所望のチルト方向からずれるという問題点があった。

一方、並列給電法を採用した場合には、各素子が放射する信号は、所望のチルト方向の観測点で、中心周波数ｆ_０において隣接素子間で０度だけ位相差がある。したがって、中心周波数ｆ_０以外の周波数ｆにおいても、隣接素子間の位相差は０度であり、所望のチルト方向からビームがずれることはない。すなわち、所望の周波数帯域が広い場合でも、帯域端の周波数で主ビーム方向が所望のチルト方向からずれることはない。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、アンテナの支持物や給電線が放射パターンに影響を与えず、アンテナ径が小さく、所望の周波数帯域が広い場合でも主ビーム方向が所望の方向からずれることがないアンテナ装置を得ることを目的とする。

この発明は、ｎを２以上の整数、ｍをｎ以下の任意の正の整数とし、ｎ個の同軸線路と、中空内部を有し、その中空内部をｎ個の上記同軸線路が貫通し、使用周波数帯の中心周波数における電気長が約半波長の長さである、２^ｎ−１個の導体パイプとを備え、ｎ個の上記同軸線路は、ｍが（ｎ−１）以下の場合に、ｍ番目の上記同軸線路の外導体が、（ｍ＋１）番目の上記同軸線路の内導体を兼ねた多重同軸線路を構成し、ｍ番目の上記同軸線路の外導体に、上記同軸線路の伸長方向に対して略々垂直な方向に、ｍ番目の上記同軸線路の外導体を分断する２^ｍ−１個のスリットを設け、１番目の上記同軸線路の外導体に空けられた１個の上記スリットの一端において、１番目の上記同軸線路の外導体が、１番目の上記同軸線路の内導体に、上記同軸線路の伸長方向に対して略々垂直な方向に設けられた導体板を介して接続され、ｍが２以上の場合に、ｍ番目の上記同軸線路の外導体に空けられた２^ｍ−１個の上記スリットは、（ｍ−１）番目の上記同軸線路の外導体に空けられた２^ｍ−２個の上記スリットのうち最も近い位置にある上記スリットから遠い側の端において、ｍ番目の上記同軸線路の外導体が、ｍ番目の上記同軸線路の内導体に、上記同軸線路の伸長方向に対して略々垂直な方向に設けられた導体板を介して接続され、２^ｎ−１個の上記導体パイプを、ｎ番目の上記同軸線路の外導体に空けられた２^ｎ−１個の上記スリットを覆うように配置したことを特徴とするアンテナ装置である。

この発明は、ｎを２以上の整数、ｍをｎ以下の任意の正の整数とし、ｎ個の同軸線路と、中空内部を有し、その中空内部をｎ個の上記同軸線路が貫通し、使用周波数帯の中心周波数における電気長が約半波長の長さである、２^ｎ−１個の導体パイプとを備え、ｎ個の上記同軸線路は、ｍが（ｎ−１）以下の場合に、ｍ番目の上記同軸線路の外導体が、（ｍ＋１）番目の上記同軸線路の内導体を兼ねた多重同軸線路を構成し、ｍ番目の上記同軸線路の外導体に、上記同軸線路の伸長方向に対して略々垂直な方向に、ｍ番目の上記同軸線路の外導体を分断する２^ｍ−１個のスリットを設け、１番目の上記同軸線路の外導体に空けられた１個の上記スリットの一端において、１番目の上記同軸線路の外導体が、１番目の上記同軸線路の内導体に、上記同軸線路の伸長方向に対して略々垂直な方向に設けられた導体板を介して接続され、ｍが２以上の場合に、ｍ番目の上記同軸線路の外導体に空けられた２^ｍ−１個の上記スリットは、（ｍ−１）番目の上記同軸線路の外導体に空けられた２^ｍ−２個の上記スリットのうち最も近い位置にある上記スリットから遠い側の端において、ｍ番目の上記同軸線路の外導体が、ｍ番目の上記同軸線路の内導体に、上記同軸線路の伸長方向に対して略々垂直な方向に設けられた導体板を介して接続され、２^ｎ−１個の上記導体パイプを、ｎ番目の上記同軸線路の外導体に空けられた２^ｎ−１個の上記スリットを覆うように配置したことを特徴とするアンテナ装置であるので、多重同軸線路を用いた並列給電回路により電磁結合ダイポールを励振することで、アンテナの支持物や給電線が放射パターンに影響を与えず、アンテナ径が小さく、所望の周波数帯域が広い場合でも主ビーム方向が所望の方向からずれることがないという効果が得られる。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置について図１を参照しながら説明する。なお、本実施の形態においては、並列給電コリニアアレーアンテナを例に挙げて説明するが、この発明は、その場合に限定されないものとする。

図１（ａ）は、この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成を示した斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のアンテナ装置の中心軸３０と直線３１を通る面での断面を示した断面図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。図１（ａ）および（ｂ）において、１は導体材料から構成された導体パイプ、２は導体パイプ１を内部の空洞に収容した中空導体パイプ、３は導体パイプ１の上端に設けられ、導体パイプ１と中空導体パイプ２とを接続している円環状の円環導体板、４は中空導体パイプ２上に設けられ、中空導体パイプ２をそれの伸長方向に対して略々垂直な方向に分断する円環スリット、５は中空導体パイプ２を内部の空洞に収容した中空導体パイプ、６は中空導体パイプ２と中空導体パイプ５とを接続している円環導体板、７は中空導体パイプ５上に設けられ、中空導体パイプ５をそれの伸長方向に対して略々垂直な方向に分断する円環スリット、２０は中空導体パイプ５の一部分をそれぞれ内部の空洞に収容した２つの中空導体パイプである。円環スリット４，７、及び、円環導体板３，６は、それぞれ、導体パイプ１及び中空導体パイプ２，５の伸長方向に対して略々垂直な方向に設けられている。本実施の形態におけるアンテナ装置は、これらの１〜７及び２０で示される各構成要素から構成されている。なお、３０はアンテナ装置の中心軸、３１は中空導体パイプ５の直径方向に延びた直線である。

当該構成において、所望の使用周波数帯域の中心周波数をｆ_０とする。図１において、導体パイプ１と中空導体パイプ２とは第１の同軸線路を構成し、第１の同軸線路の内導体が導体パイプ１、外導体が中空導体パイプ２である。中空導体パイプ２上に、中心周波数ｆ_０における波長に比べて微小な円環スリット４が設けられている。また、円環スリット４の上端（または下端）において、円環導体板３を介して、導体パイプ１と中空導体パイプ２とを接続する。

中空導体パイプ２と中空導体パイプ５とは第２の同軸線路を構成し、第２の同軸線路の内導体が中空導体パイプ２、外導体が中空導体パイプ５である。中空導体パイプ５上に、中心周波数ｆ_０における波長に比べて微小な円環スリット７が２個設けられている。また、円環スリット７における、円環スリット４から見て遠い側の端において、円環導体板６を介して、中空導体パイプ２と中空導体パイプ５とを接続する。すなわち、図１の例においては、上側の円環スリット７については、円環スリット４が上側の円環スリット７の下方に設けられているため、円環スリット４から見た、上側の円環スリット７の遠い側の端は、円環スリット７の上端となる。同様に、下側の円環スリット７については、円環スリット４が、下側の円環スリット７の上方に設けられているため、円環スリット４から見た、下側の円環スリット７の遠い側の端は、円環スリット７の下端となる。従って、図１の例においては、中空導体パイプ２と中空導体パイプ５とは、上側の円環スリット７の上端、および、下側の円環スリット７の下端の２箇所において、円環導体板６を介して接続されている。

２個の中空導体パイプ２０は、２つの円環スリット７に対して１対１に設けられ、それぞれの円環スリット７を外部から覆う位置に配置されている。また、中空導体パイプ２０は、電気長を、使用周波数帯域の中心周波数ｆ_０において約半波長（１／２波長）の長さとし、放射用ダイポールとして動作する。

導体パイプ１、中空導体パイプ２、中空導体パイプ５の中心軸は、中心軸３０である。一方、中空導体パイプ２０の中心軸は、直線３０に必ずしも一致しないとする。図１の例においても、少しずれていることがわかる。また、第２の同軸線路における円環スリット７（下側の円環スリット７）から円環スリット４までの長さをｚ１、第２の同軸線路における円環スリット７（上側の円環スリット７）から円環スリット４までの長さをｚ２とする。

以上説明したように、本実施の形態におけるアンテナ装置は、第１の同軸線路及び第２の同軸線路と、内部に中空を有し、その中空内部を第１及び第２の同軸線路が貫通した、所望の周波数の中心周波数ｆ_０における電気長が約１／２波長の２個の中空導体パイプ２０とを備えている。第１の同軸線路の外導体（中空導体パイプ２）に空けられた円環スリット４の一方の端（図１の例では、上端）において、第１の同軸線路の外導体（中空導体パイプ２）は、第１の同軸線路の内導体（導体パイプ１）に、第１の同軸線路の伸長方向に略垂直に設けられた円環導体板３を介して接続されている。また、第２の同軸線路の外導体（中空導体パイプ５）に空けられた円環スリット７の、第１の同軸線路の外導体（中空導体パイプ２）に空けられた円環スリット４から遠い側の端において、第２の同軸線路の外導体（中空導体パイプ５）は、第２の同軸線路の内導体（中空導体パイプ２）に、第２の同軸線路の伸長方向に略垂直に設けられた円環導体板６を介して接続されている。すなわち、図１の例では、２つの円環スリット７の間に円環スリット４があるため、上側の円環スリット７においては上端で、下側の円環スリット７においては下端で、第２の同軸線路の外導体（中空導体パイプ５）は、第２の同軸線路の内導体（中空導体パイプ２）に接続されている。また、２個の中空導体パイプ２０は、第２の同軸線路の外導体（中空導体パイプ５）に空けられた２個の円環スリット７を覆うように配置されている。

次に動作について説明する。第１の同軸線路の導体パイプ１と中空導体パイプ２に注入された信号は、円環スリット４を介して、第２の同軸線路の円環スリット４の上方向と下方向へ分配される。この時、第２の同軸線路の特性インピーダンスを第１の同軸線路の半分とすれば、整合を取ることができる。また、分配された２つの信号は逆相となる。

上記２分配された信号は、円環スリット７に到達すると、円環スリット７には中空導体パイプ５の中心軸に平行な方向に電位差が生じる。中空導体パイプ２０の電気長は中心周波数ｆ_０において約半波長（約１／２波長）の長さとなっているので、中空導体パイプ２０は円環スリット７と電磁結合し、中空導体パイプ２０上に半波長ダイポールと類似の電流が生じ、アンテナ外部に電磁波が放射される。

仮に、長さｚ１とｚ２とが等しいとすると、円環スリット４で２分配された信号は逆相であるから、第２の同軸線路を通って上下の円環スリット７に到達した信号も逆相である。また、下側の円環スリット７では、第２の同軸線路の内導体（中空導体パイプ２）と外導体（中空導体パイプ５）とが円環スリット７の下端で円環導体板６を介して接続されているのに対して、上側の円環スリット７では、第２の同軸線路の内導体（中空導体パイプ２）と外導体（中空導体パイプ５）とが円環スリット７の上端で円環導体板６を介して接続されており、上下の円環スリット７で反対の端に円環導体板６がある。したがって、上下の円環スリット７に逆相で到達した信号は、上下の中空導体パイプ２０を同相で励振し、中心軸３０と垂直な面内にアンテナの主ビームが向く。

中心軸３０と垂直な面内からチルトした方向に主ビームを向ける場合は、長さｚ１およびｚ２を変化させることで、上下の中空導体パイプ２０の励振位相を自由に設定でき、主ビーム方向を調整することができる。また、図１のアンテナ装置では、並列給電しているので、所望の周波数帯域が広い場合でも、帯域端の周波数で主ビーム方向が所望のチルト方向からずれることはない。

中空導体パイプ２０の中心軸と中空導体パイプ５の中心軸３０とを一致させないようにして、円環スリット７を見込むアンテナの入力インピーダンスを調整することもできる。また、円環スリット７を中空導体パイプ２０の中心軸方向の中心からオフセットすることにより、上記アンテナの入力インピーダンスを調整することもできる。さらに、２個の中空導体パイプ２０の形状は、同じである必要はない。

なお、本実施の形態１では、導体パイプ１、中空導体パイプ２、中空導体パイプ５、中空導体パイプ２０として、これらの中心軸に直交する面での断面が円形である場合を仮定しているが、上記断面が方形など任意形状の場合でも、動作原理は本実施の形態１と同様であり、同様な効果を得ることができる。

以上のように、本実施の形態においては、アンテナ素子として電磁結合ダイポールを使用し、多重同軸線路により並列給電することにより、アンテナの支持物や給電線が放射パターンに影響を与えず、アンテナ径が小さく、使用周波数帯域が広い場合でも主ビーム方向が所望の方向からずれることがないアンテナ装置が得られるという効果を有する。

実施の形態２．
上記の実施の形態１に係るアンテナ装置においてはアンテナ素子数が２個の場合について説明したが、本実施の形態２においてはアンテナ素子数を８個へ増やした場合を例に挙げて、この発明に係るアンテナ装置の効果を明らかにする。図２（ａ）は、この発明の実施の形態２に係るアンテナ装置を示す斜視図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のアンテナ装置の中心軸３０と直線３１を通る面での断面図である。また、図３は、図２（ｂ）の断面図において、ｚ１＝ｚ２、ｚ３＝ｚ４＝ｚ５＝ｚ６、ｚ７＝ｚ８＝ｚ９＝ｚ１０＝ｚ１１＝ｚ１２＝ｚ１３＝ｚ１４とした時に、同軸線路の各断面での信号の位相を示したものである。

図２および図３において、８は中空導体パイプ５を内部に収容した中空導体パイプ、９は中空導体パイプ５と中空導体パイプ８とを接続している円環導体板、１０は中空導体パイプ８上に設けられ、中空導体パイプ８を分断する円環スリット、１１は中空導体パイプ８を内部に収容した中空導体パイプ、１２は中空導体パイプ８と中空導体パイプ１１とを接続している円環導体板、１３は中空導体パイプ１１上に設けられ、中空導体パイプ１１を分断する円環スリットである。なお、円環導体板９，１２、及び、円環スリット１０，１３は、中空導体パイプ８，１１等の伸長方向に対して略々垂直な方向に設けられている。他の構成については、実施の形態１と同様であるため、ここでは同一符号を付して示し、説明は省略する。

所望の使用周波数帯域の中心周波数をｆ_０とする。図２において、導体パイプ１と中空導体パイプ２とは第１の同軸線路を構成し、第１の同軸線路の内導体が導体パイプ１、外導体が中空導体パイプ２である。中空導体パイプ２上に、中心周波数ｆ_０における波長に比べて微小な円環スリット４がある。また、円環スリット４の上端または下端（図２の例では、上端）において、円環導体板３を介して、導体パイプ１と中空導体パイプ２とを接続する。

中空導体パイプ２と中空導体パイプ５とは第２の同軸線路を構成し、第２の同軸線路の内導体が中空導体パイプ２、外導体が中空導体パイプ５である。中空導体パイプ５上に、中心周波数ｆ_０における波長に比べて微小な円環スリット７が２個ある。また、各々の円環スリット７の、当該円環スリット７から最も近い円環スリット４に対して遠い側の端（すなわち、図２の例では、上側の円環スリット７ではそれの上端、下側の円環スリット７ではそれの下端）において、円環導体板６を介して、中空導体パイプ２と中空導体パイプ５とを接続する。

中空導体パイプ５と中空導体パイプ８とは第３の同軸線路を構成し、第３の同軸線路の内導体が中空導体パイプ５、外導体が中空導体パイプ８である。中空導体パイプ８上に、中心周波数ｆ_０における波長に比べて微小な円環スリット１０が４個ある。また、円環スリット１０における、当該円環スリット１０から最も近い円環スリット７に対して遠い側の端において、円環導体板９を介して、中空導体パイプ５と中空導体パイプ８とを接続する。

中空導体パイプ８と中空導体パイプ１１とは第４の同軸線路を構成し、第４の同軸線路の内導体が中空導体パイプ８、外導体が中空導体パイプ１１である。中空導体パイプ１１上に、中心周波数ｆ_０における波長に比べて微小な円環スリット１３が８個ある。また、円環スリット１３における、当該円環スリット１３から最も近い円環スリット１０に対して遠い側の端において、円環導体板１２を介して、中空導体パイプ８と中空導体パイプ１１とを接続する。

８個の中空導体パイプ２０は、それぞれ、８個の各円環スリット１３に対して１対１に設けられ、それらを１つずつ外部から覆う位置に配置されている。また、中空導体パイプ２０は、電気長を使用周波数帯域の中心周波数ｆ_０において約半波長（約１／２波長）とし、放射用ダイポールとして動作する。

導体パイプ１、中空導体パイプ２、中空導体パイプ５、中空導体パイプ８、中空導体パイプ１１の中心軸は、直線３０上にある。一方、中空導体パイプ２０の中心軸は、直線３０に必ずしも一致しないとする。

第２の同軸線路の下側の円環スリット７から円環スリット４までの長さをｚ１、第２の同軸線路の円環スリット４から上側の円環スリット７までの長さをｚ２とする。

また、第３の同軸線路の一番下の円環スリット１０から下側の円環スリット７までの長さをｚ３、第３の同軸線路の下側の円環スリット７から下から２番目の円環スリット１０までの長さをｚ４、第３の同軸線路の下から３番目の円環スリット１０から上側の円環スリット７までの長さをｚ５、第３の同軸線路の上側の円環スリット７から一番上の円環スリット１０までの長さをｚ６とする。

さらに、第４の同軸線路の一番下の円環スリット１３から一番下の円環スリット１０までの長さをｚ７、第４の同軸線路の一番下の円環スリット１０から下から２番目の円環スリット１３までの長さをｚ８、第４の同軸線路の下から３番目の円環スリット１３から下から２番目の円環スリット１０までの長さをｚ９、第４の同軸線路の下から２番目の円環スリット１０から下から４番目の円環スリット１３までの長さをｚ１０、第４の同軸線路の下から５番目の円環スリット１３から下から３番目の円環スリット１０までの長さをｚ１１、第４の同軸線路の下から３番目の円環スリット１０から下から６番目の円環スリット１３までの長さをｚ１２、第４の同軸線路の下から７番目の円環スリット１３から一番上の円環スリット１０までの長さをｚ１３、第４の同軸線路の一番上の円環スリット１０から一番上の円環スリット１３までの長さをｚ１４とする。

円環スリット４で２分配された信号は、円環スリット７に到達し、第３の同軸線路の円環スリット７の上方向と下方向へ分配される。この時、第３の同軸線路の特性インピーダンスを第２の同軸線路の半分とすれば、整合を取ることができる。また、分配された２つの信号は逆相となる。

円環スリット７で２分配された信号は、円環スリット１０に到達し、第４の同軸線路の円環スリット１０の上方向と下方向へ分配される。この時、第４の同軸線路の特性インピーダンスを第３の同軸線路の半分とすれば、整合を取ることができる。また、分配された２つの信号は逆相となる。

円環スリット１０で２分配された信号は、円環スリット１３に到達すると、円環スリット１３には中空導体パイプ１１の中心軸に平行な方向に電位差が生じる。中空導体パイプ２０の電気長は中心周波数ｆ_０において約半波長となっているので、中空導体パイプ２０は円環スリット１３と電磁結合し、中空導体パイプ２０上に半波長ダイポールと類似の電流が生じ、アンテナ外部に電磁波が放射される。

仮に、ｚ１＝ｚ２、ｚ３＝ｚ４＝ｚ５＝ｚ６、ｚ７＝ｚ８＝ｚ９＝ｚ１０＝ｚ１１＝ｚ１２＝ｚ１３＝ｚ１４とする。この時、同軸線路の各断面における信号の位相は、図３に示したとおりになる。したがって、下から２番目、４番目、６番目、８番目の円環スリット１３に到達した信号と、下から１番目、３番目、５番目、７番目の円環スリット１３に到達した信号は、逆相となる。また、下から２番目、４番目、６番目、８番目の円環スリット１３では、第４の同軸線路の内導体と外導体が円環スリット１３の上端で円環導体板１２を介して接続されているのに対して、下から１番目、３番目、５番目、７番目の円環スリット１３では、第４の同軸線路の内導体と外導体が円環スリット１３の下端で円環導体板１２を介して接続されている。したがって、８個の中空導体パイプ２０は、同相で励振され、中心軸３０と垂直な面内にアンテナの主ビームが向く。

中心軸３０と垂直な面内からチルトした方向に主ビームを向ける場合は、ｚ１〜ｚ１４を変化させることで、８個の中空導体パイプ２０の励振位相を自由に設定でき、主ビーム方向を調整することができる。また、図２のアンテナ装置では、並列給電しているので、使用周波数帯域が広い場合でも、帯域端の周波数で主ビーム方向が所望のチルト方向からずれることはない。

中空導体パイプ２０の中心軸と中空導体パイプ１１の中心軸３０とが一致させないようにして、円環スリット１３を見込むアンテナの入力インピーダンスを調整することもできる。また、円環スリット１３を中空導体パイプ２０の中心軸方向の中心からオフセットすることにより、上記アンテナの入力インピーダンスを調整することもできる。さらに、８個の中空導体パイプ２０の形状は、同じである必要はない。

なお、本実施の形態２では、導体パイプ１、中空導体パイプ２、中空導体パイプ５、中空導体パイプ８、中空導体パイプ１１、中空導体パイプ２０として、これらの中心軸に直交する面での断面が円形である場合を仮定しているが、上記断面が方形など任意形状の場合でも、動作原理は本実施の形態２と同様であり、同様な効果を得ることができる。

以上では、上記実施の形態１に係るアンテナ装置において、アンテナ素子数を２個から８個へ増やした場合を説明したが、アンテナ素子数が２^ｎ−１個の場合も同様に考えることができる。ここで、ｎは２以上の整数である。この場合、アンテナ装置は、ｎ個の同軸線路と２^ｎ−１個の中空導体パイプ２０から構成される。

ｍをｎ以下の任意の正の整数とする。ｎ個の同軸線路は、ｍが（ｎ−１）以下の場合に、ｍ番目の同軸線路の外導体が（ｍ＋１）番目の同軸線路の内導体を兼ねた多重同軸線路を構成する。また、ｍ番目の同軸線路の外導体に、同軸線路の伸長方向に略垂直に、ｍ番目の同軸線路の外導体を分断する２^ｍ−１個のスリットを設ける。

１番目の同軸線路の外導体に空けられた１個のスリットは、その一端において、１番目の同軸線路の外導体に、１番目の同軸線路の内導体を、同軸線路の伸長方向に略垂直に設けられた導体板を介して接続する。また、ｍが２以上の場合には、ｍ番目の同軸線路の外導体に空けられた２^ｍ−１個のスリットは、（ｍ−１）番目の同軸線路の外導体に空けられた２^ｍ−２個のスリットのうち最も近い位置にあるスリットから遠い側の端において、ｍ番目の同軸線路の外導体に、ｍ番目の同軸線路の内導体を、同軸線路の伸長方向に略垂直な方向に設けられた導体板を介して接続する。

さらに、２^ｎ−１個の中空導体パイプ２０は、ｎ番目の同軸線路の外導体に空けられた２^ｎ−１個のスリットを覆うように配置される。第１の同軸線路に注入された信号は（ｎ−１）回２分配され、各アンテナ素子を励振する。このように、アンテナ素子数を増やすことにより、アンテナの利得を上げることができるという効果を有する。

以上のように、本実施の形態２においては、実施の形態１と同様に、アンテナ素子として電磁結合ダイポールを使用し、多重同軸線路により並列給電することにより、アンテナの支持物や給電線が放射パターンに影響を与えず、アンテナ径が小さく、使用周波数帯域が広い場合でも主ビーム方向が所望の方向からずれることがないアンテナ装置が得られるという効果を有する。

実施の形態３．
本実施の形態３では、実施の形態１、２に係るアンテナ装置の構成に対して、さらに、中空導体パイプ２０を覆うように中空導体パイプ２１を設置した場合の上記実施の形態１、２の効果を明らかにする。図４は、図１のアンテナ装置において、中空導体パイプ２１を設置した場合を示す斜視図である。

図４に示すように、中空導体パイプ２１は、中空導体パイプ２０の外側に設置される。中空導体パイプ２１は、電気長を所望の使用周波数帯域の中心周波数ｆ_０において約半波長（約１／２波長）とする。中空導体パイプ２０と中空導体パイプ２１の長さは、同じである必要はない。また、２個の中空導体パイプ２１の形状は、同じである必要はない。さらに、中空導体パイプ２０の中心軸と、中空導体パイプ２１の中心軸は、同じである必要はない。

中空導体パイプ２１を装荷することにより、２共振特性が得られ、アンテナ素子の反射特性を２周波共用化または広帯域化することができるという効果を有する。

なお、本実施の形態３では、コリニアアレーアンテナの素子数が２である場合を説明したが、アンテナ素子数が２以上の場合でも、同様に、中空導体パイプ２１を中空導体パイプ２０を覆うように設置することにより、アンテナ反射特性を２周波共用化または広帯域化することができる。

以上のように、本実施の形態においては、上記の実施の形態１および２と同様の効果が得られるとともに、さらに、中空導体パイプ２０の外側に覆うように配置した、使用周波数帯域の中心周波数における電気長が約１／２波長のｎ個（ｎは２以上の整数）の中空導体パイプ２１を装荷することにより、２共振特性が得られ、アンテナ素子の反射特性を２周波共用化または広帯域化することができるという効果を有する。

実施の形態４．
本実施の形態４では、実施の形態１、２に係るアンテナ装置に対して、さらに、中空導体パイプ２０の外側に導体棒２２を複数個設置した場合の上記実施の形態１、２の効果を明らかにする。図５は、図１のアンテナ装置において、導体棒２２を設置した場合を示す斜視図である。

導体棒２２は、中空導体パイプ２０の外側に、１個の中空導体パイプ２０につき、所定間隔で複数個設置される。図５では、１個の中空導体パイプ２０につき、導体棒２２を２個設置している。図５の例では、各導体棒２２は、中空導体パイプ２０の直径の延長線上に中空導体パイプ２０を挟んで対向するように配置されている。導体棒２２は、電気長を所望の使用周波数帯域の中心周波数ｆ_０において約半波長（約１／２波長）とする。中空導体パイプ２０と導体棒２２の長さは、同じである必要はない。また、２個の導体棒２２の形状は、同じである必要はない。

また、導体棒２２の個数は、１個の中空導体パイプ２０につき２個以上であることが望ましい。なぜなら、１個の中空導体パイプ２０につき導体棒２２が１個の場合、導体棒２２が導波器または反射器として作用し、水平面で無指向性パターンではなくなるためである。

１個の中空導体パイプ２０につき、導体棒２２を複数個装荷することにより、アンテナ素子の反射特性を、多周波共用化または広帯域化することができる。

なお、本実施の形態４では、コリニアアレーアンテナの素子数が２である場合を説明したが、アンテナ素子数が２以上の場合でも、同様に、導体棒２２を中空導体パイプ２０の外側に設置することにより、アンテナ反射特性を多周波共用化または広帯域化することができる。

以上のように、本実施の形態においては、上記の実施の形態１および２と同様の効果が得られるとともに、さらに、導体パイプ２０の外側に、１個の導体パイプ２０につき、複数個配置された、使用周波数の中心周波数における電気長が約１／２波長の複数の導体棒２２を設置したので、アンテナ素子の反射特性を、多周波共用化または広帯域化することができるという効果がある。

なお、以上の実施の形態１〜４において、多重同軸線路の内部、及び／または、中空導体パイプ２０の内側、及び／または、中空導体パイプ２１の内側、及び／または、導体棒２２と中空導体パイプ２０との間に、誘電体を充填しても良い。このように、誘電体を充填することにより、多重同軸線路、及び／または、中空導体パイプ２０、及び／または、中空導体パイプ２１、及び／または、導体棒２２を、誘電体により支えることができるので、製造しやすいという効果を有する。

さらに、中空導体パイプ２０の内側に誘電体を充填した場合、誘電体がない場合に比べて、アンテナ共振周波数は低くなる。この効果を利用すれば、中空導体パイプ２０の長さを、誘電体がない場合に比べて短くし、中空導体パイプ２０を小型化できる。その結果として、隣接する中空導体パイプ２０間の相互結合を小さくできるという効果を有する。

この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成を示した斜視図および断面図である。この発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の構成を示した斜視図および断面図である。この発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の一例における同軸線路の各断面での信号の位相を示した説明図である。この発明の実施の形態３に係るアンテナ装置の構成を示した斜視図である。この発明の実施の形態４に係るアンテナ装置の構成を示した斜視図である。

符号の説明

１導体パイプ、２中空導体パイプ、３円環導体板、４円環スリット、５中空導体パイプ、６円環導体板、７円環スリット、８中空導体パイプ、９円環導体板、１０円環スリット、１１中空導体パイプ、１２円環導体板、１３円環スリット、２０中空導体パイプ、２１中空導体パイプ、２２導体棒、３０アンテナ装置の中心軸。

Claims

ｎを２以上の整数、ｍをｎ以下の任意の正の整数とし、
ｎ個の同軸線路と、
中空内部を有し、その中空内部をｎ個の上記同軸線路が貫通し、使用周波数帯の中心周波数における電気長が約半波長の長さである、２^ｎ−１個の導体パイプと
を備え、
ｎ個の上記同軸線路は、ｍが（ｎ−１）以下の場合に、ｍ番目の上記同軸線路の外導体が、（ｍ＋１）番目の上記同軸線路の内導体を兼ねた多重同軸線路を構成し、
ｍ番目の上記同軸線路の外導体に、上記同軸線路の伸長方向に対して略々垂直な方向に、ｍ番目の上記同軸線路の外導体を分断する２^ｍ−１個のスリットを設け、
１番目の上記同軸線路の外導体に空けられた１個の上記スリットの一端において、１番目の上記同軸線路の外導体が、１番目の上記同軸線路の内導体に、上記同軸線路の伸長方向に対して略々垂直な方向に設けられた導体板を介して接続され、
ｍが２以上の場合に、ｍ番目の上記同軸線路の外導体に空けられた２^ｍ−１個の上記スリットは、（ｍ−１）番目の上記同軸線路の外導体に空けられた２^ｍ−２個の上記スリットのうち最も近い位置にある上記スリットから遠い側の端において、ｍ番目の上記同軸線路の外導体が、ｍ番目の上記同軸線路の内導体に、上記同軸線路の伸長方向に対して略々垂直な方向に設けられた導体板を介して接続され、
２^ｎ−１個の上記導体パイプを、ｎ番目の上記同軸線路の外導体に空けられた２^ｎ−１個の上記スリットを覆うように配置したことを特徴とするアンテナ装置。
ｎ個の上記導体パイプを覆うように配置した、使用周波数帯の中心周波数における電気長が約半波長の長さのｎ個の第２の中空導体パイプを備えたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
ｎ個の上記導体パイプの外側に、各上記導体パイプごとに複数個ずつ配置された、使用周波数帯の中心周波数における電気長が約半波長の長さの複数の導体棒を備えたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
上記多重同軸線路の内部、または、上記導体パイプの内側に、誘電体を充填したことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
上記多重同軸線路の内部、または、上記導体パイプの内側、または、上記第２の中空導体パイプの内側に、誘電体を充填したことを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
上記多重同軸線路の内部、または、上記導体パイプの内側、または、上記導体棒と上記導体パイプとの間に、誘電体を充填したことを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。