JP5904805B2 - 整形ビームアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、所望の方向に主ローブを形成し、無線伝送に供される整形ビームアンテナに関する。

従来、所望の方向に主ローブを形成可能なアンテナには、例えば、後述する特許文献１に示すように、長さが（λ／２）ないし（２２λ／３２）であるスリーブと、長さが（λ／４）であるスリーブと、その上端から（λ／２）隔たった箇所に上端を持つシュペルトップとが縦に積み上げられて構成される「スリーブ負荷形ビームチルトアンテナ」があった。

このようなビームチルトアンテナは、その長さ（高さ）の合計が１．５λ以上となり、上端のスリーブの長さが調整されることにより、垂直面上における所望の方向に主ローブの方向が設定される。

さらに、上記ビームチルトアンテナでは、多段にスリーブが積み重ねられたコリニアアンテナとして構成され、下端に配置されたシュペルトップによって、さらら下に伸びる給電路の外皮に高周波電流が乗ることが抑止される。

したがって、水平方向における無指向性が維持されつつ、垂直面における指向性が狭められることにより、高利得化が図られる。

特開平７−６６６１８号公報

ところで、上述した従来のビームチルトアンテナでは、二つ以上の放射素子に対して所定の位相差による給電が直列に行われる（以下、このようにして行われる給電を「直列給電」という。）ことにより、水平方向から上方あるいは下方への主ローブのチルトが図られていた。

しかし、所望の利得や指向性が得られる周波数帯域は、給電の形態が上記直列給電であるために、狭くなっていた。

また、コリニアアンテナは、一般に、広い周波数帯域に亘って特定の方向あるいは多様な方向にビームが形成されるべき用途には適さず、しかも、構造が比較的複雑であって寸法も大きいために、設置されるべきサイトにおける実装性、コスト等の制約に阻まれて、採用され難い場合が多かった。

本発明は、構造が単純であるにもかかわらず、広帯域に亘って所望の方向に主ローブを形成できる整形ビームアンテナを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明では、第一のアンテナ素子は、半波長(λ／２)と実数α((−λ／２)＜α＜(λ／２))との和に長さが等しい筒体として構成されている。第二のアンテナ素子は、前記半波長(λ／２)と前記実数αとの差に長さが等しい筒体として構成されている。第一の円板導体は、前記第一のアンテナ素子に挿嵌されている。第二の円板導体は、前記第二のアンテナ素子に挿嵌されている。給電線は、前記第一のアンテナ素子および前記第二のアンテナ素子に緩挿または遊挿されて、前記第一の円板導体に設けられた第一の給電点に外部導体が接続され、前記第二の円板導体に設けられた第二の給電点に中心導体が接続されて給電を行う。前記第一の給電点は、前記第一のアンテナ素子の開口から長さＬ _Ｂ （＝（λ／２）／８）の位置にある。前記第二の給電点は、前記第二のアンテナ素子の開口から長さＬ _Ｔ （＝（λ／２）／１２）の位置にある。前記第１の給電点から、前記第一の円板導体および前記第一のアンテナ素子の内壁を介して前記第一のアンテナ素子の前記開口に至る移相量Φ _Ｂ と、前記第１の給電点から、前記第二の給電点、前記第二の円板導体および前記第二のアンテナ素子の内壁を介して前記第二のアンテナ素子の開口に至る移相量Φ _Ｔ との差の絶対値がπラジアンである。

すなわち、給電線は、第一のアンテナ素子と第二のアンテナ素子との何れの外側にも位置することなく、これらのアンテナ素子に対する給電を実現する。また、このような給電の下で形成される主ローブの方向は、第一のアンテナ素子と第二のアンテナ素子との長さの差（＝｜α｜）が大きいほど、これらのアンテナ素子の内、短いアンテナ素子が位置する方向に偏る。

そして、請求項１に記載の整形ビームアンテナでは、前記第一の給電点と前記第二の給電点とが上述したように配置されることにより、前記給電線と、前記装置の第一の円板導体および第二の円板導体と、前記第一のアンテナ素子および前記第二のアンテナ素子とのインピーダンス整合が図られる。

すなわち、本発明に係る整形ビームアンテナと給電路とのインピーダンス不整合に起因する帯域や利得の低下が回避される。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の整形ビームアンテナにおいて、前記第一のアンテナ素子と前記第二のアンテナ素子とは、前記第一および前記第二のアンテナ素子により構成されたダイポールアンテナによって形成される主ローブの幅が所望の値となる距離および姿勢で配置される。

すなわち、主ローブの幅は、構成要素が増加することなく、第一および第二のアンテナ素子の相対的な距離および姿勢の設定により、所望の値に設定される。

請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の整形ビームアンテナにおいて、前記第一のアンテナ素子に挿嵌されて、前記第一のアンテナ素子の内壁とともに前記給電線に接続されたシュペルトップとして機能する第三の円板導体を有する。

本発明によれば、構成が単純であるにもかかわらず、第一および第二のアンテナ素子が並列に給電されることによって帯域が広く確保され、しかも、給電線の遮蔽による指向性や利得の低下を伴うことなく、所望の方向にビームが形成される。
また、本発明では、送信または受信が行われるべき無線信号の波長λに適応して、所望の帯域および方向に無線伝送路が安定に形成される。
したがって、本発明が適用された無線伝送系や無線通信系では、コスト、実装性、置局条件の制約に阻まれることなく、伝送品質や通信品質に併せて、信頼性が高められ、かつ安定に維持される。

本発明の第一の実施形態を示す図である。 本実施形態によって達成されるインピーダンス整合を示す図である。 本実施形態における垂直方向の指向性を示す図である。 本発明の第二の実施形態を示す図である。 反射器によって達成される利得および水平面上における指向性を示す図である。

反射器によって達成される主ローブの幅を示す図である。 本発明の第三の実施形態を示す図である。 格子状の反射器によって達成される利得および指向性を示す図である。 格子状の反射器によって達成される主ローブの幅を示す図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について詳細に説明する。
〔第一の実施形態〕
図１は、本発明の第一の実施形態を示す図である。
本実施形態は、以下に列記される要素(1)〜(7)で構成される。

(1) 長さが波長λおよび実数α(｜α｜＜(λ／２))(例えば、「０．０１」ないし「０．０２」の値)に対してＬ_Ｔ (＝(λ／２)−α)である円筒状導体１１Ｔ
(2) 長さが上記波長λ（円筒状導体１１Ｔ、１１Ｂの直径に応じて定まる係数（例えば、「０．８」ないし「０．９９」の値）との積として与えられる。）および実数αに対してＬ_Ｂ (＝(λ／２)＋α)である円筒状導体１１Ｂ

(3) 円筒状導体１１Ｔの中空部の中心軸に直交する状態で、側壁がその中空部の内壁に遊嵌（挿嵌）可能な形状および寸法で形成され、かつ頂部と底部との中心の間に形成されて寸法および形状が後述する同軸ケーブル１３の中心導体が挿嵌（緩嵌）可能な値に設定された貫通孔１２Ｔｈを有すると共に、厚みがｔである円板導体１２Ｔ

(4) 円筒状導体１１Ｂの中空部の中心軸に直交した状態で、側壁がその中空部の内壁に遊嵌（挿嵌）可能な形状および寸法で形成され、かつ頂部と底部との中心の間に形成されて寸法および形状が後述する同軸ケーブル１３の絶縁体が挿嵌（緩嵌）する値に設定された貫通孔１２Ｂｈ-1を有すると共に、厚みがｔである円板導体１２Ｂ-1

(5) 円筒状導体１１Ｂの中空部の中心軸に直交した状態で、側壁がその中空部の内壁に遊嵌（挿嵌）可能な形状および寸法で形成され、かつ頂部と底部との中心の間に形成されて寸法および形状が同軸ケーブル１３の外部導体に緩嵌する値に設定された貫通孔１２Ｂｈ-2を有すると共に、厚みがｔである円板導体１２Ｂ-2

(6) 一端およびその近傍が予め加工されることにより、以下(6-1)〜(6-3)に示す状態に設定され、かつ他端が図示されない無線装置のアンテナ端子に接続された同軸ケーブル１３
(6-1) 同軸ケーブル１３の一端Ｐ０から長手方向に長さＬ１に亘って隔たった点Ｐ１に至る区間Ｓ１では、その同軸ケーブル１３の外被、外部導体および絶縁体（ポリエチレン等の誘電体として構成される。）が取り除かれることによって、中心導体のみが露出する。なお、区間Ｓ１では、例えば、図１(ａ)の上部に示すように、外部導体のみが取り除かれ、かつ絶縁体は中心導体と共に残されてもよい。

(6-2) 点Ｐ１からさらに上記円板導体１２Ｂ-1の厚み（≒ｔ）だけ隔たった点Ｐ２に至る区間Ｓ２では、同軸ケーブル１３の外被が取り除かれることによって外導体が露出し、その外部導体の該当する部位が同軸ケーブル１３の外被の切断面に沿って折り返される。

(6-3) 点Ｐ２からさらに所定の長さＬ２に亘って隔たった点Ｐ３に至る区間Ｓ３では、同軸ケーブル１３の外被が取り除かれる。なお、区間Ｓ３では、同軸ケーブル１３の外被は、図１(ａ)の下部に示すように、必ずしも全域に亘って取り除かれなくてもよく、さらに、例えば、点Ｐ３において、円板導体１２Ｂ-2（の貫通孔１２Ｂｈ-2）に対する同軸ケーブル１３の外導体の接続や緩嵌が何らかの方法や機械的な構成の下で可能であるならば、その点Ｐ３の近傍のみで取り除かれ、あるいは全く取り除かれなくてもよい。

なお、上記長さＬ１、Ｌ２は、図１に示すように、円筒状導体１１Ｔ、１１Ｂの軸が共通の仮想的な直線上に並んだ状態において、円筒状導体１１Ｔの底面にある開口Ａ_Ｔ と円形状導体１１Ｂの頂部にある開口Ａ_Ｂ との間の距離ｄに対して、例えば、下式で示される値に予め設定される。

Ｌ１＝(５λ／４８)＋ｄ＋ｔ
＝ｔ＋Ｌ_Ｔ ＋ｄ＋Ｌ_Ｂ
＝ｔ＋((λ／２)／１２)＋ｄ＋((λ／２)／８)
Ｌ２＝(３λ／１６)＋(α／２)
＝(((λ／２)＋α)／２)−Ｌ_Ｂ
＝(((λ／２)＋α)／２)−((λ／２)／８)

ここに、円筒状導体１１Ｔ、１１Ｂの軸に沿った下記の点(a)，(b)，(c)をそれぞれ点Ｘ０、Ｘ１、Ｘ２として定義する。
(a) 点Ｘ０：円筒状導体１１Ｔの底部より(λ／２４＝(λ／２)／１２＝Ｌ_Ｔ )隔たった点
(b) 点Ｘ１：円筒状導体１１Ｂの頂部より(λ／１６＝(λ／２)／８＝Ｌ_Ｂ )隔たった点
(c) 点Ｘ２：円筒状導体１１Ｂの頂部より((λ／４)＋ｔ＋(α／２)＝Ｌ_Ｂ ＋ｔ＋Ｌ２)隔たった点

これらの構成要素は、下記の手順(1)〜(9)で組み立てられることによって、本実施形態に係る整形ビームアンテナとして構成される。
(1) 円板導体１２Ｂ-2の貫通孔１２Ｂｈ-2に、同軸ケーブル１３を一端Ｐ０から順に挿通させることによって、その円板導体１２Ｂ-2の外部導体を既述の点Ｐ３に緩嵌させる。

(2) 必要であれば、円板導体１２Ｂ-2をかしめ、あるいは半田付けを施すことにより、貫通孔１２Ｂｈ-2の位置を上記点Ｐ３に固定する。
(3) 円板導体１２Ｂ-1の貫通孔１２Ｂｈ-1に、同軸ケーブル１３を一端Ｐ０から挿通させることによって、その円板導体１２Ｂ-1の外部導体を既述の点Ｐ２に緩嵌させる。

(4) 必要であれば、円板導体１２Ｂ-1をかしめ、あるいは半田付けを施すことにより、貫通孔１２Ｂｈ-1の位置を上記点Ｐ２に固定する。
(5) 円板導体１２Ｔの貫通孔１２Ｔｈに、既述の通りに露出した同軸ケーブル１３の中心導体の先端部を遊嵌（挿嵌）させ、かつ円板導体１２Ｔをかしめ、あるいは半田付けを施すことにより、その貫通孔１２Ｔｈを同軸ケーブル１３の中心導体の先端部に固定する。

(6) 円筒状導体１１Ｂの中空部に、このようにして円板導体１２Ｔ、１２Ｂ-1、１２Ｂ-2が一体化されたおよび同軸ケーブル１３を順次挿通させることにより、円板導体１２Ｂ-1、１２Ｂ-2が図１に示すように、それぞれ既述の点Ｘ１、Ｘ２に位置する状態とする。

(7) このような状態を維持しつつ円筒状導体１１Ｂの外側面の内、これらの点Ｘ１、Ｘ２に対応する部位を外側から内部方向にそれぞれかしめることにより、円筒状導体１１Ｂの中空部における円板導体１２Ｂ-1、１２Ｂ-2の位置を固定する。

(8) 円筒状導体１１Ｔの中空部に、円板導体１２Ｔおよびこれに連なる同軸ケーブル１３の中心導体を順次挿通させることにより、その円板導体１２Ｔが既述の点Ｘ０に位置する状態とする。

(9) このような状態を維持しつつ円筒状導体１１Ｔの外側面の内、上記点Ｘ０に対応する部位を外側から内部方向にかしめることにより、円筒状導体１１Ｔの中空部における円板導体１２Ｔの位置を固定する。

以下、円筒状導体１１Ｔ、１１Ｂが長手方向に垂直に連なった状態で配置されていることを前提として、本実施形態の原理および効果を説明する。

本発明の特徴は、本実施形態では、アンテナ素子としてそれぞれ機能する円筒状導体１１Ｔ、１１Ｂの長さの差αと、これらの円筒状導体１１Ｔ、１１Ｂの給電点の位置と、両者の間に確保されるスペースの幅（＝ｄ）との組み合わせにあり、その組み合わせの下で、後述するように同軸ケーブル１３とのインピーダンス整合に併せて、主ローブの方向および幅が下記通りに設定される点にある。

本実施形態では、円筒状導体１１Ｔ、１１Ｂは、何れも長さが約（λ／２）であり、両者の間に確保されたスペースに近い給電点に対する給電が同軸ケーブル１３を介して行われることによって、全長がほぼ一波長（＝λ）であるダイポールアンテナとして機能する。

〔インピーダンス整合〕
本実施形態では、点Ｘ０（Ｐ０）、Ｘ１（Ｐ１）の位置は、同軸ケーブル１３の諸元（絶縁体の比誘電率、中心導体の寸法・形状等）と、円筒状導体１１Ｔ、１１Ｂの断面や中空部の形状およびサイズとで定まる下記の移相量Φ_Ｔ 、Φ_Ｂ の差の絶対値がπラジアンとなる値に予め設定される。なお、このような設定は、例えば、電磁界シミュレータ等の利用により実現性が確認された後に、設計的パラメータの微調整が図られることによって行われてもよい。

(1) 図１に太い一点鎖線で示すように、点Ｐ１から区間Ｓ１を介して点Ｐ０に至る区間における同軸ケーブル１３の中心導体と、点Ｐ０から円板導体１２および円筒状導体１１Ｔの内壁を介して既述の開口Ａ_Ｔ の縁部に至る区間とにおける移相量Φ_Ｔ

(2) 図１に太い二点鎖線で示すように、点Ｐ１の近傍にある同軸ケーブル１３の外部導体から円板導体１２Ｂ-1および円筒状導体１１Ｂの内壁を介して既述の開口Ａ_Ｂ の縁部に至る区間における移相量Φ_Ｂ

すなわち、円筒状導体１１Ｔ、１１Ｂは、長さが異なるものの、同軸ケーブル１３とのインピーダンス整合が良好に図られつつ給電され、ほぼ１波長のダイポールアンテナとして機能する。

さらに、これらの円筒状導体１１Ｔ、１１Ｂは、垂直方向における共通の軸上に所定の間隔を隔てて配置され、かつ同軸ケーブル１３を介して並列に給電される。

したがって、本実施形態に係るダイポールアンテナは、複数の素子が直列に給電されるコリニアアンテナのように狭帯域とはならず、ＶＳＷＲが「２．０」以下である比帯域が１８パーセントと図２に示されるように、広帯域特性が実現される。

〔主ローブの方向〕
本実施形態に係るダイポールアンテナの主ローブは、円筒状導体１１Ｔ、１１Ｂからそれぞれ個々の方向に放射される電磁界のベクトル和として形成される。したがって、このような主ローブの方向は、アンテナ素子である円筒状導体１１Ｔ、１１Ｂの長さＬ_Ｔ 、Ｌ_Ｂ に差（＝｜α｜）があると、水平方向に対して偏る。また、このような差は、一般に、垂直方向における放射角の最大値を決定する主要なファクターとなる。

本実施形態では、上記αの値は、図３に示すように、主ローブが形成されるべき所望の仰角（例えば、円筒状導体１１Ｔ、１１Ｂの間に確保されるスペースの幅ｄが「０．５５λ」に設定され、かつこれらの円筒状導体１１Ｔ、１１Ｂに対する給電が９°の位相差で行われる場合には、本実施形態に係るアンテナが周辺に設置された滑走路に進入する飛行機との間に好適な無線伝送路が形成される３°となる。）や俯角が達成可能な値に予め設定される。

したがって、本実施形態によれば、コリニアアンテナ等に比較して大幅に構成が単純であるにもかかわらず、上記インピーダンス整合の下で広帯域に亘って所望の方向に確度高く安定に主ローブが形成される。

〔主ローブの幅〕
本実施形態に係るダイポールアンテナでは、上記主ローブの垂直方向における幅は、アンテナ素子である円筒状導体１１Ｔ、１１Ｂの垂直方向における距離（既述の開口Ａ_Ｔ と開口Ａ_Ｂ との距離ｄ）が広いほど狭くなる。

したがって、上記距離ｄは、主ローブの幅が所望の値（例えば、４５°）となる値に設定される。

〔シュペルトップの一体化〕
本実施形態では、同軸ケーブル１３の外部導体は、既述の貫通孔１２Ｂｈ-2の内壁において円板導体１２Ｂ-2に接続され、その円板導体１２Ｂ-2の外側壁に接続される。このような円板導体１２Ｂ-2の外側壁に接続された円筒状導体１１Ｂの内壁は、既述の通りに約半波長(＝(((λ／２)＋α)／２))隔たったその円筒状導体１１Ｂの開口（既述の開口Ａ_Ｂ と対向する。）縁部で解放される。

したがって、円板導体１２Ｂ-2と、このような円筒状導体１１Ｂの内壁の部位は、同軸ケーブル１３の外部導体に接続されたシュペルトップとして機能し、その同軸ケーブル１３の外部導体に高周波数電流が乗ることと、該当する外部導体から電磁波が放射されることとを阻止する。

このように本実施形態によれば、上述した広帯域化と、主ローブの所望の方向および幅の設定とは、既述の通りに同軸ケーブル１３とのインピーダンス整合に関連性がある以下の値が好適な値の組み合わせとして設定されることにより、何れもが達成される。

(1) 円筒状導体１１Ｔ、１１Ｂの長さＬ_Ｔ 、Ｌ_Ｂ の差α
(2) 距離ｄ
(3) 円板導体１２Ｔ、１２Ｂの厚み（≒ｔ）
(4) 同軸ケーブル１３の中心導体の太さ、絶縁体の比誘電率、形状、寸法

さらに、本実施形態に係るダイポールアンテナによれば、コリニアアレイアンテナ等に比べて、全長が１波長と大幅に短いにもかかわらず構造が単純であるため、軽量化および低廉化が可能となり、かつ信頼性が高められる。

また、本実施形態では、半波長ダイポールやλ／４モノポールアンテナに比べて垂直方向における指向性の半値幅を狭く出来るため、高い利得を維持しつつ、大地方向から到来する反射波が抑圧され、高い伝送品質や通信品質が得られる。

なお、本実施形態に係るダイポールアンテナは、既述の円筒状導体１１Ｔ、１１Ｂ、円板導体１２Ｔ、１２Ｂ-1、１２Ｂ-2および同軸ケーブル１３の組み合わせとして構成されている。

しかし、本実施形態は、このような構成要素のみの組み合わせに限定されず、コスト、製造、信頼性その他の多様な制約の下で既述の作用効果が低下せず、あるいは低下したとしても許容される限度であるならば、例えば、以下に列記するように、上記円筒状導体１１Ｔ、１１Ｂ、円板導体１２Ｔ、１２Ｂ-1、１２Ｂ-2および同軸ケーブル１３の一部または全てが如何なる形態で併合され、あるいは複数の要素に区分されて構成されてもよい。

(1) 円筒状導体１１Ｔが点Ｘ０で係合や螺合等により連結可能な２つの部材（以下、開口Ａ_Ｔ を有する一方の部材を「円筒状導体１１Ｔ_Ｌ 」と称し、残りの部材を「円筒状導体１１Ｔ_Ｕ 」と称する。）として構成され、円板導体１２Ｔがこれらの円筒状導体１１Ｔ_Ｌ、１１Ｔ_Ｕの何れか一方または双方に嵌合（螺嵌、継合、嵌挿、嵌装、挟着、嵌着、圧着、螺着、溶着、填着、嵌入、圧入、圧砕等であってもよい。）可能な部材として構成される。

(2) 円筒状導体１１Ｔが点Ｘ０で係合や螺合等により連結可能な２つの部材（既述の「円筒状導体１１Ｔ_Ｌ 」および「円筒状導体１１Ｔ_Ｕ 」）として構成され、円板導体１２Ｔが円筒状導体１１Ｔ_Ｌの頂部と、円筒状導体１１Ｔ_Ｕの底部との何れか一方に一体化されて構成される。

(3) 円筒状導体１１Ｂが点Ｘ１と点Ｘ２との双方もしくは何れか一方で係合や螺合等により連結可能な３つまたは２つの部材（以下、これらの部材の内、開口Ａ_Ｂ に近い一方の部材を「円筒状導体１１Ｂ_Ｕ 」と称し、これに連なるべき直近の部材を「円筒状導体１１Ｂ_Ｌ 」と称する。）として構成され、円板導体１２Ｂ-1（１２Ｂ-2)がこれらの円筒状導体１１Ｂ_Ｕ、１１Ｂ_Ｌの何れか一方または双方に嵌合（螺嵌、継合、嵌挿、嵌装、挟着、嵌着、圧着、螺着、溶着、填着、嵌入、圧入、圧砕等であってもよい。）可能な部材として構成される。

(4) 円筒状導体１１Ｂが点Ｘ１と点Ｘ２との双方もしくは何れか一方で係合や螺合等により連結可能な３つまたは２つの部材（以下、これらの部材の内、開口Ａ_Ｂ に近い一方の部材とこれに連なるべき直近の部材との何れについても、それぞれ既述の通り「円筒状導体１１Ｂ_Ｕ 」と「円筒状導体１１Ｂ_Ｌ 」と称する。）として構成され、円板導体１２Ｂ-1（１２Ｂ-2)が円筒状導体１１Ｂ_Ｌ の頂部と円筒状導体１１Ｔ_Ｕ の底部との何れか一方に一体化されて構成される。

また、本実施形態に係るダイポールアンテナの組み立ての手順は既述の手順に限定されず、特に、同軸ケーブル１３に施される加工、その同軸ケーブル１３と円筒状導体１１Ｔ、１１Ｂや円板導体１２Ｔ、１２Ｂ-1、１２Ｂ-2との電気的な接続や位置合わせの手順は、これらの円筒状導体１１Ｔ、１１Ｂ、円板導体１２Ｔ、１２Ｂ-1、１２Ｂ-2および同軸ケーブル１３が如何なる要素の組み合わせとして構成される場合であっても、その組み合わせに適した順序で行われ、あるいは適宜省略されてもよい。

さらに、本実施形態では、円板導体１２Ｂ-2と、その円板導体１２Ｂ-2の外側部に接続された円筒状導体１１Ｂの内壁の内、底部の開口に至る区間とが既述のシュペルトップとして機能している。

しかし、本実施形態では、以下の要件の全てを満たす無線装置が備えられる場合には、シュペルトップの機能が不要であるため、円板導体１２Ｂ-2は備えられなくてもよい。
(1) 点Ｘ１に対応する円筒状導体１１Ｂの内部に、同軸ケーブル１３に代えて配置される。

(2) 波長がλである周波数ｆ（＝Ｃ／λ）の無線信号の送信と受信との双方もしくは何れか一方を行う。
(3) 外部と連係することなく単独で作動し、無線伝送路、光伝送路の何れかを介して外部と連係する。

(4) 上記送信や受信に供されるアンテナの素子として、本実施形態に係るダイポールアンテナが適用される。
(5) このようなダイポールアンテナに対する給電は、上記無線装置に直結され、かつ既述の加工によって露出した同軸ケーブル１３の中心導体および外部導体をそれぞれ代替する線路および端子が源となる平衡給電または不平衡給電として行われる。

また、本実施形態では、円筒状導体１１Ｔは、その頂部から点Ｘ０に至る区間の部位は、アンテナ素子としての機能や性能に支障が生じないならば、筒体として構成されず、中空部を有しない棒状体として構成されてもよい。

さらに、本実施形態では、円筒状導体１１Ｔ、１１Ｂは、両者の軸が仮想的な直線上にある状態で配置されている。

しかし、本発明はこのような構成に限定されず、円筒状導体１１Ｔ、１１Ｂは、両者が物理的に隔たった状態であるならば、双方の軸の仮想的な延長線が平行であり、あるいは互いに交差する状態で配置されてもよい。

また、本実施形態では、点Ｐ１の近傍における円板導体１２Ｂ-1（貫通孔１２Ｂｈ-1を含む。）の構造と、同軸ケーブル１３の外被、外部導体、絶縁体に施されるべき加工との形態は、図１(ａ)に示すものに限定されず、以下に列記する何れの形態であってもよい。

(1) 図１(ｂ)に示すように、貫通孔１２Ｂｈ-1は円板導体１２Ｂ-1の底部側から階段状（徐々）に径が小さくなる孔として形成され、かつ同軸ケーブル１３の絶縁体はその貫通孔１２Ｂｈ-1の内壁に緩嵌（衝合や嵌合であってもよい。）する形状で整形される。

(2) 図１(ｃ)に示すように、貫通孔１２Ｂｈ-1は同軸ケーブル１３の外部導体に挿嵌（緩嵌）する形状および寸法で形成され、その同軸ケーブル１３はの外部導体は円板導体１２Ｂ-1の頂部における貫通孔１２Ｂｈ-1の開口部より上方には残らない形状および寸法で整形される。

さらに、本実施形態は、図１に示すように、個別の部材（構成要素）である円筒状導体１１Ｔ、１１Ｂ、円板導体１２Ｔ、１２Ｂ-1、１２Ｂ-2および同軸ケーブル１３が組み合わせられ、かつ既述の通りに組み立てられることによって構成されている。

しかし、本発明は、このような構成に限定されず、以下に列記するようにプリント回路として構成されてもよい。
(1) ３層基板の内層（第２層）に形成された以下のプリント回路

(1-1) 円筒状導体１１ｂの内部に配置される同軸ケーブル１３の中心導体に相当する線状のプリント回路Ｃｃ
(1-2) そのプリント回路Ｃｃが有する２つの側端の双方に個別に平行に形成され、同軸ケーブル１３の外部導体に相当する板状のプリント回路Ｃｅ-1、Ｃｅ-2

(2) 上記プリント回路Ｃｃと、プリント回路Ｃｅ-1、Ｃｅ-2の対とにそれぞれ半田付け等により接続され、既述の無線装置のアンテナ端子との接続に供される同軸コネクタ

(3) 上記３層基板の外層である第一層および第二層に個別に形成されて所定の間隔および位置でスルーホールを介して違いに接続されると共に、これらの層の間で互いに平行に対向する導体板の対として形成され、円筒状導体１１Ｔの内側壁および外側壁を代替する板状のプリント回路Ｃ_Ｔ-1、Ｃ_Ｔ-2

(4)同様の３層基板の第一層および第二層に個別に形成されて所定の間隔および位置でスルーホールを介して違いに接続されると共に、これらの層の間で互いに平行に対向する導体板の対として形成され、円筒状導体１１Ｂの内側壁および外側壁を代替する板状のプリント回路Ｃ_Ｂ-1、Ｃ_Ｂ-2

なお、上記板状のプリント回路Ｃ_Ｔ-1、Ｃ_Ｔ-2とプリント回路Ｃ_Ｂ-1、Ｃ_Ｂ-2とについては、既述の第一層と第三層との何れか一方が無い両面基板が上記３層基板に代えて適用される場合には、何れも、１つのプリント回路として構成されてもよい。

〔第二の実施形態〕
図４は、本発明の第二の実施形態を示す図である。
本実施形態は、既述の第一の実施形態に係るダイポールアンテナ２１に併せて、そのダイポールアンテナ２１のアンテナ素子である円筒状導体１１Ｔ、１１Ｂの側面に平行なパラボロイド等の導体板である反射器２２が備えられることによって、構成される。さらに、その反射器２２は、円筒状導体１１Ｔ、１１Ｂに対して約(λ／４)隔たった位置に配置され、かつ支持される。なお、反射器２２の反射面の位置、形状および寸法については、所望のビーム形成が実現されるならば、如何なるものであってもよい。

このような構成のアンテナでは、上記反射器２２は、図４(ａ)〜(ｄ)に示すように、開き角がそれぞれ所望の値（例えば、１８０°、９０°、３０°、０°）に設定されることにより、図５および図６に示すように、ダイポールアンテナ２１の水平方向における主ローブの幅が約９０°ないし２５０°に亘る広範な値に絞られる。

なお、反射器２２は、必ずしも、既述のパラボロイド等のような導体板として構成されなくてもよく、例えば、図４(ｄ)に示すように、棒状体として構成された場合であっても、ダイポールアンテナ２１の水平方向における主ローブの幅を絞り、そのダイポールアンテナ２１の利得を所望の値に設定することは可能である。

〔第三の実施形態〕
図７は、本発明の第三の実施形態を示す図である。
図において、図４に示すものと機能が同じものについては、同じ符号を付与して示す、ここでは、その説明を省略する。
本実施形態と既述の第二の実施形態との構成の相違点は、アンテナ素子である円筒状導体１１Ｔ、１１Ｂの側部に平行に支持された棒状の導体（以下、「棒体」という。）の組み合わせからなる格子として、反射器２２が構成された点にある。

このような構成のアンテナでは、上記第二の実施形態とほぼ同様に、反射器２２の開き角が設定されることにより、図８および図９に示すように、ダイポールアンテナ２１の水平方向における主ローブの幅が約１００°ないし２５０°に亘る広範な値に絞られる。

また、本実施形態では、図７に点線で示すように、反射器２２に設定され得る開き角の全てと、その反射器２２が構成されるべき上記格子の密度との双方に適応可能であるべき位置に、棒体を支持可能な支持部材３１Ｔ、３１Ｂが非導体として予め備えられた場合には、これらの支持部材３１Ｔ、３１Ｂによって支持されるべき棒体の本数、配置および密度の設定や変更をフィールドで自在に行うことが可能となり、例えば、空港内の建物等から実際に到来する反射波や回折波を柔軟に抑圧あるいは軽減可能となる。

さらに、本実施形態では、反射器２２が格子として構成されるため、台風等の著しい強風に対する物理的な強度が高められ、かつアンテナの帯域、指向性、インピーダンス整合等の特性の安定な維持が可能となる。

なお、本実施形態では、上記強風に対する物理的な強度は、円筒状導体１１Ｔ、１１Ｂが内部に支持されるレドームの内壁または外側壁に上記支持部材３１Ｔ、３１Ｂが配置されることにより、確保されてもよい。

また、本実施形態では、形状や構成が単純な支持部材３１Ｔ、３１Ｂと、既述の棒体の組み合わせとして反射器２２が構成されるため、構成要素の標準化が容易に実現され、製造および入手の何れもが容易となる。
したがって、本実施形態に係るアンテナを介して形成される無線伝送路では、安価にかつ安定に、しかも柔軟に所望の伝送品質や通信品質が高められる。

なお、上述した各実施形態では、同軸ケーブル１３は本実施形態に係るダイポールアンテナを物理的に支持する構造体を兼ねるが、このような支持は、ケーブル１３以外の部材によって別途実現されてもよい。

また、上述した各実施形態では、円板導体１２Ｔ、１２Ｂ-1の軸に垂直な方向における断面の形状は、円形でなくてもよく、同軸ケーブル１３および円筒状導体１１Ｔ、１１Ｂの内壁の断面形状に適した形状であれば、如何なるものであってもよい。

さらに、本発明は、滑走路に進入する航空機が位置する方向に主ローブが形成されるべき航空管制用の無線系に限定されず、例えば、既述の実数αが負数に設定されることにより、垂直面上で主ローブがチルトする方向が下方に設定されることにより、消費電力その他のランニングコスト、置局条件等に厳しい制約が課される携帯電話等の移動体通信系を構成する無線基地局用のアンテナとして採用されてもよい。

また、本発明は、既述の航空管制用の無線系や移動体通信系の周波数帯に限定されず、既述の構成の実現と、その構成の下で好適な作用効果を奏することが妨げられないならば、如何なる周波数帯、帯域、変調方式、多元接続方式が採用された無線系にも同様に適用可能である。

さらに、主ローブが形成されるべき垂直方向のチルト角は、既述の３°に限定されず、如何なる値に設定されてもよく、あるいは実数αがほぼ「０」に設定されることにより、０°に設定されてもよい。

また、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の範囲において多様な実施形態の構成が可能であり、構成要素の全てまたは一部に如何なる改良が施されてもよい。

１１Ｔ，１１Ｂ 円筒状導体
１２Ｔ，１２Ｂ 円板導体
１３ 同軸ケーブル
２１ ダイポールアンテナ
２２ 反射器
３１Ｔ，３１Ｂ 支持部材

Claims (3)

1. 半波長(λ／２)と実数α((−λ／２)＜α＜(λ／２))との和に長さが等しい筒体として構成された第一のアンテナ素子と、
   前記半波長(λ／２)と前記実数αとの差に長さが等しい筒体として構成された第二のアンテナ素子と、
   前記第一のアンテナ素子に挿嵌された第一の円板導体と、
   前記第二のアンテナ素子に挿嵌された第二の円板導体と、
   前記第一のアンテナ素子および前記第二のアンテナ素子に緩挿または遊挿されて、前記第一の円板導体に設けられた第一の給電点に外部導体が接続され、前記第二の円板導体に設けられた第二の給電点に中心導体が接続されて給電を行う給電線と、
   を備えており、
   前記第一の給電点は、前記第一のアンテナ素子の開口から長さＬ _Ｂ （＝（λ／２）／８）の位置にあり、
   前記第二の給電点は、前記第二のアンテナ素子の開口から長さＬ _Ｔ （＝（λ／２）／１２）の位置にあり、
   前記第１の給電点から、前記第一の円板導体および前記第一のアンテナ素子の内壁を介して前記第一のアンテナ素子の前記開口に至る移相量Φ _Ｂ と、前記第１の給電点から、前記第二の給電点、前記第二の円板導体および前記第二のアンテナ素子の内壁を介して前記第二のアンテナ素子の開口に至る移相量Φ _Ｔ との差の絶対値がπラジアンである、
   ことを特徴とする整形ビームアンテナ。
2. 請求項１に記載の整形ビームアンテナにおいて、
   前記第一のアンテナ素子と前記第二のアンテナ素子とは、
   前記第一および前記第二のアンテナ素子により構成されたダイポールアンテナによって形成される主ローブの幅が所望の値となる距離および姿勢で配置された、
   ことを特徴とする整形ビームアンテナ。
3. 請求項１または請求項２に記載の整形ビームアンテナにおいて、
   前記第一のアンテナ素子に挿嵌されて、前記第一のアンテナ素子の内壁とともに前記給電線に接続されたシュペルトップとして機能する第三の円板導体を有する、
   ことを特徴とする整形ビームアンテナ。