JP5407067B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明はアンテナ装置に関し、特に避雷針を備えるアンテナ装置に関する。

従来より、アンテナ本体を雷の被害から防護するための避雷構造を備えたアンテナ装置が提案されている。たとえば特開２００５−１７５６３７号公報（特許文献１）には、アンテナ本体を避雷針の保護範囲に配置させる避雷構造が開示される。このアンテナ装置では、アンテナ本体が避雷針とは別体として構成される。

また、特開平１０−９８３２８号公報（特許文献２）には、筒状の放射素子と、その放射素子の内部に挿入されたリング状の絶縁スペーサと、そのリング状の絶縁スペーサの穴に挿入された支柱と、その支柱の先端に取り付けられた避雷針とを含む無指向性アンテナが開示されている。

特開２００５−１７５６３７号公報 特開平１０−９８３２８号公報

特許文献１に開示の構成によれば、アンテナ本体が避雷針から所定の距離だけ離されているため、アンテナ装置のサイズが大きくなる。また、アンテナ本体と避雷針との各々を保持するための部品が必要になるため、部品点数が多くなる。

特許文献２に開示の構成によれば、アンテナは絶縁体によって避雷針と電気的に絶縁されている。このため雷がアンテナに落ちた場合におけるアンテナの保護対策が十分でない可能性がある。

本発明の目的は、アンテナ本体の落雷への対策が施されるとともに小型化されたアンテナ装置を提供することである。

本発明は要約すれば、アンテナ装置であって、アンテナ本体と、避雷針と、支持部材とを備える。アンテナ本体は、導電性を有しかつ第１の方向に沿って配置された第１および第２の接続部を含む。避雷針は、第１の接続部に電気的かつ機械的に接続される。支持部材は、導電性を有し、かつ第１の方向が鉛直方向となるようにアンテナ本体を支持するために第２の接続部に電気的かつ機械的に接続される。アンテナ本体は、避雷針および支持部材に電気的かつ機械的に接続された少なくとも１つのアンテナユニットを含む。少なくとも１つのアンテナユニットは、第１のループアンテナ素子と、第２のループアンテナ素子とを含む。第１のループアンテナ素子は、第１の方向に沿って延伸し、かつ互いに対向するように配置された第１および第２の長辺導体と、互いに対向する第１の長辺導体の一方端と第２の長辺導体の一方端とを接続する第１の短辺導体と、互いに対向する第１の長辺導体の他方端と第２の長辺導体の他方端とを接続する第２の短辺導体とを有する。第２のループアンテナ素子は、第１の方向に沿って延伸し、かつ互いに対向するように配置された第３および第４の長辺導体と、互いに対向する第３の長辺導体の一方端と第４の長辺導体の一方端とを接続する第３の短辺導体と、互いに対向する第３の長辺導体の他方端と第４の長辺導体の他方端とを接続する第４の短辺導体とを有する。第１および第２の短辺導体は、第１の方向と直交する第２の方向に沿って延伸する。第３の短辺導体は、第１および第２の方向に直交する第３の方向に沿って延伸し、かつ第１の短辺導体と立体的に交差するように配置される。第４の短辺導体は、第３の方向に沿って延伸し、かつ第２の短辺導体と立体的に交差するように配置される。第１の接続部は、第１の短辺導体および第３の短辺導体のいずれかの略中央に配置される。第２の接続部は、第２の短辺導体および第４の短辺導体のいずれかの略中央に配置される。

好ましくは、少なくとも１つのアンテナユニットの共振波長をλと定義すると、第１乃至第４の長辺導体の各々の第１の方向の長さは、略λ／２である。第１乃至第４の短辺導体の各々の延伸方向の長さは、略λ／６である。

好ましくは、少なくとも１つのアンテナユニットは、第１乃至第４の給電線路をさらに有する。第１の給電線路は、第１の長辺導体の第１の方向における所定の位置において第１の長辺導体に接続された第１端と、当該第１端の反対側かつ第１の長辺導体および第２の長辺導体の間に位置する第２端とを有する。第２の給電線路は、第２の長辺導体の第１の方向における所定の位置において第２の長辺導体に接続された第１端と、当該第１端の反対側かつ第１の長辺導体および第２の長辺導体の間に位置する第２端とを有する。第３の給電線路は、第３の長辺導体の第１の方向における所定の位置において第３の長辺導体に接続された第１端と、当該第１端の反対側かつ第３の長辺導体および第４の長辺導体の間に位置する第２端とを有する。第４の給電線路は、第４の長辺導体の第１の方向における所定の位置において第４の長辺導体に接続された第１端と、当該第１端の反対側かつ第３の長辺導体および第４の長辺導体の間に位置する第２端とを有する。第１乃至第４の給電線路の各々の幅を、当該給電線路の第１端から第２端への方向と直交する方向の長さと定義し、各第１乃至第４の短辺導体の幅を、当該短辺導体の延伸方向に直交する方向の長さと定義すると、第１および第２の給電線路の幅は、第１および第２の短辺導体のいずれの幅よりも小さく、第３および第４の給電線路の幅は、第３および第４の短辺導体のいずれの幅よりも小さい。

本発明によれば、アンテナ本体の落雷への対策が施されるとともに小型化されたアンテナ装置を実現することができる。

本発明の実施の形態に係るアンテナ装置１の外観図である。 図１に示したアンテナ装置１の内部構造図である。 図２に示したアンテナユニット１０１の斜視図である。 図３に示したアンテナユニット１０１を図３のＡ３方向から見た図である。 図３に示したアンテナユニット１０１を図３のＡ１方向から見た図である。 図３に示したアンテナユニット１０１を図３のＡ２方向から見た図である。 給電線路とループアンテナ素子の短辺導体との幅を比較するための図である。 図２に示した合成器５１の構成を示す図である。 本実施の形態に係るアンテナ装置の利得特性を示す図である。 本実施の形態に係るアンテナ装置のＶＳＷＲ特性を示す図である。 本実施の形態に係るアンテナ装置の水平面指向性を示す図である。 本実施の形態に係るアンテナ装置の垂直面指向性を示す図である。 避雷針がない場合におけるアンテナ本体１００の水平面指向性パターンを示す図である。 避雷針をアンテナ本体１００に接続した場合におけるアンテナ本体１００の水平面指向性パターンを示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、本発明の実施の形態に係るアンテナ装置１の外観図である。図２は、図１に示したアンテナ装置１の内部構造図である。図１および図２を参照して、アンテナ装置１は、アンテナ本体１００を収納した筒状のレドーム２と、レドーム２の２つの開口端の一方および他方にそれぞれ取り付けられた先端キャップ３および下部金具４と、アンテナ装置１を所定の場所に取り付けるための取付金具５，６と、避雷針７とを備える。

アンテナ装置１は、たとえば電柱の先端、鉄塔の先端、高層建築物の屋上等に取り付けられる。このためにアンテナ装置１は、取付金具５，６を備える。先端キャップ３および下部金具４は導電体により形成される。

アンテナ装置１は、さらに、導電体により形成された支柱８と、導電体により形成された固定金具９とを備える。支柱８は、固定金具９に取り付けられる。さらに固定金具９は下部金具４に取り付けられる。これにより、支柱８は下部金具４に電気的かつ機械的に接続される。なお、図１および図２には示していないが、アンテナ装置１を雷の被害から防護するための避雷導線が下部金具４に接続される。この避雷導線は大地（アース）に電気的に接続される。

本明細書では「電気的かつ機械的に接続される」とは、２つの導電体が導通しかつ機械的に固定された状態を意味する。このための接続方法は、たとえば金属製のネジによって、２つの導電体を機械的に接触させるとともにこれら２つの導電体を固定する方法である。

アンテナ本体１００は、避雷針７および支柱８に電気的かつ機械的に接続される。支柱８、固定金具９および下部金具４は、アンテナ本体１００に接続された避雷針７が鉛直方向に沿う方向に延びるようにアンテナ本体１００を支持するための支持部材を構成する。

アンテナ本体が避雷針からある程度の距離を隔てて設けられる場合には、アンテナ本体および避雷針を個別に支持する必要が生じる。この場合には、アンテナ本体および避雷針の各々を支持するための支持部材が必要となるのでアンテナ装置の部品点数が増加する。さらに、アンテナ本体と避雷針とが離れているために、アンテナ装置の全体のサイズが大きくなる。さらに、アンテナと避雷針とが別体であるため、アンテナに雷が落ちた場合の保護が不十分となる可能性がある。

一方、本実施の形態によれば、アンテナ本体１００が避雷針７および支持部材に電気的かつ機械的に接続されるため、アンテナ本体１００と避雷針７と支持部材とが一体化される。したがってアンテナ本体と避雷針とを個別に支持しなくてもよいので、アンテナ装置の部品点数の増加を抑制できる。さらに、本実施の形態によればアンテナ本体１００と避雷針７とが一体化されているので、避雷構造を有するアンテナ装置の小型化を図ることができる。さらに、本実施の形態によれば、支持部材を大地に電気的に接続することにより、避雷針７に落ちた雷だけでなく、アンテナ本体１００に落ちた雷も大地に逃がすことが可能となる。したがって本実施の形態によれば、アンテナ本体の落雷への保護対策が施され、かつ小型化されたアンテナ装置を実現できる。

アンテナ本体１００は、アンテナユニット１０１および１０２と、連結部材１０３とを備える。後に詳細に説明するように、アンテナユニット１０１，１０２の各々は、２つのループアンテナ素子により構成された無指向性アンテナである。連結部材１０３は、導電体により形成される。アンテナユニット１０１および１０２は連結部材１０３に電気的かつ機械的に接続される。なお、本実施の形態では、アンテナ本体１００は送信アンテナとして適用されるものとするが、受信アンテナとして適用されてもよい。

アンテナ装置１は、さらに、同軸ケーブルＣＢＬ１〜ＣＢＬ７と、合成器５１，５２，５３と、取付部材６１，６２，６３と、コネクタＣＮＣとを備える。

同軸ケーブルＣＢＬ１およびＣＢＬ２はアンテナユニット１０１の２つのループアンテナ素子にそれぞれ接続される。合成器５１は、同軸ケーブルＣＢＬ１およびＣＢＬ２を通してそれぞれ伝達される電気信号を合成する。同軸ケーブルＣＢＬ４およびＣＢＬ５はアンテナユニット１０２の２つのアンテナ素子にそれぞれ接続される。合成器５２は、同軸ケーブルＣＢＬ４およびＣＢＬ５を通してそれぞれ伝達される電気信号を合成する。

同軸ケーブルＣＢＬ３は合成器５１の出力を合成器５３に伝達する。同軸ケーブルＣＢＬ６は合成器５２の出力を合成器５３に伝達する。同軸ケーブルＣＢＬ３，ＣＢＬ６の電気長は略同一となるように調整されている。合成器５３は、同軸ケーブルＣＢＬ３およびＣＢＬ６を通してそれぞれ伝達される電気信号を合成する。同軸ケーブルＣＢＬ７は、下部金具４に設けられたコネクタＣＮＣに合成器５３の出力を伝達する。

合成器５１，５２，５３は、取付部材６１，６２，６３に取り付けられる。取付部材６１には連結部材１０３を通すための貫通孔が形成される。この貫通孔に連結部材１０３を通すことによって取付部材６１が連結部材１０３に固定される。同様に取付部材６２，６３の各々には貫通孔が形成され、貫通孔に支柱８が通されることにより取付部材６２，６３が支柱８に固定される。

次にアンテナユニット１０１の構成について詳しく説明する。なおアンテナユニット１０２の構成は以下に説明する構成と同様であるので、アンテナユニット１０２の構成に関する詳細な説明は繰り返さない。

図３は、図２に示したアンテナユニット１０１の斜視図である。図３を参照して、アンテナユニット１０１は、ループアンテナ素子１１，１２と、給電線路ＬＮ３１，ＬＮ３２，ＬＮ４１，ＬＮ４２と、固定金具２１，２２とを備える。

ループアンテナ素子１１は、長辺導体ＬＰ３１、長辺導体ＬＰ３２、短辺導体ＳＰ３１および短辺導体ＳＰ３２を有し、略矩形状に周回している。

ループアンテナ素子１２は、長辺導体ＬＰ４１、長辺導体ＬＰ４２、短辺導体ＳＰ３１と交差する短辺導体ＳＰ４１、および短辺導体ＳＰ３２と交差する短辺導体ＳＰ４２を有し、略矩形状に周回している。

ループアンテナ素子１１の各導体およびループアンテナ素子１２の各導体、ならびに給電線路ＬＮ３１，ＬＮ３２，ＬＮ４１，ＬＮ４２は、たとえば導体板すなわち平板状の導体である。

固定金具２１は、導電体により形成され、短辺導体ＳＰ４１に電気的かつ機械的に接続される。同様に、固定金具２２は、導電体により形成され、短辺導体ＳＰ４２に電気的かつ機械的に接続される。固定金具２１は、避雷針７をアンテナユニット１０１に電気的かつ機械的に接続するためのものである。固定金具２２は、連結部材１０３をアンテナユニット１０１に電気的かつ機械的に接続するためのものである。

なお、アンテナユニット１０２においては、固定金具２１は、連結部材１０３をアンテナユニット１０２に電気的かつ機械的に接続するためのものであり、固定金具２２は、支柱８をアンテナユニット１０２に電気的かつ機械的に接続するためのものである。

図２および図３から分かるように、アンテナユニット（１０１，１０２）は、連結可能に構成される。すなわち、本実施の形態では、アンテナ本体１００は、多段（具体的には２段）のアンテナユニットによって構成される。ただし、アンテナユニットの段数を３以上としてもよいし、１としてもよい。なお、アンテナユニットの段数が１の場合には、避雷針７がアンテナユニットの固定金具２１に電気的かつ機械的に接続されるとともに支柱８がアンテナユニットの固定金具２２に電気的かつ機械的に接続される。

軸Ｚは、アンテナユニット１０１の中心軸である。アンテナユニット１０１は、軸Ｚが鉛直方向に沿って延びるように、支持部材（支柱８、固定金具９および下部金具４）により設置される。この状態では、短辺導体ＳＰ３１およびＳＰ４１はアンテナユニット１０１の上側に位置し、短辺導体ＳＰ３２およびＳＰ４２はアンテナユニット１０１の下側に位置する。これによりアンテナユニット１０１，１０２の各々の偏波面は水平面となる。

図３に示したＡ１方向およびＡ２方向は、軸Ｚに沿った方向であり、かつ互いに逆の方向である。詳細にはＡ１方向はアンテナユニット１０１の上部から下部に向かう方向であり、Ａ２方向はアンテナユニット１０１の下部から上部に向かう方向である。さらにＡ３方向は、軸Ｚに直交する方向である。図３のＡ４方向は、軸Ｚに直交し、かつ方向Ａ３と直交する方向である。

図４は、図３に示したアンテナユニット１０１を図３のＡ３方向から見た図である。図５は、図３に示したアンテナユニット１０１を図３のＡ１方向から見た図である。図６は、図３に示したアンテナユニット１０１を図３のＡ２方向から見た図である。

図３〜図６を参照して、短辺導体ＳＰ３１および短辺導体ＳＰ４１は略直角に交差し、かつ短辺導体ＳＰ３２および短辺導体ＳＰ４２が略直角に交差する。

以下、長辺導体ＬＰ３１、長辺導体ＬＰ３２、長辺導体ＬＰ４１および長辺導体ＬＰ４２の延伸方向、すなわちＺ軸に平行な方向を「アンテナユニット１０１の垂直方向」とも称する。また、Ｚ軸に対して垂直な方向（たとえばＡ３方向およびその逆方向、ならびにＡ４方向およびその逆方向）を「アンテナユニット１０１の水平方向」とも称する。また、図３に示したアンテナユニット１０１の設置状態におけるＡ１方向を「垂直下方向」とも称し、その反対方向、すなわちＡ２方向を「垂直上方向」とも称する。

給電線路ＬＮ３１は、長辺導体ＬＰ３１に接続された第１端と、その第１端の反対側かつ長辺導体ＬＰ３１および長辺導体ＬＰ３２の間に位置する第２端とを有する。上記給電線路ＬＮ３１の第１端は、長辺導体ＬＰ３１の延伸方向（アンテナユニット１０１の垂直方向）における中心からその延伸方向たとえば垂直下方向に離れた所定の位置において長辺導体ＬＰ３１に接続される。

給電線路ＬＮ３２は、長辺導体ＬＰ３２に接続された第１端と、その第１端の反対側かつ長辺導体ＬＰ３１および長辺導体ＬＰ３２の間に位置する第２端とを有する。上記給電線路ＬＮ３２の第１端は、長辺導体ＬＰ３２の延伸方向（アンテナユニット１０１の垂直方向）における中心からその延伸方向たとえば垂直下方向に離れた所定の位置において長辺導体ＬＰ３２に接続される。

給電線路ＬＮ４１は、長辺導体ＬＰ４１に接続された第１端と、その第１端の反対側かつ長辺導体ＬＰ４１および長辺導体ＬＰ４２の間に位置する第２端とを有する。上記給電線路ＬＮ４１の第１端は、長辺導体ＬＰ４１の延伸方向（アンテナユニット１０１の垂直方向）における中心からその延伸方向たとえば垂直下方向に離れた所定の位置において長辺導体ＬＰ４１に接続される。

給電線路ＬＮ４２は、長辺導体ＬＰ４２に接続された第１端と、その第１端の反対側かつ長辺導体ＬＰ４１および長辺導体ＬＰ４２の間に位置する第２端とを有する。上記給電線路ＬＮ４２の第１端は、長辺導体ＬＰ４２の延伸方向（アンテナユニット１０１の垂直方向）における中心からその延伸方向たとえば垂直下方向に離れた位置において長辺導体ＬＰ４２に接続される。

長辺導体ＬＰ３１、長辺導体ＬＰ３２は、軸Ｚに沿って延伸し、かつ略平行となるように対向して配置される。長辺導体ＬＰ４１、長辺導体ＬＰ４２は、軸Ｚに沿って延伸し、かつ略平行となるように対向して配置される。長辺導体ＬＰ３１，ＬＰ３２，ＬＰ４１，ＬＰ４２のＺ軸方向の長さは略同じである。

短辺導体ＳＰ３１は、長辺導体ＬＰ３１の一方端とその一方端に対向する長辺導体ＬＰ３２の一方端とを接続する。短辺導体ＳＰ３２は長辺導体ＬＰ３１の他方端とその他方端に対向する長辺導体ＬＰ３２の他方端とを接続する。短辺導体ＳＰ４１は、長辺導体ＬＰ４１の一方端とその一方端に対向する長辺導体ＬＰ４２の一方端とを接続する。短辺導体ＳＰ４２は長辺導体ＬＰ４１の他方端とその他方端に対向する長辺導体ＬＰ４２の他方端とを接続する。

短辺導体ＳＰ３１，ＳＰ３２はＡ４方向に延伸するよう配置される。一方、短辺導体ＳＰ４１，ＳＰ４２はＡ３方向に延伸するよう配置される。短辺導体ＳＰ３１，ＳＰ３２の各々のＡ４方向の長さ、および、短辺導体ＳＰ４１，ＳＰ４２の各々のＡ３方向の長さは略同じである。

短辺導体ＳＰ３１および短辺導体ＳＰ３２は、ループアンテナ素子１１で囲まれた空間の体積を減じる方向に屈曲している。短辺導体ＳＰ４１および短辺導体ＳＰ４２は、ループアンテナ素子１２で囲まれた空間の体積を減じる方向に屈曲している。言い換えれば、短辺導体ＳＰ３１および短辺導体ＳＰ３２の各々は、ループアンテナ素子１１で囲まれた空間の方向に凹んだ凹み部を有している。短辺導体ＳＰ４１および短辺導体ＳＰ４２の各々は、ループアンテナ素子１２で囲まれた空間の方向に凹んだ凹み部を有している。

短辺導体ＳＰ３１およびＳＰ４１は、両者のクロスポイントに対応する位置、すなわち短辺導体ＳＰ３１およびＳＰ４１の略中央においてネジ４１により固定される。固定金具２１は、短辺導体ＳＰ４１の中央部、すなわち短辺導体ＳＰ３１およびＳＰ４１のクロスポイントに対応する位置に設置される。

図６に示すように、短辺導体ＳＰ３２およびＳＰ４２は、両者のクロスポイントに対応する位置、すなわち短辺導体ＳＰ３２およびＳＰ４２の略中央においてネジ４２により固定される。固定金具２２は、短辺導体ＳＰ４２の中央部、すなわち短辺導体ＳＰ３２およびＳＰ４２のクロスポイントに対応する位置に設置される。

給電線路ＬＮ３１およびＬＮ３２は、たとえば、短辺導体ＳＰ３２の下端から同じ高さにおいて長辺導体ＬＰ３１および長辺導体ＬＰ３２とそれぞれ接続されている。給電線路ＬＮ４１，ＬＮ４２は、たとえば、短辺導体ＳＰ３２の下端から略同じ高さかつ給電線路ＬＮ３１およびＬＮ３２と比べて低い位置において長辺導体ＬＰ４１および長辺導体ＬＰ４２とそれぞれ接続されている。

また、給電線路ＬＮ３１，ＬＮ３２，ＬＮ４１，ＬＮ４２は、アンテナユニット１０１の水平方向すなわち長辺導体ＬＰ３１，ＬＰ３２，ＬＰ４１，ＬＰ４２と略垂直な方向に延伸している。給電線路ＬＮ３１は長辺導体ＬＰ３１から長辺導体ＬＰ３２への方向に延伸し、給電線路ＬＮ３２は長辺導体ＬＰ３２から長辺導体ＬＰ３１への方向に延伸し、給電線路ＬＮ４１は長辺導体ＬＰ４１から長辺導体ＬＰ４２への方向に延伸し、給電線路ＬＮ４２は長辺導体ＬＰ４２から長辺導体ＬＰ４１への方向に延伸している。

また、給電線路ＬＮ３１，ＬＮ３２，ＬＮ４１，ＬＮ４２の各々の第２端は他の給電線路の第２端と接触しないように、長辺導体ＬＰ３１および長辺導体ＬＰ３２間の中心付近かつ長辺導体ＬＰ４１および長辺導体ＬＰ４２間の中心付近に設けられている。

図７は、給電線路とループアンテナ素子の短辺導体との幅を比較するための図である。「短辺導体の幅」とは短辺導体の延伸方向と直交する方向の長さを意味する。「給電線路の幅」とは、給電線路の延伸方向と直交する方向の長さ、すなわち、給電線路の第１端（長辺導体に接続される端部）から第２端への方向と直交する方向の長さを意味する。

図７を参照して、短辺導体ＳＰ３１，ＳＰ３２，ＳＰ４１，ＳＰ４２の各々の幅はいずれもＷ１であり、給電線路ＬＮ３１，ＬＮ３２，ＬＮ４１，ＬＮ４２の各々の幅はいずれもＷ２である。短辺導体ＳＰ３１の幅（Ｗ１）は給電線路ＬＮ３１およびＬＮ３２の幅（Ｗ２）よりも大きい（図７（ａ））。短辺導体ＳＰ４１の幅（Ｗ１）は給電線路ＬＮ４１およびＬＮ４２の幅（Ｗ２）よりも大きい（図７（ｂ））。

このように短辺導体の幅を給電線路の幅よりも大きくすることによって、短辺導体の抵抗が給電線路の抵抗より小さくなる。このため、アンテナ本体に雷が落ちた場合に、雷が電気抵抗の低い経路、すなわち、短辺導体、長辺導体、および固定金具２２を介して支柱８に伝わる可能性が高くなる。言い換えると雷が給電線路を伝わる可能性を小さくすることができる。したがって、給電線路、合成器等の雷による損傷を小さくすることが可能になる。

図３に戻り、ループアンテナ素子１１および１２は「ヘンテナ」と称されるループアンテナである。すなわち、長辺導体ＬＰ３１、長辺導体ＬＰ３２、長辺導体ＬＰ４１および長辺導体ＬＰ４２は、Ｚ軸方向に、アンテナユニット１０１の共振波長λ（すなわちアンテナユニット１０１が送信または受信すべき波長）の略１／２の長さを有する。短辺導体ＳＰ３１、短辺導体ＳＰ３２は、Ａ４方向に、上記波長λの略１／６の長さを有する。短辺導体ＳＰ４１、短辺導体ＳＰ４２は、Ａ３方向に、上記波長λの略１／６の長さを有する。

同軸ケーブルＣＢＬ１は、給電線路ＬＮ３１の第２端における給電点ＦＤ１に接続された内部導体ＣＩ１と、給電線路ＬＮ３２の第２端における給電点ＦＤ２に接続された外部導体ＣＯ１とを有する。

同軸ケーブルＣＢＬ２は、給電線路ＬＮ４１の第２端における給電点ＦＤ３に接続された内部導体ＣＩ２と、給電線路ＬＮ４２の第２端における給電点ＦＤ４に接続された外部導体ＣＯ２とを有する。同軸ケーブルＣＢＬ１，ＣＢＬ２の電気長は互いにλ／４異なるように調整されている。

なお、図示しないが、給電点ＦＤ１およびＦＤ２には、たとえばバランがインピーダンスマッチングのために接続される。さらに、給電点ＦＤ３およびＦＤ４には、たとえばバランがインピーダンスマッチングのために接続される。これらのバランはたとえばＵバランである。ただし図が複雑になるのを回避するため、図３ではバランを示していない。

図２に示す合成器５１〜５３は、たとえばプリント基板により形成される。合成器５１〜５３の構成は互いに同じであるので、以下では代表的に合成器５１の構成について説明する。

図８は、図２に示した合成器５１の構成を示す模式図である。図８を参照して、プリント基板の一方の主面には、金属薄膜（たとえば銅箔）により、互いに接続された線路７１〜７４が形成される。プリント基板の他方の主面（以下「裏面」と呼ぶ）は、ほぼ全体がアースパターンとなっている。

合成器５１は、２つの入力間の干渉を避けるために、ウィルキンソン型合成器が用いられる。詳細に説明すると、線路７１には、同軸ケーブルＣＢＬ１の内部導体ＣＩ１が接続される。また、線路７１にはＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio：電圧定在波比）特性を良くするためのスタブＳＴ１が設けられる。さらに、線路７１にはコイルＣＬ１の一方端が接続される。コイルＣＬ１の他方端は、スルーホール８１を介してプリント基板の裏面のアースパターンに接続される。なお、コイルＣＬ１の一方端とコイルＣＬ１の他方端との間の距離は、略λ／４の長さとしている。

線路７２には、同軸ケーブルＣＢＬ２の内部導体ＣＩ２が接続される。また、線路７２にはＶＳＷＲ特性を良くするためのスタブＳＴ２が設けられる。さらに、線路７２にはコイルＣＬ２の一方端が接続される。コイルＣＬ２の他方端は、スルーホール８２を介してプリント基板の裏面のアースパターンに接続される。なお、コイルＣＬ２の一方端とコイルＣＬ２の他方端との間の距離は、略λ／４の長さとしている。

抵抗素子Ｒは線路７１および７２に接続される。線路７１および７２は線路７４に接続される。線路７４にはＶＳＷＲ特性を良くするためにスタブＳＴ３およびＳＴ４が設けられる。

線路７４は線路７３に接続される。線路７３には、同軸ケーブルＣＢＬ３の内部導体ＣＩ３が接続される。また、線路７３にはＶＳＷＲ特性を良くするためにスタブＳＴ５が設けられる。さらに、線路７３にはコイルＣＬ３の一方端が接続される。コイルＣＬ３の他方端は、スルーホール８３を介してプリント基板の裏面のアースパターンに接続される。なお、コイルＣＬ３の一方端とコイルＣＬ３の他方端との間の距離は、略λ／４の長さとしている。

コイルＣＬ１〜ＣＬ３の各々の一方端と他方端との間の距離を略λ／４の長さとすることによって反射波を低減し、マッチングを良好とすることができる。

次に、上記のように構成されたアンテナ装置の性能を具体的に説明する。なお、以下に説明するアンテナ装置の性能は、日本におけるＵＨＦテレビ放送の周波数帯（４７０〜７７０ＭＨｚ）の電波が送受信可能なようにアンテナ装置１を構成することによって得られたものである。具体的には、アンテナ装置１が上記ＵＨＦ帯、特に日本における地上デジタル放送の周波数帯（４７０〜７１０ＭＨｚ）のうちのＬ帯域（４７０ＭＨｚ〜５８４ＭＨｚ）の電波の送受信に好適なアンテナ装置となるよう、アンテナ装置１（アンテナユニット１０１，１０２）における各部位の長さ、幅、および距離のパラメータを設計した。

また、以下では、アンテナ装置１の性能として利得、ＶＳＷＲおよび指向性パターンを示す。利得を示す数値が高いほどアンテナの性能が優れている。また、ＶＳＷＲを示す数値が低いほどアンテナの特性が優れている。さらに、本実施の形態に係るアンテナ装置は水平偏波無指向性アンテナであるので、指向性パターンは円形に近いほど好ましい。

図９は、本実施の形態に係るアンテナ装置の利得特性を示す図である。図９を参照して、上述した４７０〜５８４ＭＨｚでの周波数帯では、アンテナ装置の利得は、約０ｄＢ〜約＋２．０ｄＢであり、良好な特性が実現されている。

図１０は、本実施の形態に係るアンテナ装置のＶＳＷＲ特性を示す図である。図１０を参照して、上述した４７０〜５８４ＭＨｚでの周波数帯では、アンテナ装置のＶＳＷＲは１．０〜１．５の範囲内である。一般的には実用的な観点からはＶＳＷＲは１．５以下であることが好ましいとされている。したがって、本実施の形態によれば４７０〜５８４ＭＨｚでの周波数帯において、良好なＶＳＷＲ特性が実現されている。

図１１は、本実施の形態に係るアンテナ装置の水平面指向性を示す図である。図１１には、４７０〜５８４ＭＨｚでの周波数帯をカバーするため、代表的に、４７０ＭＨｚ、５３０ＭＨｚ、５７０ＭＨｚおよび５９０ＭＨｚの水平面指向性パターンが示される。各周波数において良好な無指向性すなわち略楕円状または略円状の無指向性が実現される。このことから、４７０ＭＨｚ〜５８４ＭＨｚの周波数帯において、安定した水平面の無指向性が実現されていることが分かる。

図１２は、本実施の形態に係るアンテナ装置の垂直面指向性を示す図である。図１２には、４７０〜５８４ＭＨｚでの周波数帯のうち、代表的に、５３０ＭＨｚおよび５７０ＭＨｚの垂直面指向性パターンが示される。

ここで、アンテナに避雷針７および支柱８を接続することによって、アンテナの特性が本来の特定よりも悪くなる可能性が考えられる。しかしながら本実施の形態によれば、２つのループアンテナ素子の２か所のクロスポイントのうちの一方に避雷針を接続し、他方に支柱を接続することにより、特性の劣化を抑制することができる。この点につき、水平面指向性を例に説明する。

図１３は、避雷針がない場合におけるアンテナ本体１００の水平面指向性パターンを示す図である。図１４は、避雷針をアンテナ本体１００に接続した場合におけるアンテナ本体１００の水平面指向性パターンを示す図である。

図１３および図１４を参照して、上記の４７０〜５８４ＭＨｚの周波数帯のうち、代表的に、５３０ＭＨｚ、５４０ＭＨｚ、５５０ＭＨｚ、５６０ＭＨｚ、５７０ＭＨｚおよび５８０ＭＨｚの水平面指向性パターンが示される。図１３および図１４を比較すればわかるように、避雷針の有無による水平面指向性パターンの変化はほとんど生じていない。

図１に示すようにアンテナ本体１００は、レドーム２に収納される。レドーム２は筒状である。アンテナ装置１の小型化の観点からは、レドーム２の径、すなわちアンテナ本体の水平方向の長さが短いほど好ましい。

レドーム２の径を小さくすることが可能な構造を有するアンテナとしては、たとえば円筒の一部にスロットが形成されたスロットアンテナ、２巻き先端開放ループアンテナなどが考えられる。しかしながらこれらのアンテナの場合、水平面指向性が良好な無指向性になりにくい。一方、良好な無指向性（水平面無指向性）を得るためのアンテナとしては、たとえばアルホードアンテナ、クローバーリーフアンテナ、クロスダイポールアンテナなどが知られている。ただし、これらのアンテナの場合、水平方向の長さが大きくなるという課題が生じる。

本発明の実施の形態に係るアンテナ装置では、２つのループアンテナ素子の各々がヘンテナであるので、長辺導体ＬＰ３１、長辺導体ＬＰ３２、長辺導体ＬＰ４１および長辺導体ＬＰ４２が、アンテナユニット１０１の共振波長の略１／２の長さを有するとともに、短辺導体ＳＰ３１、短辺導体ＳＰ３２、短辺導体ＳＰ４１および短辺導体ＳＰ４２は、アンテナユニット１０１の共振波長の略１／６の長さを有する。つまり短辺導体は長辺導体よりも短い。

そして、短辺導体の延伸方向が略水平方向となるように（長辺導体の延伸方向が略鉛直方向となるように）アンテナユニットが支持される。このように、ループアンテナ素子１１および１２をそれぞれヘンテナとし、かつ、そのヘンテナの短辺の延伸方向が略水平方向となるようにヘンテナを配置することによって水平方向の長さを小さくすることができる。さらに、２つのヘンテナは、各々の短辺導体が互いに直交するように配置される。これにより、アンテナユニットは、特性として、水平偏波無指向性を有する。

なお、本実施の形態では、固定金具２１，２２が、Ｚ軸方向（第１の方向）に沿って配置された第１および第２の接続部にそれぞれ対応する。ただし、固定金具２１，２２を設けずに、ループアンテナ素子１１，１２の２つのクロスポイントの一方に避雷針７が直接的に接続され、他方のクロスポイントに支柱８（または連結部材１０３）が接続されても良い。この場合の２つのクロスポイントは、第１および第２の接続部にそれぞれ対応する。

また、本実施の形態では、ループアンテナ素子に含まれる短辺導体が屈曲しているが、短辺導体を屈曲させることは必須ではなく、真っ直ぐな導電板を短辺導体として用いてもよい。

また、本発明では、アンテナ本体は水平偏波無指向性を有するものに限定されず、避雷針および支持部材に電気的かつ機械的に接続可能なものであればよい。このようなアンテナであっても避雷針とアンテナとを別々に設置する構成に比較して、アンテナ全体のサイズを小型化できる。

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説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味およ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。

１ アンテナ装置、２ レドーム、３ 先端キャップ、４ 下部金具、５，６ 取付金具、７ 避雷針、８ 支柱、９ 固定金具、１１，１２ ループアンテナ素子、２１，２２ 固定金具、４１，４２ ネジ、５１〜５３ 合成器、６１，６２，６３ 取付部材、７１〜７４ 線路、８１〜８３ スルーホール、１００ アンテナ本体、１０１，１０２ アンテナユニット、１０３ 連結部材、ＣＢＬ１〜ＣＢＬ７ 同軸ケーブル、ＣＩ１〜ＣＩ３ 内部導体、ＣＬ１〜ＣＬ３ コイル、ＣＮＣ コネクタ、ＣＯ１，ＣＯ２ 外部導体、ＦＤ１〜ＦＤ４ 給電点、ＬＮ３１，ＬＮ３２，ＬＮ４１，ＬＮ４２ 給電線路、ＬＰ３１，ＬＰ３２，ＬＰ４１，ＬＰ４２ 長辺導体、Ｒ 抵抗素子、ＳＰ３１，ＳＰ３２，ＳＰ４１，ＳＰ４２ 短辺導体、ＳＴ１〜ＳＴ５ スタブ。

Claims (3)

1. 導電性を有しかつ第１の方向に沿って配置された第１および第２の接続部を含むアンテナ本体と、
   前記第１の接続部に電気的かつ機械的に接続された避雷針と、
   導電性を有し、かつ前記第１の方向が鉛直方向となるように前記アンテナ本体を支持するために前記第２の接続部に電気的かつ機械的に接続された支持部材とを備え、
   前記アンテナ本体は、
   前記避雷針および前記支持部材に電気的かつ機械的に接続された少なくとも１つのアンテナユニットを含み、
   前記少なくとも１つのアンテナユニットは、
   前記第１の方向に沿って延伸し、かつ互いに対向するように配置された第１および第２の長辺導体と、互いに対向する前記第１の長辺導体の一方端と前記第２の長辺導体の一方端とを接続する第１の短辺導体と、互いに対向する前記第１の長辺導体の他方端と前記第２の長辺導体の他方端とを接続する第２の短辺導体とを有する第１のループアンテナ素子と、
   前記第１の方向に沿って延伸し、かつ互いに対向するように配置された第３および第４の長辺導体と、互いに対向する前記第３の長辺導体の一方端と前記第４の長辺導体の一方端とを接続する第３の短辺導体と、互いに対向する前記第３の長辺導体の他方端と前記第４の長辺導体の他方端とを接続する第４の短辺導体とを有する第２のループアンテナ素子とを含み、
   前記第１および第２の短辺導体は、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って延伸し、
   前記第３の短辺導体は、前記第１および第２の方向に直交する第３の方向に沿って延伸し、かつ前記第１の短辺導体と立体的に交差するように配置され、
   前記第４の短辺導体は、前記第３の方向に沿って延伸し、かつ前記第２の短辺導体と立体的に交差するように配置され、
   前記第１の接続部は、前記第１の短辺導体および前記第３の短辺導体のいずれかの略中央に配置され、
   前記第２の接続部は、前記第２の短辺導体および前記第４の短辺導体のいずれかの略中央に配置される、アンテナ装置。
2. 前記少なくとも１つのアンテナユニットの共振波長をλと定義すると、前記第１乃至第４の長辺導体の各々の前記第１の方向の長さは、略λ／２であり、前記第１乃至第４の短辺導体の各々の延伸方向の長さは、略λ／６である、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記少なくとも１つのアンテナユニットは、
   前記第１の長辺導体の前記第１の方向における所定の位置において前記第１の長辺導体に接続された第１端と、当該第１端の反対側かつ前記第１の長辺導体および前記第２の長辺導体の間に位置する第２端とを有する第１の給電線路と、
   前記第２の長辺導体の前記第１の方向における所定の位置において前記第２の長辺導体に接続された第１端と、当該第１端の反対側かつ前記第１の長辺導体および前記第２の長辺導体の間に位置する第２端とを有する第２の給電線路と、
   前記第３の長辺導体の前記第１の方向における所定の位置において前記第３の長辺導体に接続された第１端と、当該第１端の反対側かつ前記第３の長辺導体および前記第４の長辺導体の間に位置する第２端とを有する第３の給電線路と、
   前記第４の長辺導体の前記第１の方向における所定の位置において前記第４の長辺導体に接続された第１端と、当該第１端の反対側かつ前記第３の長辺導体および前記第４の長辺導体の間に位置する第２端とを有する第４の給電線路とをさらに有し、
   前記第１乃至第４の給電線路の各々の幅を、当該給電線路の第１端から第２端への方向と直交する方向の長さと定義し、各前記第１乃至第４の短辺導体の幅を、当該短辺導体の延伸方向に直交する方向の長さと定義すると、
   前記第１および第２の給電線路の幅は、前記第１および第２の短辺導体のいずれの幅よりも小さく、
   前記第３および第４の給電線路の幅は、前記第３および第４の短辺導体のいずれの幅よりも小さい、請求項１または２に記載のアンテナ装置。

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