(57)【要約】【課題】  無線通信用に用いられるダイポールアンテナの長さは約１／２λである。そのため、住宅密集地域等のアンテナを設置するスペースがない場合には、短縮型のダイポールアンテナを使用せざるを得ないが、放射効率が悪く、良好な通信環境が得ることは難しかった。【解決手段】  放射器と、内側の端点放射器と接続されている螺旋状、渦巻状、または同心円状の異なる２の導体Ａ、導体Ｂとから構成され、放射器の中心点を給電点として、上記給電点からアンテナを見込んだインピーダンスが特定の無線通信周波数に共振するように導体Ａ、導体Ｂの巻き数を設定したことを特徴とする無線通信用アンテナにより、アンテナの全長が短くとも放射抵抗を必要以上に低減させず、ローディングコイルを不要とすることで損失を最低限に抑えることができるアンテナを提供する。【選択図】  図１６
2014042233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
線状、棒状、筒状または板状の導体（以下、放射器という。）と、
両端が開放されている回旋状の、異なる２の導体（以下、導体Ａ、導体Ｂという。）とから構成され、
前記導体Ａの一方の端子と放射器の先端（以下、端点１という。）が直接に又は導線で接続され、
前記導体Ｂの一方の端子と放射器の先端（以下、端点２という。）が直接に又は導線で接続され、
放射器の中心点を給電点として、
上記給電点からアンテナを見込んだインピーダンスが特定の無線通信周波数に共振するように導体１および導体２の巻き数を設定したことを特徴とする無線通信用アンテナ。
【請求項２】
回旋状の導体が螺旋状、または渦巻状であることを特徴とする請求項１記載の無線通信用アンテナ。
【請求項３】
回旋状の導体Ａおよび／または導体Ｂが、
導体Aについては開口面の形状が円形、楕円形、多角形、またはそれらの合成、あるいはそれらをゆがめた形状の閉ループの導体の一カ所に、端点が端点ＡＰｉ、端点ＡＱｉである切込みをいれたｉ＝２，・・・，ｎであるｎ個（ｎは２以上の整数）の同一形状、同一の大きさで中心を一致させて概略並行に配置した複数の導体（導体Ａ１、・・・、導体Ａｎという。以下同じ。）を、切込み部分を近接して配置し、端点ＡＰ（ｉ−１）と端点ＡＱｉをｉ＝２，・・・，ｎについて接続した導体であり、
導体Ｂについては開口面の形状が円形、楕円形、多角形、またはそれらの合成、あるいはそれらをゆがめた形状の閉ループの導体の一カ所に、端点が端点ＢＰｊ、端点ＢＱｊである切込みをいれたｊ＝２，・・・，ｍであるｍ個（ｍは２以上の整数）の同一形状、同一の大きさで中心を一致させて並行に配置した複数の導体（導体Ｂ１、・・・、導体Ｂｍという。以下同じ。）を、切込み部分を近接して配置し、端点ＢＰ（ｊ−１）と端点ＢＱｊをｊ＝２，・・・，ｍについて接続した導体であることを特徴とする請求項１記載の無線通信用アンテナ。
【請求項４】
回旋状の導体Ａおよび／または導体Ｂが、
導体Aについては開口面の形状が円形、楕円形、多角形、またはそれらの合成、あるいはそれらをゆがめた形状の閉ループの導体の一カ所に、端点が端点ＡＰｉ、端点ＡＱｉである切込みをいれたｉ＝２，・・・，ｎであるｎ個（ｎは２以上の整数）の大きさの異なる相似形状であって開口面および中心を概略一致させて配置した複数の導体（導体Ａ１、・・・、導体Ａｎという。以下同じ。）を、切込み部分を近接して配置し、端点ＡＰ（ｉ−１）と端点ＡＱｉをｉ＝２，・・・，ｎについて接続した導体であり、
導体Ｂについては開口面の形状が円形、楕円形、多角形、またはそれらの合成、あるいはそれらをゆがめた形状の閉ループの導体の一カ所に、端点が端点ＢＰｊ、端点ＢＱｊである切込みをいれたｊ＝２，・・・，ｍであるｍ個（ｍは２以上の整数）の大きさの異なる相似形状であって開口面および中心を概略一致させて配置した複数の導体（導体Ｂ１、・・・、導体Ｂｍという。以下同じ。）を、切込み部分を近接して配置し、端点ＢＰ（ｊ−１）と端点ＢＱｊをｊ＝２，・・・，ｍについて接続した導体であることを特徴とする請求項１記載の無線通信用アンテナ。
【請求項５】
導体Ａと同一形状の２以上の導体を導体Ａに概略並行に配置して、導体Ａと、導体Ａに概略並行に配置した導体の始点同士および終点同士を互いに短絡し、
および／または
導体Ｂと同一形状の２以上の導体を導体Ｂに概略並行に配置して、導体Ｂと、導体Ｂに概略並行に配置した導体の始点同士および終点同士を互いに短絡した、
ことを特徴とする請求項２（導体Ａ，導体Ｂが螺旋状の場合を除く。）または請求項４記載の無線通信用アンテナ。
【請求項６】
導体Ａおよび／または導体Ｂを板状の導体としたことを特徴とする請求項１ないし請求項５記載の無線通信用アンテナ。
【請求項７】
隣り合う巻き階層同士で垂線が共通となる面の面積を小さくするようにずらして配置したことを特徴とする回旋状導体を板状導体とした請求項４記載の無線通信用アンテナ。
【請求項８】
放射器の端点１が導体Ａの導体上の点と直接に又は導線で接続され、
および／または放射器の端点２が導体Ｂの導体上の点と直接に又は導線で接続された
請求項１ないし請求項７記載の無線通信用アンテナ。
【請求項９】
整合手段、および／またはバランを有したことを特徴とする請求項１ないし請求項８記載の無線通信用アンテナ。
【請求項１０】
放射器の中心点に給電点を有しない請求項１ないし請求項８記載のアンテナ（以下、アンテナ１という。）と、
請求項１ないし請求項８記載のアンテナであってアンテナ１の共振周波数とほぼ等しい共振周波数を有しアンテナ１の近くに配置したアンテナ（以下、アンテナ２という。）と、
から構成され、
アンテナ１とアンテナ２間の距離および配置を調整することにより、アンテナ２の給電点から見込んだインピーダンスを最適値とすることを特徴とする無線通信用アンテナ。
【請求項１１】
放射器の中心点に給電点を有しない請求項１ないし請求項８記載のアンテナにおいて、給電点を、導体Ａ又は導体Ｂ上であって、給電点からアンテナを見込んだインピーダンスが最適値となるように配置したことを特徴とする請求項１ないし請求項８記載の無線通信用アンテナ。
【請求項１２】
放射器にコイルまたはコンデンサを挿入したことを特徴とする請求項１ないし請求項１１記載の無線通信アンテナ。
【請求項１３】
導体Ａと導体Ｂの開口面が互いに並行であるように導体Ａと導体Ｂが配置され、
導体Ａと導体Ｂの巻方向が同一方向から見て互いに同一であり、
放射器の長さを無線周波数の波長の１／４０以下としたことを特徴とする請求項１ないし請求項１１記載の無線通信用アンテナ。
【請求項１４】
導体Ａおよび／または導体Ｂの外側端点に直線上の導体を接続し、当該導体の長さを調整することにより目的の無線通信周波数に共振させることを特徴とする請求項１ないし請求項１３記載の無線通信用アンテナ。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線通信用アンテナに関する。特に、無線通信用アンテナを商業地域、住宅地域のマンション、アパート、ビル等で使用する場合に適するアンテナを提供する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００２】
【非特許文献１】「アンテナ工学入門講座」２００８年１０月２９日、後藤尚久著、株式会社電波新聞社発行
【非特許文献２】アンテナ解析ソフトＭＭＡＮＡ、“ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ３３．ｏｃｎ．ｎｅ．ｊｐ／〜ｊｅ３ｈｈｔ／ｍｍａｎａ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ”  ２０１２年６月２５日
【非特許文献３】「アマチュアのアンテナ設計法」１９９６年７月１５日、岡本次郎著、ＣＱ出版社発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
無線通信用に用いられるダイポールアンテナの長さはおおよそ１／２λ（λは波長、以下同じ。）である。そのため、住宅密集地域等のアンテナを設置するスペースが狭小な場合には、短縮型アンテナを使用することが一般的である。
【０００４】
１／２λ長のダイポールアンテナのインピーダンスは、図１（非特許文献１、１５１頁、図３−２７）に示すように、１／２λ付近でリアクタンス成分が０となり共振するため、共振させるための付加素子は不要であるが、短縮型ダイポールアンテナではインピーダンスのリアクタンス成分が増加するため、短縮型ダイポールアンテナを使用するためには、インダクタンスを直列に挿入してリアクタンス成分をキャンセルして使用周波数に共振させる必要がある。
【０００５】
図２に垂直型ダイポールアンテナと等価なバーチカルアンテナの短縮方法の一例を示す。図２において、２０１はコイルを給電点近くに配置するベースローディングタイプの短縮アンテナ、２０２はコイルをラジエータの途中に配置するミドルローディングタイプの短縮アンテナ、２０３はキャパシティーハットとベースローディングのコイルを用いた短縮アンテナ、２０４はキャパシティーハットをミドルローディングのコイルを用いた短縮アンテナ、２０５はキャパシティーハットをトップローディングのコイルを用いた短縮アンテナの例を示す。
【０００６】
例えば７ＭＨｚ用バーチカルアンテナにおいてアンテナ長が１ｍの場合、図２の２０１のローディング方式で必要なインダクタンスは約６０μＨでありこのときの放射抵抗は０．２Ω、２０２の方式のローディング方式の場合は１１６μＨ、放射抵抗は０．５Ωである。コイルのＱを３００と仮定するとアンテナ効率は、前者が約２．２％（損失１６．５ｄＢ）、後者が２．８％（損失１５ｄＢ）となる。一般に、コイルの挿入位置が高い（トップローディングに近い）ほど効率が良いとされているが、図３に示すように、コイルの挿入位置を高くするほどインダクタンス値が同じであれば短縮効果は低減し（共振周波数が高く）、コイルを最上部に挿入すると短縮効果はゼロとなる。
【０００７】
ローディングコイルを使用した短縮アンテナの効率を向上させるためには、図２の２０３、２０４、２０５に示すキャパシティーハットが用いられている。キャパシティーハットによりアンテナのリアクタンスを低減させた上でベースにローディングコイルを設けることによりインダクタンスを低減させ、損失を減少させる。例えば、図２の２０３でキャパシティーハットの半径を１０ｃｍとしたとき、インダクタンスは４２μＨ、放射抵抗は０．４Ωとなる。同様に図２の２０４では、インダクタンスは６３μＨ、放射抵抗は０．７Ω、図２の２０５の場合のトップローディングコイルの場合には、インダクタンスは８２μH、放射抵抗は０．９Ωとなる。Ｑ＝３００と仮定したときのアンテナの効率は図２の２０３では６．１％（損失１２ｄＢ）、２０４では７．０％（損失１１．５ｄＢ）、２０５では効率は７．１％（損失１１．４ｄB）となる。
【０００８】
バーチカルアンテナと水平型ダイポールアンテナは同一の電気的等価回路で表すことができ、上記問題点はそのまま水平型ダイポールアンテナに当てはまる。バーチカルアンテナと水平型ダイポールアンテナの相互の変換は周知であるため、詳細については省略する。
【０００９】
このように、従来の短縮アンテナではローディングコイルの損失抵抗が大きく、商業地域、住宅地域のマンション、アパート、ビル等で使用する場合に従来の短縮アンテナでは十分な効率がとれないという問題があった。本発明は、アンテナの全長が短くともアンテナの放射効率を落とさず、損失を低減し、住宅密集地域でも良好な通信環境を提供する短縮アンテナに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下の方法で上記の課題を解決する。
短縮ダイポールアンテナの両端それぞれに、両端が開放されている回旋状導体Ａ、導体Ｂを直接に又は導線により接続することで、共振周波数を低減させると共に、放射器に流れる電流を低減させずに効率よく電磁波を放射させ、アンテナの全長が短くとも放射効率を落とさず、住宅密集地域でも良好な通信環境を提供することができる。
【００１１】
具体的には、回旋状の導体を螺旋状、または渦巻状とすることができる。さらに、螺旋状の導体を、例えば、並行に配置した同一形状の隣接した円を接続した螺旋状、すなわち、円形の閉ループの導体の一カ所に、端点が端点ＡＰｉ、端点ＡＱｉである切込みをいれたｉ＝２，・・・，ｎであるｎ個（ｎは２以上の整数）の同一形状、同一の大きさで中心を一致させて概略並行に配置した複数の導体（導体Ａ１、・・・、導体Ａｎという。以下同じ。）を、切込み部分を近接して配置し、端点ＡＰ（ｉ−１）と端点ＡＱｉをｉ＝２，・・・，ｎについて接続した導体とすることができる。
【００１２】
また、渦巻状の導体を、例えば、内外の円を接続した同心円状、すなわち、円形の閉ループの導体の一カ所に、端点が端点ＡＰｉ、端点ＡＱｉである切込みをいれたｉ＝２，・・・，ｎであるｎ個（ｎは２以上の整数）の同一形状、同一の大きさで中心を一致させて概略並行に配置した複数の導体（導体Ａ１、・・・、導体Ａｎという。以下同じ。）を、切込み部分を近接して配置し、端点ＡＰ（ｉ−１）と端点ＡＱｉをｉ＝２，・・・，ｎについて接続した導体とすることができる。
【００１３】
さらに、導体Ａおよび導体Ｂを板状の導体（以下、板状導体Ａおよび板状導体Ｂという。）とすることにより、表面積を増加させ、表皮効果による減衰を低減させて放射器以外の導体の損失を低減することができる。また、板状導体Ａおよび板状導体Ｂを、巻き階層毎に交互に配置することにより、さらに表皮効果による減衰を低減させ、高効率化を図ることができる。
【００１４】
短縮ダイポールアンテナの放射抵抗は小さいため、無線通信機のアンテナ入出力インピーダンスと整合をとるために整合回路が必要となるが、これを、放射器の中心に設定した給電点を短絡した上記アンテナ（以下、アンテナ１という。）と、上記アンテナと同様に構成されたアンテナであってアンテナ１の共振周波数とほぼ等しい共振周波数を有しアンテナ１の近くに配置したアンテナ（以下、アンテナ２という。）と、から構成され、アンテナ１とアンテナ２の距離及び配置を調整することにより、アンテナ２の給電点から見込んだインピーダンスを最適値とすることにより整合回路を不要とすることができる。また、上記アンテナの導体１または導体２上に給電点を設け、給電点からアンテナを見込んだインピーダンスを最適値とすることにより整合回路を不要とすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、電力損失が小さい無線通信用の小型アンテナをマンション等の集合住宅・商業施設等に設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ダイポールアンテナ長とインピーダンスの関係を表す図である。
【図２】短縮型ダイポールアンテナの構成を説明する図である。
【図３】ローディングコイル位置と共振周波数を示す図である。
【図４】導体Ａ、導体Ｂの開口面形状が円形で巻き数が１重の場合の実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図５】導体Ａ、導体Ｂの開口面形状が円形で螺旋形状である場合の実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図６】導体Ａ、導体Ｂの開口面形状が円形で渦巻形状である場合の実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図７】導体Ａ、導体Ｂの開口面形状が四角形で巻き数が１重の場合の実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図８】導体Ａ、導体Ｂの開口面形状が四角形で螺旋形状である場合の実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図９】導体Ａ、導体Ｂの開口面形状が四角形で渦巻形状である場合の実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図１０】導体Ａ、導体Ｂの開口面形状が八角形で１重の場合の実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図１１】導体Ａ、導体Ｂの開口面形状が八角形で螺旋形状である場合の実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図１２】導体Ａ、導体Ｂの開口面形状が八角形で渦巻形状である場合の実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図１３】開口面形状が円形で１重の場合の実施例において、放射器先端が円形エレメントに直接接続されているアンテナの物理的構成を示す図である。
【図１４】導体Ａ、導体Ｂが開口面形状が円形で半径が異なる複数の同心円である場合の実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図１５】円形で螺旋状の線形導体の開口面が放射器と平行である場合の実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図１６】導体Ａ、導体Ｂが複数の半径の異なる同心円形状である場合の実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図１７】図１６の導体Ａ、導体Ｂが２重である場合の実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図１８】図１６の導体Ａ、導体Ｂが板状導体である場合の実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図１９】図１８のアンテナの正面図、側面図、Ａ−Ａ断面図である。
【図２０】図１８のアンテナの導体Ａ、導体Ｂの隣り合う階層の板状導体の向かい合う面の面積が最小となるように配置された実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図２１】図２０のアンテナの正面図、側面図、Ａ−Ａ断面図である。
【図２２】導体Ａ、導体Ｂが2重の同心円である場合の実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図２３】図２２のアンテナの正面図、側面図、上面図である。
【図２４】図２２に示す形状のアンテナを上下２段に構成することにより整合回路を不要とする実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図２５】導体Ａ、導体Ｂが円形の螺旋形状で給電点が導体Ａ、導体Ｂ上にある場合の実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図２６】図１６の形状のアンテナの放射器にインダクタンスを挿入した実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図２７】本実施例によるアンテナと送受信機間に挿入するバランおよびインピーダンス変換回路の実施例を示す図である。
【図２８】本実施例によるアンテナと送受信機間に挿入するバラン機能を有するインピーダンス変換回路の実施例を示す図である。
【図２９】本実施例によるアンテナと送受信機間に挿入するインピーダンス変換機能を有するバランの実施例を示す図である。
【図３０】図２４の形態のアンテナのインピーダンス変換機能を説明する図である。
【図３１】給電点を導体Ａまたは導体Ｂ上とした場合のインピーダンス変換機能を説明する図である。
【図３２】図１７の形状のアンテナで（条件１）の場合のＶＳＷＲ特性を示す図である。
【図３３】本実施例によるアンテナの設置環境を示す図である。
【図３４】図２０の形状のアンテナで（条件２）の場合のＶＳＷＲ特性を示す図である。
【図３５】図１４の形状のアンテナで（条件３）の場合のＶＳＷＲ特性を示す図である。
【図３６】図２４の形状のアンテナで（条件４）の場合のＶＳＷＲ特性を示す図である。
【図３７】図１６の形状のアンテナで（条件５）の場合のＶＳＷＲ特性を示す図である。
【図３８】図２０の形状のアンテナで（条件６）の場合のＶＳＷＲ特性を示す図である。
【図３９】図２０の形状のアンテナで（条件７）の場合のＶＳＷＲ特性を示す図である。
【図４０】図２５の形状のアンテナで（条件８）の場合のＶＳＷＲ特性を示す図である。
【図４１】図２６の形状のアンテナで（条件９）の場合のＶＳＷＲ特性を示す図である。
【図４２】図２６の形状のアンテナで（条件９）の場合のアンテナ指向性を示す図である。
【図４３】図１６の形状のアンテナで（条件１）の場合に放射器端点と導体Ａ、導体Ｂの接続点を変更したときの共振周波数特性を示す図である。
【図４４】図１６の形状のアンテナの導体Ａ、導体Ｂに伸縮可能な導体を接続した図である。
【図４５】図４４の形状のアンテナで（条件１）の場合に導体Ａ、導体Ｂに接続した伸縮可能な導体の長さと共振周波数特性を示す図である。
【図４６】導体Ａ、導体Ｂ、放射器を面上に配置した本発明のアンテナの実施例を示す図である。
【図４７】図４６のアンテナのＶＳＷＲ特性の実測値である。
【図４８】導体Ａ、導体Ｂを面上に配置した本発明のアンテナの実施例を示す図である。
【図４９】図４８のアンテナのＶＳＷＲ特性の実測値である。
【図５０】ヘアピンマッチを用いた本発明によるアンテナの実施例を示す図である。
【図５１】図５０の形状のアンテナで（条件１３）の場合のＶＳＷＲ特性を示す図である。
【図５２】ヘアピンマッチのインピーダンス変換機能を説明する図である。
【図５３】板状導体の開口面が放射器と並行でヘアピンマッチを用いた本発明の実施例を示す図である。
【図５４】図５３のアンテナのＶＳＷＲ特性の実測値である。
【図５５】短縮ダイポールアンテナと図１６の形状の本発明によるアンテナの放射器長と放射抵抗の関係を示す図である。
【図５６】図５５の横軸を０．０１を基準とした対数値とし、縦軸を１０ｍΩを基準とした対数値とした図である。
【図５７】短縮ダイポールアンテナと図１６の形状の本発明によるアンテナの放射器長と放射効率の関係を示す図である。
【図５８】図５７の横軸を０．０１を基準とした対数値とし、縦軸を０．０１％を基準とした対数値とした図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
１．  本発明の実施類型
図４から図６に導体Ａ、導体Ｂが螺旋状または渦巻状の場合の本発明の実施例を示す。４０１、４０２、５０１、５０２、６０１、６０２は放射器（ラジエータおよびラジアルを含む電磁波を放射する導体をいう。以下同じ。）、４０３は導体Ａ、４０４は導体Ｂであって円形の１重巻、５０３は導体Ａ、５０４は導体Ｂであり、形状は螺旋状で３重巻、６０３は導体Ａ、６０４は導体Ｂであって、形状は渦巻状で２重巻、それぞれ開口面が前記放射器の先端付近に位置している。４０７及び４０８、５０７及び５０８、６０７及び６０８はそれぞれ給電点の対である。
【００１８】
図７から図９に導体Ａ、導体Ｂが螺旋状の四角形または渦巻状の四角形の場合の本発明の実施例を示す。７０１、７０２、８０１、８０２、９０１、９０２は放射器、７０３は導体Ａ、７０４は導体Ｂであり、形状は四角形で１重巻、８０３は導体Ａ、８０４は導体Ｂであって、形状は螺旋状の四角形で３重巻、９０３は導体Ａ、９０４は導体Ｂであって、形状は渦巻状の四角形が３重巻、開口面が前記放射器の先端付近に位置している。７０７及び７０８、８０７及び８０８、９０７及び９０８はそれぞれ給電点の対である。
【００１９】
図１０から図１２に導体Ａ、導体Ｂが螺旋状または渦巻状で八角形の場合の本発明の実施例を示す。１００１、１００２、１１０１、１１０２、１２０１、１２０２は放射器、１００３は導体Ａ、１００４は導体Ｂであって、形状が八角形の１重巻、１１０３は導体Ａ、１１０４は導体Ｂであって、形状が螺旋状の八角形で３重巻、１２０３は導体Ａ、１２０４は導体であって、形状が渦巻状の八角形で３重巻である。それぞれ、開口面は全て前記放射器の先端付近に位置している。１００７及び１００８、１１０７及び１１０８、１２０７及び１２０８はそれぞれ給電点の対である。
【００２０】
前記の実施例の他、導体Ａ、導体Ｂは任意の形状を取ることができる。例えば、螺旋状または渦巻状の楕円、三角形、長方形、菱形、六角形、七角形、１２角形等の任意の図形、或いは、辺がうねった曲線を有する図形等が考えられるがそれに限らない。
【００２１】
放射器と導体Ａ又は導体Ｂの位置関係は、放射器の先端が導体Ａ又は導体Ｂの開口面付近にあれば良い。図４〜図１２では、放射器の先端が導体Ａ又は導体Ｂの開口面上であって、導体Ａ又は導体Ｂが形成する図形の中心としている。しかし、両者の位置関係は厳密なものではなく、アンテナを製造する際に最適な位置をとることができる。
【００２２】
図１３は、図４において放射器が導体Ａおよび導体Ｂ上に位置している場合の例を示す。１３０１、１３０２は放射器、１３０３は導体A、１３０４は導体B、１３０７、１３０８は給電点であり、１３０１の端点１が導体Aに直接に接続され、１３０２の端点２が導体Bに直接に接続されている。このような構造とすることでアンテナの製造に要する部品点数を低減することが可能となる。このような配置は、図４〜図１０の全てに適用することができ、さらに、導体Ａ又は導体Ｂの開口面内の任意の位置、或いは、開口面内でなく開口面外であっても適用は可能である。
【００２３】
図６、図９、図１２は、導体Ａ又は導体Ｂが渦巻状場合の例を示している。渦巻状の導体を実現することは製造上難点を有する。そこで、２重目以降の巻き線が１重目の巻き線の開口面上にある他の例を図１４に示す。１４０１、１４０２は放射器、１４０３は円形の導体A、１４０４は円形の導体B、１４０５は１４０１の端点１と導体Aを接続する導線、１４０６は１４０２の端点２と導体Bを接続する導線、１４０７、１４０８は給電点である。１４０３、１４０４は同心円状の円形導体が２重巻きであって、１重目の巻き線、２重目の巻き線は一部に切れ目があり、異なる半径を有する中心が同一位置にある円であって、２重目の巻き線が１重目の巻き線の開口面上にあり１重目の巻き線の終端（端点Ｐ）が２重目の巻き線の先端（端点Ｑ）と接続されている例を示している。これにより、渦巻形状を実現する製造上の難点を解消することができる。
【００２４】
図１５は１５０３である導体Ａおよび１５０４である導体Ｂが三重巻きで、開口面が放射器１５０１、１５０２と平行であり放射器の先端が円形導体に一点でそれぞれ接続されている場合の実施例を示している。１５０７、１５０８は給電点である。
【００２５】
図１６は導体Ａおよび導体Ｂが円形に近似できる１３角形であり、１６０３である同心円状の円形導体Ａ、１６０４である同心円状の円形導体Ｂがそれぞれ5重で、隣接する同心円のそれぞれの始点と終点が導線１６０９、１６１０で接続され、開口面が放射器１６０１、１６０２とほぼ垂直であり、放射器の先端が導線１６０５、１６０６で接続されている場合の実施例を示している。
【００２６】
図１７において、１７０３は図１６における１６０３に対応し、同様に１７０４は１６０４に、１７０５は１６０５にそれぞれ対応する。これらの導体の外側に並行にそれぞれ１７０９、１７１０、１７１１、１７１２を配置し、最外円の円形導体の先端を導線１７１３、１７１４で接続する。本実施例により導体Ａ、導体Ｂによる損失を低減することができる。
図１８は図１６におけるアンテナの導体Ａである１６０３、導体Ｂである１６０４をそれぞれ板状導体Ａ１８０３、板状導体Ｂ１８０４、導線１６０５、１６０６を板状導体１８０５、１８０６に置き換えた実施例を示している。図１９は図１８の正面図、右側面図、左側面図およびＡ−Ａ断面図を示している。図１９の１８０１〜１８０８は図１８の１８０１〜１８０８と同一である。本実施例により導体の表面積を大きくして表皮効果による損失を低減することができる。
【００２７】
図２０，図２１に隣り合う巻き階層同士で垂線が共通となる面の面積を小さくするようにずらして配置した回旋状導体を板状導体とした実施例を示す。図２０、図２１は図１８における板状導体Ａ，板状導体Ｂを、隣り合う巻階層毎に交互に配置したものある。図２１は図２０の正面図、右側面図、左側面図およびＡ−Ａ断面図である。図２１のＡ−Ａ断面図に示すように、板状導体Ａである２００３、２００９は面が違いに重ならないように、あるいは重なる面積が極力小さくなるように交互に配置され、板状導体Ｂである２００４、２０１０も同様である。２００５、２００６は内側の導体と外側の導体を接続する導体である。
【００２８】
図２２は図１４の実施例の実体図である。図２３は図２２の正面図、右側面図、左側面図、上面図である。２２０１、２２０２は放射器、２２０３、２２０４は同心円状の導体Ａ、２２０５、２２０６は同心円状の導体Ｂ、２２０７は、導体Ａと放射器２２０１を接続する導線、２２０８は、導体Ｂと放射器２２０１を接続する導線である。２２０９はアンテナを保持するマスト、２２１０はコモン電流阻止機能および整合機能を有するモジュール、２２１１はアンテナと送受信機を接続する同軸フィーダである。
【００２９】
図２４は図２２に示すアンテナであって、共振周波数がほぼ等しい２つのアンテナを上下に配置したものである。下側の第１のアンテナについては、２４０１、２４０２は放射器、２４０３、２４０４は同心円状の導体Ａ、２４０５、２４０６は同心円状の導体Ｂ、２４０７は、導体Ａと放射器２４０２を接続する導線、２４０８は、導体Ｂと放射器２４０１を接続する導線である。上側の第２のアンテナについては、２４１１、２４１２は放射器、２４１３、２４１４は同心円状の導体Ａ、２４１５、２４１６は同心円状の導体Ｂ、２４１７は、導体Ａと放射器２４１２を接続する導線、２４１８は、導体Ｂと放射器２４１１を接続する導線である。２２０９はコモン電流阻止機能を有するバラン、２２１０はアンテナと送受信機を接続する同軸フィーダである。本実施例においては、第２のアンテナと送受信機の間にはインピーダンス変換器は不要であり、第１のアンテナと第２のアンテナの電気磁気結合により等価的にインピーダンス変換を行っている。インピーダンス変換については後述する。
【００３０】
図２５は給電点が導体Ａまたは導体Ｂ上としたアンテナの実施例である。２５０１は放射器、２５０３は螺旋状の導体Ａ、２５０４、２５１０は導体Ｂであり、給電点２５０７、２５０８を有している。
【００３１】
図２６にローディングコイルを用いた本発明の実施例を示す。放射器１６０１、１６０２にローディングコイル２６０１、２６０２を挿入した実施例を示す。ローディングコイルによりアンテナの給電点から見込んだインピーダンスが容量性である場合に、これをキャンセルしてアンテナを目的の無線周波数に共振させることができる。放射器の長さが十分にとれず、さらに導体Ａ、導体Ｂの開口面および巻き数が十分にとれない場合に本実施例を適用することができる。逆にアンテナの給電点から見込んだインピーダンスが誘導性である場合は、ローディングコイルの代わりにコンデンサを使用することにより、目的の周波数に共振させることができる。ローディングコイル、コンデンサを挿入することは周知技術であるので説明は省略する。
【００３２】
図１９、図２０は板状導体Ａ、導体Ｂの面の垂線が同心円の中心に向いている場合を示しているが、板状導体Ａ、板状導体Ｂの面の垂線が放射器と並行である場合も同様の効果を得ることができる。このような場合の例として、板状導体Ａ、板状導体Ｂを基板上に銅箔で描く場合が考えられ、特にＶＨＦ帯以上の周波数で製造を簡素化することができる。また、放射器自体も基板上の銅箔で構成することで、アンテナ全体の構造を簡略化することができる。
【００３３】
図４６に基板上に放射器および板状導体Ａ、板状導体Ｂを構成することによる本アンテナの実施例を示す。図４６において、４６０１は放射器、４６０３は板状導体Ａ、４６０４は板状導体Ｂ、４６０５、４６０６は板状導体Ａ、板状導体Ｂと放射器を接続する導線、４６０７、４６０８は給電点、４６０９は基板である。
【００３４】
図４８に基板上に板状導体Ａ、板状導体Ｂを構成することによる本アンテナの実施例を示す。図４８において、４８０１は放射器、４８０３は板状導体Ａ、４８０４は板状導体Ｂ、４８０５、４８０６は板状導体Ａ、板状導体Ｂと放射器を接続する導線、４８０７、４８０８は給電点、４８０９、４８１０は基板である。
２．整合回路について
【００３５】
図２７に本発明によるアンテナを送受信機に接続する場合のバランおよび整合回路の実施例を示す。２７０１はバラン、２７０２はインピーダンス変換回路、図２７０３は同軸フィーダである。バラン２７０１はコモンモード信号を減衰させる効果を有し、インピーダンス変換器２７０２は、リアクタンス成分が０である時に５０Ωに満たない放射抵抗Ｒｆを５０Ωに整合させる機能を有する。
【００３６】
バラン２７０１は共振周波数において十分な減衰量を有するコモンモード除去フィルタである。バランによるコモンモード除去方法は周知技術であるので詳細は省略する。インピーダンス変換器２７０２に使用されている素子容量と変換特性は次式（式１）により表すことができる。
（式１）
Ｒｆ＝（ωL）＊＊２／Ｒａ
ＬＣω＊＊２＝１、ω＝２πｆ（ｆ：共振周波数）
【００３７】
図２８にバランの機能を有したインピーダンス変換器２８０１の実施例を示す。２８０２は同軸フィーダである。本実施例がバランの機能を有することについては非特許文献３、４４ページ、第２−３２図（ｂ）に記載されている。各素子と変換特性の関係は（式１）と同様である。
図２９にバランおよび整合回路の他の実施例を示す。２９０１はバラン機能を有するインピーダンス変換回路である。図２９に示す２９０１はフェライトコアに１：２の巻線数の絶縁導線を巻いたもので、アンテナのインピーダンスを１：４で変換するインピーダンス機能を有するバランである。２９０２は送受信装置に接続ずる同軸フィーダである。
【００３８】
図２４に示す構成では第2のアンテナと送受信機間にインピーダンス変換器は不要である。なぜなら、前述の通り第１のアンテナと第２のアンテナ間の電気磁気特性により等価的な変換器が構成されているためである。図３０（１）〜（３）に本アンテナの等価回路を示す。図３０（１）の３００１は第１のアンテナの等価回路、３００２は第２のアンテナの等価回路を示す。３００５、３００６、３００７はそれぞれ第１のアンテナの放射抵抗Ｒｆ１、キャパシタンスＣ１、インダクタンスＬ１、３００９、３００８、３０１０はそれぞれ第２のアンテナの放射抵抗Ｒｆ２、キャパシタンスＣ２、インダクタンスＬ２、３０１３は第１のアンテナのインダクタンスＬ１と第２のアンテナのインダクタンスＬ２間の相互インダクタンスＭである。Ｍは第１のアンテナと第２のアンテナの相対位置（距離、角度等）により変動する。
【００３９】
図３０（２）の３００３はＬ１とＬ２が相互インダクタンスＭを有する場合の等価回路を示す。本図において、第１のアンテナ３００１と第２のアンテナ３００２は周波数ｆで共振しているものとすると、Ｌ１、Ｌ２、Ｃ１、Ｃ２とｆの間には以下の（式２）の関係が成立する。
（式２）
Ｌ１Ｃ１ω＊＊２＝Ｌ２Ｃ２ω＊＊２＝１、ω＝２πｆ（ｆ：共振周波数）
図３０（３）は第２のアンテナ３００２から第１のアンテナ３００１を見た場合、第１のアンテナは等価回路３００４となることを示している。なぜなら、共振周波数においては、第１のアンテナのＬ１、Ｃ１は見えなくなり、放射抵抗Ｒｆ１がインピーダンス変換器３００３により以下の関係式（式３）により変換されて３０１３のインピーダンスＲｆ３となるからである。
（式３）
Rｆ３＝（ωＭ）＊＊２／Rｆ１
【００４０】
図３０（３）において、給電点３０１２から見たインピーダンスＲｆは、第２のアンテナが共振していることから、Ｌ２、Ｃ２は見えなくなり、以下となる。
（式４）
Ｒｆ＝Ｒｆ２＋Ｒｆ３
（式３）（式４）により給電点から第２のアンテナを見込んだインピーダンスを５０Ωとするように第１と第２のアンテナの距離等を調整することにより、アンテナと送受信機間のインピーダンス変換器による整合は不要となる。
【００４１】
図２５の給電点は導体２５０４上にある。この場合のアンテナの等価回路は図３１（１）〜（３）で表すことができる。３１０１はアンテナの放射抵抗Ｒｆ１、３１０２はアンテナの等価キャパシタンスＣ１、３１０３、３１０４はアンテナの等価インダクタンスであり、３１０３は図２５の２５０１、２５０３、２５０４から構成されるインダクタンスＬ１、３１０４は図２５の２５１０から構成されるインダクタンスＬ２に相当する。３１０５はＬ１とＬ２間の相互インダクタンスＭ、３１１２は２５１０と２５０４間のキャパシタンス、３１０６は給電点である。図３１（２）は、インダクタンスＬ１、Ｌ２および相互インダクタンスＭを等価回路３１０７に置き換えたものである。図３１（３）は（２）と等価な置き換えを行ったものであり、
（式５）
Ｎ＝Ｌ２−Ｍ
により、図３１（２）を、放射抵抗Ｒｆ、キャパシタンスＣ１および３１０８のインダクタンス（Ｌ１＋Ｌ２）から構成されたアンテナの等価回路３１１０と、Ｎおよび−Ｎによるインピーダンス変換器３１０９と、インダクタンスＬ２である３１１１およびキャパシタンスＣ２に置き換えることができる。
【００４２】
アンテナ３１１０が周波数ｆに共振している場合、インピーダンス変換器３１０９により変換されたインピーダンスＲｆは、
（式６）
Ｒｆ＝（ωＮ）＊＊２／Ｒｆ１
Ｃ１（Ｌ１＋Ｌ２）ω＊＊２＝１、ω＝２πｆ（ｆ：共振周波数）
給電点３１０６におけるインピーダンスＺは
Ｚ＝Ｒｆ＋ｊ（ωＬ２−１／（ωＣ２））
となる。これにより、Ｒｆを所定の値に設定しリアクタンス成分を除去するためには、
Ｌ２Ｃ２ω＊＊２＝１
となるＬ２、Ｃ２、Ｍを調整により追い込む必要がある。具体的には、導体２５０３、２５０４、２５１０の巻数および巻数比、給電点２５０７、２５０８の場所を変更することにより行う。
３．本発明の実施例
３．１  インピーダンス変換器で整合をとった場合
【００４３】
図１６の形状のアンテナにおいて、
（条件１）
周波数：２１．０ＭＨｚ
アンテナ周囲環境：自由空間
放射器１６０１、１６０２合計の長さ：６０ｃｍ
放射器径：１８ｍｍφ
同心円数：５
同心円線径：３ｍｍφ
最小同心円半径：５６ｍｍ
同心円半径の増分：２８ｍｍ
給電点位置：放射器中心
とした時、非特許文献２のＭＭＡＮＡによるシミュレーションで、放射抵抗は１．６８Ωとなる。上記と同じ形状で同心円の導体Ａ、導体Ｂが2重の図１７のアンテナの場合、放射抵抗は１．７５Ωとなる。前記放射抵抗の値は全ての導線が無損失の場合であるが、導線の材質をアルミ線とすると、図１６の形状の場合は３．１４Ω、図１７の形状の場合は２．５９Ωとなる。シミュレーションにおけるアルミ線を使用した場合に図１６の形状のアンテナの効率ηは、
（式７）
η＝放射抵抗／（放射抵抗＋アンテナ損失）＝１．６８／３．１４＝０．５４
図１７の場合の効率は、０．６８となる。
【００４４】
図１７の形状のアンテナの給電点に図２７の２７０２に示すインピーダンス変換器を用いて導線が無損失で放射抵抗１．７５Ωを５０Ωに変換する場合、インピーダンス変換器の素子定数は（式６）により、
Ｌ＝０．０７１［μＨ］、Ｃ＝８０５［ＰＦ］
となる。導線がアルミ線で上記整合回路を用いた場合のＭＭＡＮＡシミュレーションによるＶＳＷＲ特性を図３２（１）に示す。導線にアルミ線を用いた場合、放射抵抗２．５９Ωを５０Ωに変換する場合、インピーダンス変換器の素子定数は（式６）により、
Ｌ＝０．０８６［μＨ］、Ｃ＝６６６［ＰＦ］
となる。導線がアルミ線で上記整合回路を用いた場合のＭＭＡＮＡシミュレーションによるＶＳＷＲ特性を図３２（２）に示す。
【００４５】
図２０の形状のアンテナにおいて、
（条件２）
周波数：２１．０ＭＨｚ
アンテナ周囲環境：バルコニー手摺上３ｍかつ地上高８ｍ（図３３参照）
放射器２００１、２００２合計の長さ：６０ｃｍ
放射器径：１８ｍｍφ
同心円状の板状導体幅：４０ｍｍφ
同心円数：５
最小同心円半径：５６ｍｍ
同心円半径の増分：２８ｍｍ
給電点位置：放射器中心
の場合の損失を含むアンテナ共振点での放射抵抗の実測値は３．１Ωである。図３３にシミュレーションに使用した環境条件を示す。３３０１は図１６に示すアンテナ、３３０２はアンテナを設置したバルコニー上の手摺である。一方、（条件１）の図１６の形状のアンテナに実環境の条件をいれ、ＭＭＡＮＡシミュレーションで放射抵抗を求めると１．９Ωとなる。これによりアンテナの効率ηは、（式７）より０．６１となる。アンテナ長が０．０４２λの場合に上記効率は極めて高効率といえる。インピーダンス変換器の素子定数をＬ＝０．１［μＨ］、Ｃ＝５００［ＰＦ］とした場合のＶＳＷＲ特性の実測値を図３４に示す。
【００４６】
図１４の形状および図２２の実体図に示すアンテナにおいて、
（条件３）
周波数：２１．０ＭＨｚ
アンテナ周囲環境：バルコニー手摺上５ｍかつ地上高１０ｍ
放射器１４０１、１４０２（２２０１、２２０２）合計の長さ：１５０ｃｍ
放射器径：１８ｍｍφ
同心円状の導体Ａ、導体Ｂ線径：１０ｍｍφ（アルミパイプ）
同心円数：２
最小同心円半径：２４０ｍｍ
同心円半径の増分：３０ｍｍ
給電点位置：放射器中心
とし、インピーダンス変換器の素子定数Ｌ＝０．１８５［μＨ］、Ｃ＝３００［ＰＦ］とした時のＶＳＷＲ特性の実測値を図３５に示す。なお、アンテナの共振周波数は、放射器と接続する導体Ａ、または導体Ｂの内側の円形導体上の点の位置を調整することにより設定する。
３．２  ２つのアンテナで整合をとった場合
【００４７】
図２４に示すアンテナにおいて、第１のアンテナは、
（条件４）
周波数：２１．０ＭＨｚ
アンテナ周囲環境：バルコニー手摺上５ｍかつ地上高１０ｍ
放射器２４０１、２４０２合計の長さ：２００ｃｍ
放射器径：１８ｍｍφ
同心円状の導体Ａ、導体Ｂ線径：１０ｍｍφ（アルミパイプ）
同心円数：２
最小同心円半径：４００ｍｍ
同心円半径の増分：３０ｍｍ
給電点位置：なし
であり、第２のアンテナは前記（条件３）と同様である。第１のアンテナと第２のアンテナの距離は８００ｍｍである。第１のアンテナおよび第２のアンテナの共振周波数は、放射器と接続する導体Ａ、または導体Ｂの内側の円形導体上の点の位置を調整することにより設定する。本実施例によるアンテナのＶＳＷＲ特性を図３６に示す。
３．３  給電点位置を調整して整合をとった場合
【００４８】
図１６に示すアンテナにおいて、
（条件５）
周波数：２１．０ＭＨｚ
アンテナ周囲環境：地上高１０ｍ
放射器１６０１、１６０２合計の長さ：６０ｃｍ
放射器径：１８ｍｍφ
同心円状の導体Ａ、導体Ｂ線径：３ｍｍφ（銅線）
同心円数：５
最小同心円半径：５６ｍｍ
同心円半径の増分：２８ｍｍ
給電点位置：同心円の最外円の端から０．５周内部に入った点
の場合のシミュレーションによるＶＳＷＲ特性を図３７に示す。
【００４９】
図２０に示すアンテナにおいて、
（条件６）
周波数：２１．０ＭＨｚ
アンテナ周囲環境：バルコニー手摺上５ｍかつ地上高１０ｍ
放射器２００１、２００２合計の長さ：６０ｃｍ
放射器径：１８ｍｍφ
同心円状の板状導体幅：４０ｍｍφ（０．１ｍｍ厚の銅板）
同心円数：５
最小同心円半径：５６ｍｍ
同心円半径の増分：２８ｍｍ
給電点位置：同心円の最外円の端から０．５周内部に入った点
の場合のＶＳＷＲ特性の実測値を図３８に示す。
【００５０】
さらに、図２０に示すアンテナにおいて、（条件５）で放射器長、給電点位置を変更した下記条件、
（条件７）
周波数：２１．０ＭＨｚ
アンテナ周囲環境：バルコニー手摺上５ｍかつ地上高１０ｍ
放射器２００１、２００２合計の長さ：１００ｃｍ
放射器径：１８ｍｍφ
同心円状の板状導体幅：４０ｍｍφ（０．１ｍｍ厚の銅板）
同心円数：５
最小同心円半径：５６ｍｍ
同心円半径の増分：２８ｍｍ
給電点位置：同心円の最外円の端から１周内部に入った点
の場合のＶＳＷＲ特性の実測値を図３９に示す。
【００５１】
図２５に示すアンテナにおいて、
（条件８）
周波数：４３３．０ＭＨｚ
アンテナ周囲環境：ＳＭＡオス−オスコネクタ（２２．５ｍｍ長）を介してハンディートランシーバに直接接続
放射器２５０１の長さ：３０ｍｍ
放射器径：３ｍｍφ（銅線）
導体Ａ、導体Ｂ径：３ｍｍφ（銅線）
螺旋形状：直径３０ｍｍの円形
螺旋巻数（上）：２回
螺旋巻数（下）：１回
給電点位置：下側の螺旋状の導体Ａ、導体Ｂの端から０．２５周内部に入った点
の場合のＶＳＷＲ特性の実測値を図４０に示す。
【００５２】
図２６に示すアンテナにおいて、
（条件９）周波数：１４．０ＭＨｚ
アンテナ周囲環境：自由空間
放射器１６０１、１６０２合計の長さ：６０ｃｍ
放射器径：１８ｍｍφ
導体Ａ、導体Ｂ線径：３ｍｍφ
同心円数：５
最小同心円半径：５６ｍｍ
同心円半径の増分：２８ｍｍ
給電点位置：同心円の最外円の端から０．３周内部に入った点
ローディングインダクタンス（２６０１、２６０２）容量：６μH
ローディングインダクタンス（２６０１、２６０２）挿入位置：放射器両端点からセンター方向に１０ｃｍ入った位置
の場合のシミュレーションによるＶＳＷＲ特性を図４１に示す。なお、全ての導線の損失はないものとして算出した。
【００５３】
図４６に示すアンテナにおいて、
（条件１０）周波数：４３３ＭＨｚ
アンテナ周囲環境：ＳＭＡオス−オスコネクタ（２２．５ｍｍ長）を介してハンディートランシーバに直接接続
放射器４６０１の長さ：３５ｍｍ
放射器形状：６ｍｍ×３５ｍｍ×０．０８ｍｍ
導体Ａ、導体Ｂ厚さ：０．０８ｍｍ（銅箔）
導体Ａ、導体Ｂ幅：２ｍｍ
同心円状の導体Ａ巻数：３．２５回
同心円状の導体Ｂ巻数：２回
導体Ａ、導体Ｂの階層間の半径の差：５ｍｍ
給電点位置：導体Ｂの外側端点から０．２５周内部に入った点
基板の厚さ：１．４ｍｍ
基板の材質：紙
の場合のＶＳＷＲ特性の実測値を図４７に示す。
【００５４】
図４８に示すアンテナにおいて、
（条件１１）周波数：４３６ＭＨｚ
アンテナ周囲環境：ＳＭＡオス−オスコネクタ（２２．５ｍｍ長）を介してハンディートランシーバに直接接続
放射器４６０１の長さ：３５ｍｍ
放射器形状：３５ｍｍ×５ｍｍφ
導体Ａ、導体Ｂ厚さ：０．０８ｍｍ（銅箔）
導体Ａ、導体Ｂ幅：２ｍｍ
同心円状の導体Ａ巻数：２．７回
同心円状の導体Ｂ巻数：２回
同心円状の導体Ａ最小半径：１０ｍｍ
同心円状の導体Ｂ最小半径：１５ｍｍ
導体Ａ、導体Ｂの階層間の半径の差：５ｍｍ
給電点位置：導体Ｂの外側端点から０．２５周内部に入った点
基板の厚さ：１．４ｍｍ
基板の材質：紙
の場合のＶＳＷＲ特性の実測値を図４８に示す。
３．４  放射器長がλ／４０以下である場合
【００５５】
図１６の形状のアンテナにおいて、
（条件１２）
周波数：２１．０ＭＨｚ
アンテナ周囲環境：自由空間
放射器１６０１、１６０２合計の長さ：３６ｃｍ
放射器径：１８ｍｍφ
同心円状の導体Ａ、導体Ｂ線径：３ｍｍφ
同心円数：５
最小同心円半径：５６ｍｍ
同心円半径の増分：２８ｍｍ
給電点位置：放射器中心
の場合のシミュレーションによると、放射抵抗は約０．６Ωとなり、放射器および導体Ａ、導体Ｂに流れる電流は極めて大きくなる。このため、放射器から変動電界による電磁波以外に導体Ａ、導体Ｂから変動磁界により電磁波も放射される。磁界放射は微小ループに流れる電流により生成され、その場合の指向性は微小ループが作る面の方向に最大となる。本実施例においては、異なる２つのループからの磁界放射の合成となる。ループに流れる電流が逆方向である場合には互いに打ち消し合い磁界放射がゼロとなるため、ループに流れる電流の方向を同一方向とする必要がある。磁界放射によるアンテナの指向性は導体Ａ、導体Ｂが作る面の方向に最大となり、放射器により放射される電磁波の方向とほぼ等しい方向で最大となる。図４２に指向特性を示す。レイリーフェージング下においては、電界最小点で磁界最大点となるため、本アンテナはレイリーフェージングによる音質劣化を改善させる可能性を有している。
３．５  周波数調整を容易にしたアンテナの実施例
【００５６】
図１６に示すアンテナの導線１６０５を導体Ａの端点ではなく、端点から角度θだけ右回り（放射器方向から見た場合）に移動した点に接続した場合、（条件１）での共振周波数の変動特性を図４３に示す。構造的に放射器と導体Ａ、導体Ｂの接続点を変更できるようにすることにより、共振周波数の調整を容易にすることができる。
【００５７】
図１６に示すアンテナの導体Ａ６０３の先端にロッドアンテナのような伸縮可能な導体４４０１を接続した場合の実施例を図４４に示す。図４５において（条件１）で導体４４０１の長さを変更したときのアンテナの共振周波数の関係を図４５に示す。ロッドアンテナの長さを調整することにより共振周波数の調整を容易にすることができる。
３．６ 
ヘアピンマッチによる整合回路を用いたアンテナの実施例
【００５８】
図５０にヘアピンマッチを用いた場合の実施例を示す。図５０において、５００１、５００２は放射器、５００３、５００４は放射器に接続された板状導体であり、図２０、図２１に示すアンテナと同様の構造を有している。５００６は給電点５００７、５００８に接続されたヘアピンマッチのコイル素子、５００６はインダクタンス成分を除去するコンデンサ素子、５００９はバラン、５０１０は送受信装置との接続端子である。
【００５９】
具体的には図５０に示す形状のアンテナにおいて以下の条件１３を満足する。
（条件１３）
周波数：７．０ＭＨｚ
アンテナ周囲環境：バルコニー手摺上１ｍかつ地上高６ｍ
放射器５００１、５００２合計の長さ：１００ｃｍ
放射器径：１８ｍｍφ
同心円状の板状導体幅：４０ｍｍφ（０．１ｍｍ厚の銅板）
同心円数：１０
最小同心円半径：５６ｍｍ
同心円半径の増分：２８ｍｍ
給電点位置：放射器中心
ヘアピンマッチ：外周長５３ｃｍである円形コイル（５００５）を給電点５００７、５００８に接続し、リアクタンス成分除去コンデンサ（５００６）３３０PFを接続
上記条件における端子５０１０から見込んだＶＳＷＲの実測値を図５１に示す。図５１の横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲである。
【００６０】
図５２にヘアピンマッチの等価回路を示す。図５２においてＬ２（５２０４）はヘアピンマッチのコイル素子のインダクタンス、Ｍ（５２０５）はアンテナのインダクタンスＬ１（５２０３）とＬ２（５２０４）の間の相互インダクタンスである。図５２の等価回路は図３１に示す回路動作と同等であるので説明は省略する。なお、ヘアピンマッチのコイル素子のインダクタンスを大きくとることにより、リアクタンス成分がゼロでかつインピーダンス成分を５０Ωとすることができる場合があり、この場合にはコンデンサＣ２（５００６）を不要とすることができる。
【００６１】
図５３にヘアピンマッチを用いた本発明によるアンテナの他の実施例を示す。５３０１、５３０２は放射器で、絶縁性の固定具５３０９により、マスト５３１１に固定されている。５３０３、５３０４は渦巻状の板状導体で、巻階層毎に中心面を挟んで交互に配置されている。５３０５、５３０６は放射器と渦巻状の板状導体とを接続する導線、５３０７、５３０８はアンテナの給電点、５３１０はヘアピンマッチ用のループ状インダクタンス、５３１２はバラン、５３１３はリアクタンス成分除去用コンデンサ、５３１４は送受信機との接続点である。
【００６２】
本実施例においては、以下の条件を設定する。
（条件１４）
周波数：７．０ＭＨｚ
アンテナ周囲環境：バルコニー手摺上５ｍかつ地上高１０ｍ
放射器５３０１、５３０２合計の長さ：１００ｃｍ
放射器径：１８ｍｍφ
渦巻状の板状導体幅：４０ｍｍφ（０．１ｍｍ厚の銅板）
渦巻の巻数：９回
最小渦巻半径：５６ｍｍ
渦巻の増分：２８ｍｍ
給電点位置：放射器中心
ヘアピンマッチ：外周長５３ｃｍである円形コイル（５３１０）を給電点５３０７、５３０８に接続し、リアクタンス成分除去コンデンサ（５３１３）２２０PFを接続
板状導体と放射器間の距離：板状導体の開口面に並行な中心面と放射器間距離は１０ｃｍ
本アンテナの上記条件における端子５３１４から見込んだＶＳＷＲの実測値を図５４に示す。図５４の横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲである。
【００６３】
４．短縮ダイポールと本発明によるアンテナの特性比較
以下の条件の場合の短縮ダイポールアンテナと本発明によるアンテナについて検討する。
（条件１５）短縮ダイポールの形状
周波数：７．０ＭＨｚ
アンテナ周囲環境：自由空間
放射器の長さ：５０ｃｍ、１ｍ、２ｍ、４ｍ、８ｍ
放射器径：１８ｍｍφ
給電点位置：放射器中心
共振周波数調整用インダクタンス挿入位置：給電点に挿入
ラジエータ、ラジアルそれぞれの共振周波数調整用インダクタンス値：
放射器長              インダクタンス値
５０ｃｍ              ９９．３μH
１ｍ                     ６３．９μH
２ｍ                     ３９．０μH
４ｍ                     ２２．５μH
８ｍ                     １１．６μH
共振周波数調整用インダクタンスのQ：３００、１２００
（条件１６）本発明によるアンテナの形状（図１６）
周波数：７ＭＨｚ付近
アンテナ周囲環境：自由空間
放射器１６０１、１６０２合計の長さ：５０ｃｍ、１ｍ、２ｍ、４ｍ、８ｍ
放射器径：１８ｍｍφ
同心円状の導体Ａ、導体Ｂ線径：１０ｍｍφ
同心円数：１０
最小同心円半径：５６ｍｍ
同心円半径の増分：２８ｍｍ
給電点位置：放射器中心
導体Ａ、導体Ｂの抵抗値（測定値を参考にして仮定）：１．２Ω
【００６４】
上記条件における短縮ダイポールアンテナと図１６の形状の本発明によるアンテナの放射抵抗のシミュレーション結果を図５５、図５６に、アンテナ効率を図５７、図５８に示す。図中、ＣＥＳは本発明によるアンテナであり、ＢＬ−ＤＰは短縮ダイポールアンテナである。図５５の横軸は放射器長の波長比率であり、縦軸は放射抵抗である。図５６の横軸は放射器長の波長比率を０．０１を基準として底が１０の対数で表したものであり、縦軸は１０ｍΩを基準として底が１０の対数で表したものである。図５５、図５６により、表示した波長の範囲では短縮ダイポールの放射抵抗は本発明によるアンテナの放射抵抗の約１／４程度であり、放射抵抗は放射器の長さの2乗に比例して変化することがわかる。
【００６５】
図５７の横軸は放射器長の波長比率であり、縦軸はアンテナの放射効率である。図５８の横軸は放射器長の波長比率を０．０１を基準として底が１０の対数で表したものであり、縦軸は０．０１％を基準として底が１０の対数で表したものである。図５７により、放射器の長さが０．１８波長以下の範囲で本発明によるアンテナの効率が短縮ダイポールの効率を上回っている。図５８により、放射器長が短くなるほど本発明によるアンテナの効率と短縮ダイポールの効率の比率が拡大することがわかる。
【符号の説明】
【００６６】
２０１  ベースローディングコイルによる短縮アンテナ
２０２  ミドルローディングコイルによる短縮アンテナ
２０３  トップローディングのキャパシティーハットとベースローディングコイルを用いた短縮アンテナ
２０４  トップローディングのキャパシティーハットとミドルローディングコイルを用いた短縮アンテナ
２０５トップローディングのキャパシティーハットとトップローディングコイルを用いた短縮アンテナ
２０６  放射器
２０７  ローディングコイル
２０８  ホット側給電点
２０９  コールド側給電点
２１０  キャパシティーハット
４０１、５０１、６０１、７０１、８０１、９０１、１００１、１１０１、１２０１、１３０１、１４０１、１５０１、１６０１、１７０１、１８０１、２００１、２２０１、２４０１，２４１１、２５０１、４０２、５０２、６０２、７０２、８０２、９０２、１００２、１１０２、１２０２、１３０２、１４０２、１５０２、１６０２、１７０２、１８０２、２００２、２２０２、２４０２、２４１２、２５０１、５００１、５００２、５３０１、５３０２  放射器
４０３、４０４、１３０３、１３０４  円形の導体Ａ、導体Ｂ
５０３、５０４、２５０３、２５０４、２５１０  螺旋状導体Ａ、導体Ｂ
６０３、６０４  渦巻状導体Ａ、導体Ｂ
７０３、７０４  四角形状の導体Ａ、導体Ｂ
８０３、８０４  四角形かつ螺旋状の導体Ａ、導体Ｂ
９０３、９０４  四角形かつ渦巻状の導体Ａ、導体Ｂ
１００３、１００４  八角形状の導体Ａ、導体Ｂ
１１０３、１１０４  八角形かつ螺旋状の導体Ａ、導体Ｂ
１２０３、１２０４  八角形かつ渦巻状の導体Ａ、導体Ｂ
１４０３、１４０４、１６０３、１６０４、２２０３、２２０４、２２０５、２２０６、２４０３、２４０４、２４０５、２４０６、２４１３、２４１４、２４１５、２４１６  同心円状の導体Ａ、導体Ｂ
１５０３、１５０４  放射器に平行に配置された螺旋状導体Ａ、導体Ｂ
１７０３、１７０４  内側に配置された同心円状の導体Ａ、導体Ｂ
１７０９、１７１０  外側に配置された同心円状の導体Ａ、導体Ｂ
１８０３、１８０４  同心円状の板状導体
２００３、２０１０  内側に配置された同心円状の板状導体
２００４、２００９  外側に配置された同心円状の板状導体
４０５、４０６、５０５、５０６、６０５、６０６、７０５、７０６、８０５、８０６、９０５、９０６、１００５、１００６、１１０５、１１０６、１２０５、１２０６、１４０５、１４０６、１６０５、１６０６、１６０９、１６１０、１７０５、１７０６、１７１１、１７１２、２２０６、２２０７、２４０７、２４０８、２４１７、１４１８、５３０５、５３０６  導線
１８０５、１８０６、２００５、２００６  導体板
４０７、４０８、５０７、５０８、６０７、６０８、７０７、７０８、８０７、８０８、９０７、９０８、１００７、１００８、１１０７、１１０８、１２０７、１２０８、１３０７、１３０８、１４０７、１４０８、１５０７、１５０８、１６０７、１６０８、１７０７、１７０８、１８０７、１８０８、２００７、２００８、２５０７、２５０８、５００７、５００８、５３０７、５３０８  給電点
２２０９、２４１９  アンテナ支持マスト
２２１０  バラン兼インピーダンス変換器
２２１１、２４１０、２７０３、２８０２、２９０２  同軸フィーダ
２４０９、２７０１  バラン
２７０２  インピーダンス変換回路
２８０１  バラン兼インピーダンス変換回路
２９０１  バラン兼インピーダンス変換器
３００１  第１のアンテナの等価回路
３００２  第２のアンテナの等価回路
３００３  Ｌ１とＬ２間の相互インダクタンスＭの等価回路
３００４  第１のアンテナの共振周波数における等価回路
３００５  第１のアンテナの放射抵抗Ｒｆ１
３００６  第１のアンテナのキャパシタンスＣ１
３００７  第１のアンテナのインダクタンスＬ１
３００８  第２のアンテナのキャパシタンスＣ２
３００９  第２のアンテナの放射抵抗Ｒｆ２
３０１０  第２のアンテナのインダクタンスＬ２
３０１１  Ｌ１とＬ２間の相互インダクタンスＭ
３０１２  第２のアンテナの給電点
３０１３  インピーダンス変換後の第１のアンテナの放射抵抗
３１０１、５２０１  アンテナの放射抵抗Ｒｆ１
３１０２、５２０２  アンテナのキャパシタンスＣ１
３１０３、５２０３  給電点から放射器側のアンテナのインダクタンスＬ１
３１０４  給電点から放射器の逆側のアンテナのインダクタンスＬ２
３１０５、５２０５  Ｌ１とＬ２間の相互インダクタンスＭ
３１０６  給電点
３１０７、５２０７  Ｌ１、Ｌ２、Ｍの等価回路
３１０８、５２０８  アンテナのインダクタンス（Ｌ１＋Ｌ２）
３１０９、５２０９  等価回路３１０７を（Ｎ＝Ｌ２−Ｍ）で置き換えた場合のＮ成分のみのインピーダンス変換回路
３１１０、５２１０  アンテナの等価回路
３１１１  Ｎ成分のみのインピーダンス変換回路３１０９を構成した場合に出力側に得られたインダクタンスＬ２
３１１２  導体Ａ、導体Ｂ間のキャパシタンスＣ２
３３０１  条件２、３、６、７の場合のアンテナ
３３０２  条件２、３、６、７の場合のバルコニーの手摺
４４０１  伸縮可能な導体
４６０１、４８０１  放射器
４６０３、４６０４、４８０３、４８０４  板状の導体
４６０５、４６０６、４８０５、４８０６  導線
４６０７、４６０８、４８０７、４８０８  給電点
４６０９、４８０９、４８１０  紙製のアンテナ支持基板
５００３、５００４  板状導体を内側、外側に交互に配置した同心円状の円形導体
５００５、５２０４、５３１０  ヘアピンマッチのためのインダクタンス素子
５００６、５３１３  ヘアピンマッチのリアクタンス成分をキャンセルするためのコンデンサ
５００９、５３１２  バラン
５２０６、５３１４  送受信装置との接続端子
５２１１  Ｎ成分のみのインピーダンス変換回路３２０９を構成した場合に出力側に得られたインダクタンスＬ２
５２１２  Ｌ２をキャンセルするためのキャパシタンスＣ２
５２１３、５２１４  アンテナの給電点
５３０３、５３０４  開口面と平行な中心面を挟んで階層毎に交互に配置した渦巻状の板状導体
５３０９  放射器をアンテナ起立用マストに取付けるための絶縁性の固定具
５３１１  アンテナ起立用マスト
【図１】
2014042233.tif 000003
【図２】
2014042233.tif 000004
【図３】
2014042233.tif 000005
【図４】
2014042233.tif 000006
【図５】
2014042233.tif 000007
【図６】
2014042233.tif 000008
【図７】
2014042233.tif 000009
【図８】
2014042233.tif 000010
【図９】
2014042233.tif 000011
【図１０】
2014042233.tif 000012
【図１１】
2014042233.tif 000013
【図１２】
2014042233.tif 000014
【図１３】
2014042233.tif 000015
【図１４】
2014042233.tif 000016
【図１５】
2014042233.tif 000017
【図１６】
2014042233.tif 000018
【図１７】
2014042233.tif 000019
【図１８】
2014042233.tif 000020
【図１９】
2014042233.tif 000021
【図２０】
2014042233.tif 000022
【図２１】
2014042233.tif 000023
【図２２】
2014042233.tif 000024
【図２３】
2014042233.tif 000025
【図２４】
2014042233.tif 000026
【図２５】
2014042233.tif 000027
【図２６】
2014042233.tif 000028
【図２７】
2014042233.tif 000029
【図２８】
2014042233.tif 000030
【図２９】
2014042233.tif 000031
【図３０】
2014042233.tif 000032
【図３１】
2014042233.tif 000033
【図３２】
2014042233.tif 000034
【図３３】
2014042233.tif 000035
【図３４】
2014042233.tif 000036
【図３５】
2014042233.tif 000037
【図３６】
2014042233.tif 000038
【図３７】
2014042233.tif 000039
【図３８】
2014042233.tif 000040
【図３９】
2014042233.tif 000041
【図４０】
2014042233.tif 000042
【図４１】
2014042233.tif 000043
【図４２】
2014042233.tif 000044
【図４３】
2014042233.tif 000045
【図４４】
2014042233.tif 000046
【図４５】
2014042233.tif 000047
【図４６】
2014042233.tif 000048
【図４７】
2014042233.tif 000049
【図４８】
2014042233.tif 000050
【図４９】
2014042233.tif 000051
【図５０】
2014042233.tif 000052
【図５１】
2014042233.tif 000053
【図５２】
2014042233.tif 000054
【図５３】
2014042233.tif 000055
【図５４】
2014042233.tif 000056
【図５５】
2014042233.tif 000057
【図５６】
2014042233.tif 000058
【図５７】
2014042233.tif 000059
【図５８】
2014042233.tif 000060