(57)【要約】【課題】垂直偏波に対して薄い構造を持ちながら周波数比帯域幅が大きい垂直偏波アンテナを提供する。【解決手段】垂直偏波アンテナ１は、グラウンド板３０と、導体板２０と、二つ以上の給電導体１０と、各給電導体１０とペアの短絡導体１５とを備えている。導体板２０は、グラウンド板３０の法線方向から見たときに導体板２０の全体がグラウンド板３０とオーバーラップするように、グラウンド板３０と平行に配置されており、各給電導体１０は、導体板２０の中心と異なる位置にてグラウンド板３０と導体板２０とを接続しており、各短絡導体１５は、短絡導体１５とペアの給電導体１０の近傍でグラウンド板３０と導体板２０とを接続している。【選択図】図１０
2014014020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラウンド板と、
導体板と、
二つ以上の給電導体と、
各上記給電導体とペアの短絡導体と
を備えており、
上記導体板は、上記グラウンド板の法線方向から見たときに上記導体板の全体が上記グラウンド板とオーバーラップするように、上記グラウンド板と平行に配置されており、
各上記給電導体は、上記導体板の中心と異なる位置にて上記グラウンド板と上記導体板とを接続しており、
各上記短絡導体は、短絡導体とペアの上記給電導体の近傍で上記グラウンド板と上記導体板とを接続している
ことを特徴とする垂直偏波アンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載の垂直偏波アンテナであって、
各上記短絡導体は、短絡導体とペアの上記給電導体の近傍において、上記導体板の中心から離れる側に位置している
ことを特徴とする垂直偏波アンテナ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の垂直偏波アンテナであって、
各上記給電導体および各上記短絡導体は、上記法線方向と平行に配置されている
ことを特徴とする垂直偏波アンテナ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の垂直偏波アンテナであって、
各上記給電導体は、上記導体板の中心から等距離の位置に設けられている
ことを特徴とする垂直偏波アンテナ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の垂直偏波アンテナであって、
各上記給電導体は、上記導体板の中心に関して等間隔の位置に設けられている
ことを特徴とする垂直偏波アンテナ。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の垂直偏波アンテナであって、
上記短絡導体の数は、上記給電導体の数の正整数倍である
ことを特徴とする垂直偏波アンテナ。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の垂直偏波アンテナであって、
上記導体板は、中央部分に穴を有する平板であり、
上記導体板と接触しないように配置された第２の導体板と、
上記第２の導体板と上記グラウンド板とを接続する第２の短絡導体と
を含み、
上記グラウンド板の法線方向から見たときに上記第２の導体板の全体が上記穴に収まって見えるように、上記グラウンド板と平行に配置されている
ことを特徴とする垂直偏波アンテナ。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の垂直偏波アンテナであって、
各上記給電導体に同振幅同位相で給電される
ことを特徴とする垂直偏波アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直偏波アンテナに関し、詳しくは、垂直偏波に対して薄い構造を持ちながら周波数比帯域幅が大きい垂直偏波アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
既存の垂直偏波アンテナとして、垂直ダイポールアンテナを例示できる。垂直ダイポールアンテナは、その特性から、送受信波の波長λの1/２の長さ（λ/２）のアンテナ長が必要である。また、垂直ダイポールアンテナは、垂直偏波の送受信のために地面に対して垂直に設置される。このため、垂直ダイポールアンテナの設置環境として、高さ方向（つまり、水平面である地面に対する垂直方向）にλ/２の長さの空間が必要になる。このように、垂直ダイポールアンテナの設置環境は、送受信波の波長λに応じた高さ方向の制約を受ける。そこで、従来から、アンテナの設置環境などを考慮して、より小型あるいは高さ方向に薄い構造のアンテナが求められている。
【０００３】
垂直ダイポールアンテナと似たアンテナ特性を持つアンテナであって高さ方向に薄い構造を持つアンテナとして、λ/４の長さの一つのエレメントに例えば円板状のグラウンド板３０が取り付けられているモノポールアンテナ（以下、「グラウンド板付きモノポールアンテナ」ともいう）が知られている（図１参照）。グラウンド板付きモノポールアンテナでは、グラウンド板３０の中心（給電点５）にエレメントが接続されている。
【０００４】
垂直偏波に対してさらに薄い構造を持つグラウンド板付きモノポールアンテナを実現するため、L字状に屈曲させられた一つのエレメントを持つグラウンド板付きモノポールアンテナも知られている（図２参照）。このエレメントは、グラウンド板に対して垂直な導体部A（長さL1）と平行な導体部B（長さL2）で構成されている（L1＋L2≒λ/4）。導体部Aの長さはアンテナの厚み（垂直偏波に対するアンテナの大きさ）に寄与するため、薄いアンテナを実現するためにはL1を小さく設計すればよいが、L1が小さいと、一般的に、インピーダンス整合が難しくなるとともに、周波数比帯域幅が狭くなってしまう。
【０００５】
このため、L字状エレメントの構造が、一つの棒状の導体部A（以下、給電導体と呼称する。給電導体の長さはL1とする）の一端が例えば円板状の導体板２０の中心に接続している構造に置換された、グラウンド板付きモノポールアンテナ（以下、「容量装荷型モノポールアンテナ」ともいう）が開発された（図３参照）。給電導体Aの他端は従来とおりグラウンド板３０の中心（給電点５）に接続している。この構造によると、給電導体Aの長さL1が小さい場合でも、インピーダンス整合が比較的容易になるが、周波数比帯域幅が狭いという課題が残されたままである。
【０００６】
さらに、容量装荷型モノポールアンテナのインピーダンス整合を改善する観点から、一つの給電導体１０の近傍に棒状の短絡導体１５を設けたモノポールアンテナ（以下、「短絡導体付き容量装荷型モノポールアンテナ」ともいう）が開発された（図４参照）。従来とおり、給電導体１０の一端は導体板２０の中心に接続しており、給電導体１０の他端はグラウンド板３０の中心（給電点５）に接続している。短絡導体１５の一端は導体板２０に接続しており、短絡導体の他端はグラウンド板３０に接続している。短絡導体１５の位置や数によってインピーダンス整合の容易性が変わるが、適切に設計すると、λ/10以下の厚さを持った短絡導体付き容量装荷型モノポールアンテナを実現できることが知られている。なお、このタイプのアンテナにおいて水平面内無指向性を実現するには、給電導体１０の一端を導体板２０の中心に接続し、給電点５を中心とする放射状の位置に等距離かつ等間隔で３個以上の短絡導体１５を設ければよいことが知られている。この構造によっても、給電導体１０の長さL1が小さい場合、周波数比帯域幅が狭いという課題が残されたままである。
【０００７】
例えば、図４に図示される構成において（３個の短絡導体１５が水平面内無指向性を実現するように配置されている）、アンテナ共振周波数が２GHzとなるように、L1=6mm=0.04λ2GHz、給電導体１０と各短絡導体１５との距離Ｄ=24mm、グラウンド板３０の直径を135mm、導体板２０の直径を68mmとしたとき、反射減衰量S11が-10dB以下という条件（|S11|≦-10dB，つまりVSWR＜2.0；VSWRはVoltage Standing Wave Ratio）の下での周波数比帯域幅は11.2％である（図５参照）。
【０００８】
なお、給電点５を中心として対称の位置に２個の短絡導体１５が配置されている従来のアンテナ（図６参照）であって、アンテナ共振周波数が２GHzとなるように、L1=6mm=0.04λ2GHz、給電導体１０と各短絡導体１５との距離Ｄ=18mm、グラウンド板３０の直径を135mm、導体板２０の直径を52mm=0.37λ2GHzとしたとき、反射減衰量S11が-10dB以下という条件（|S11|≦-10dB，つまりVSWR＜2.0；VSWRはVoltage Standing Wave Ratio）の下での周波数比帯域幅はD=18mmの場合に8.3％である（図７参照。ただし、図７中の記号spはDを表している）。なお、図２６に、距離Ｄと周波数比帯域幅との関係を示す。この場合の水平面内指向性について、２個の短絡導体１５が配置された方向にレベルが少し低下している（図８参照）。なお、図８にて記号Phiは、図６に示すXYZ直交座標軸に関して方位角（azimuth angle）を表している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Huiling Jiang and Hiroyuki Arai, "FDTD Analysis of Low Profile Top Loaded Monopole Antenna", IEICE TRANS. COMMUN., VOL. E85-B, NO.11 November 2002.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、このような状況に鑑みて、垂直偏波に対して薄い構造を持ちながら周波数比帯域幅が大きい垂直偏波アンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の垂直偏波アンテナは、グラウンド板と、導体板と、二つ以上の給電導体と、各給電導体とペアの短絡導体とを備えている。導体板は、グラウンド板の法線方向から見たときに導体板の全体がグラウンド板とオーバーラップするように、グラウンド板と平行に配置されており、各給電導体は、導体板の中心と異なる位置にてグラウンド板と導体板とを接続しており、各短絡導体は、短絡導体とペアの給電導体の近傍でグラウンド板と導体板とを接続している。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、垂直偏波に対して薄い構造を持ちながら周波数比帯域幅が大きい垂直偏波アンテナを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】グラウンド板付きモノポールアンテナの斜視図。
【図２】L字状に屈曲させられたエレメントを持つグラウンド板付きモノポールアンテナの斜視図。
【図３】容量装荷型モノポールアンテナのアンテナ構造を示す図。（ａ）斜視図。（ｂ）側面図。（ｃ）平面図。
【図４】短絡導体付き容量装荷型モノポールアンテナのアンテナ構造を示す図（短絡導体の数が３の場合）。（ａ）斜視図。（ｂ）側面図。（ｃ）平面図。
【図５】図４に示す従来アンテナの反射減衰量特性を示す図。
【図６】短絡導体付き容量装荷型モノポールアンテナのアンテナ構造を示す図（短絡導体の数が２の場合）。
【図７】図６に示す従来のアンテナの反射減衰量特性を示す図。
【図８】図６に示す従来のアンテナの水平面内指向性を示す図。
【図９】導体板の形状の例。（ａ）円板。（ｂ）正方形平板。（ｃ）円環状平板。（ｄ）穴あき正方形平板。
【図１０】実施形態の垂直偏波アンテナ１の構造を示す図（給電導体の数が３の場合）。（ａ）斜視図。（ｂ）側面図。（ｃ）平面図。
【図１１】実施形態の垂直偏波アンテナ１の構造を示す図（給電導体の数が４の場合）。（ａ）斜視図。（ｂ）側面図。（ｃ）平面図。
【図１２】図１６に示す垂直偏波アンテナ１の電流分布と電流強度。（ａ）側面図。（ｂ）導体板２０の平面図。
【図１３】図６に示す従来のアンテナの電流分布と電流強度。（ａ）側面図。（ｂ）導体板２０の平面図。
【図１４】実施形態の垂直偏波アンテナ１の構造を示す図（各短絡導体が、給電導体と導体板との接続部位と導体板の中心とを結んだ直線上から導体板の中心に関して距離を保ったまま角度φだけ反時計回りにシフトした位置に、配置されている）。
【図１５】図１４に示すアンテナの反射減衰量特性を示す図。
【図１６】実施形態の垂直偏波アンテナ１の構造を示す図（給電導体と短絡導体の数がそれぞれ２の場合）。（ａ）斜視図。（ｂ）側面図。（ｃ）平面図。
【図１７】図１６に示すアンテナの反射減衰量特性を示す図。
【図１８】図１６に示すアンテナの水平面内指向性を示す図。
【図１９】図１６に示すアンテナの反射減衰量特性を示す図。
【図２０】図１０に示すアンテナの反射減衰量特性を示す図。
【図２１】図１１に示すアンテナの反射減衰量特性を示す図。
【図２２】実施形態の垂直偏波アンテナ２の構造を示す図（給電導体と短絡導体の数がそれぞれ４の場合）。
【図２３】図２２に示すアンテナの反射減衰量特性を示す図。
【図２４】図２２に示すアンテナの放射特性を示す図。
【図２５】実施形態の垂直偏波アンテナ２の構造を示す図（給電導体と短絡導体の数がそれぞれ３の場合）。
【図２６】図６に示す従来のアンテナにおいて、給電導体１０と各短絡導体１５との距離距離Ｄと周波数比帯域幅との関係を示す図。
【図２７】図１６に示すアンテナにおいて、ペアとなる給電導体１０と短絡導体１５との距離Ｄと周波数比帯域幅との関係を示す図。
【図２８】給電導体に関する複数の短絡導体の配置を例示した図。
【図２９】給電導体に関する複数の短絡導体の配置を例示した図。
【図３０】給電導体に関する複数の短絡導体の配置を例示した図。
【図３１】図１０に示すアンテナの変形例の構造を示す図（給電導体の数が３の場合）。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。各実施形態に共通の構成要素には同じ符号を割り当てて重複説明を省略することとする。
【００１５】
実施形態の垂直偏波アンテナ１（図１０、図１１参照）は、一つのグラウンド板３０と、一つの導体板２０と、二つ以上の給電導体１０と、各給電導体１０とペアの短絡導体１５とを備えている。これらの部材の材質は導電性を有するものであれば特に限定はなく、例えば金属である。各給電導体１０の形状は例えば棒状であり、各短絡導体１５の形状も例えば棒状である。
【００１６】
図１０と図１１には、グラウンド板３０および導体板２０が円板の場合の垂直偏波アンテナ１を例示している。
【００１７】
導体板２０の形状は、特に限定はないものの、例えば、円板、楕円形平板、多角形平板（正方形平板を含む）、環状平板（穴あき円板）、穴あき多角形平板（穴あき正方形平板を含む）などである。穴の形状に限定はなく、通常は、設計の容易性などを考慮して、導体板２０の外形と相似の形状とされる。通常は、設計の容易性などを考慮して、導体板２０の形状として、円板、正方形平板、正五角形以上の正多角形平板、円環状平板、穴あき正多角形平板が選択される（図９参照）。
導体板２０が円板の場合、円板の直径は、所望の共振周波数に応じて設定される。
【００１８】
グラウンド板３０は、通常、グラウンド板３０の形状が円板の場合にその直径が半波長以上、グラウンド板３０の形状が矩形状の場合に短辺の長さが半波長以上であれば、アンテナの共振周波数に影響を与えないので、導体板２０の形状にかかわらず任意の形状を採用できる。このように、グラウンド板３０の形状に特別な限定はなく、例えば、円板、楕円形平板、多角形平板（正方形平板を含む）、環状平板（穴あき円板）、穴あき多角形平板（穴あき正方形平板を含む）などを例示できるが、通常は、設計の容易性などを考慮して、グラウンド板３０の形状として、円板、正方形平板、正五角形以上の正多角形平板が選択される。
【００１９】
導体板２０は、グラウンド板３０の法線方向（つまり、グラウンド板３０の平面３０ａに対して垂直な方向）から見たときに導体板２０の全体がグラウンド板３０とオーバーラップするように、グラウンド板３０と平行に配置されている。換言すれば、導体板２０をグラウンド板３０の法線方向に沿って正射影したとき、導体板２０の射影がグラウンド板３０に含まれる。
【００２０】
ここで、「導体板２０の中心」を、導体板２０の幾何学的中心として定義する。例えば、導体板２０が円板であれば円の中心が「導体板２０の中心」とされ、導体板２０が正方形平板であれば正方形の対角線が交わる位置が「導体板２０の中心」とされ、導体板２０が円環状平板であれば外円の中心が「導体板２０の中心」とされ、導体板２０が穴あき正方形平板であれば正方形の対角線が交わる位置が「導体板２０の中心」とされる（導体板２０が穴あき正方形平板の場合、例えば、穴の形状も正方形であり、当該穴の中心は導体板２０の中心に一致し、導体板２０の対角線と穴の対角線が一致するように、穴が形成されている）。
また、「グラウンド板３０の中心」を、グラウンド板３０の幾何学的中心として定義する（以下、狭義の「グラウンド板３０の中心」と呼称する）。例えば、グラウンド板３０が円板であれば円の中心が「グラウンド板３０の中心」とされ、グラウンド板３０が正方形平板であれば正方形の対角線が交わる位置が「グラウンド板３０の中心」とされ、グラウンド板３０が円環状平板であれば外円の中心が「グラウンド板３０の中心」とされ、グラウンド板３０が穴あき正方形平板であれば正方形の対角線が交わる位置が「グラウンド板３０の中心」とされる（グラウンド板３０が穴あき正方形平板の場合、例えば、穴の形状も正方形であり、当該穴の中心はグラウンド板３０の中心に一致し、グラウンド板３０の対角線と穴の対角線が一致するように、穴が形成されている）。
【００２１】
上記の定義に基づくと、図１０や図１１に図示される垂直偏波アンテナ１では、「導体板２０は、導体板２０の中心およびグラウンド板３０の中心がグラウンド板３０の法線方向と平行な一つの仮想直線上に位置するように、グラウンド板３０と平行に配置されている」と説明することができる。
【００２２】
しかし、導体板２０とグラウンド板３０との相対的な位置関係が、上述の「導体板２０をグラウンド板３０の法線方向に沿って正射影したとき、導体板２０の射影がグラウンド板３０に含まれる」という条件を満足すれば十分であるので、少なくとも、「グラウンド板３０の中心」に関する上述の狭義の定義は本質的ではない。よって、以下の説明では、「グラウンド板３０の中心」を、「グラウンド板３０の法線方向に沿った導体板２０の中心の正射影」として定義する（以下、広義の「グラウンド板３０の中心」と呼称する）。
【００２３】
グラウンド板３０と導体板２０との距離L1は、所望の周波数比帯域幅などに応じて適宜に設定される。実施形態によれば、例えば、グラウンド板３０と導体板２０との距離L1は0.04λ（送受信波の波長λの1/25の長さ）とすることができる。
【００２４】
二つ以上の給電導体１０は、導体板２０の中心（広義の「グラウンド板３０の中心」と言い換えてもよい）と異なる位置にてグラウンド板３０と導体板２０とを接続しており、二つ以上の短絡導体１５はそれぞれ、短絡導体１５とペアの給電導体１０の近傍（ただし、導体板２０の中心を除く）でグラウンド板３０と上記導体板２０とを接続している。図１０や図１１に図示されている例では給電導体１０の数と短絡導体１５の数は同じである（つまり、任意の一つの給電導体１０とペアを構成する短絡導体１５の数は１である）。
【００２５】
例えば、図１０に示される垂直偏波アンテナ１では、給電導体１０の数と短絡導体１５の数はそれぞれ３である。各導体を識別するために符号にアルファベットを添えることにすると、垂直偏波アンテナ１は、３個の給電導体１０ａ，１０ｂ，１０ｃと３個の短絡導体１５ａ，１５ｂ，１５ｃを備えており、給電導体１０ａと短絡導体１５ａが一つのペアを構成し、給電導体１０ｂと短絡導体１５ｂが一つのペアを構成し、給電導体１０ｃと短絡導体１５ｃが一つのペアを構成している。
図１１に示される垂直偏波アンテナ１では、給電導体１０の数と短絡導体１５の数はそれぞれ４である。各導体を識別するために符号にアルファベットを添えることにすると、垂直偏波アンテナ１は、４個の給電導体１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄと４個の短絡導体１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄを備えており、給電導体１０ａと短絡導体１５ａが一つのペアを構成し、給電導体１０ｂと短絡導体１５ｂが一つのペアを構成し、給電導体１０ｃと短絡導体１５ｃが一つのペアを構成し、給電導体１０ｄと短絡導体１５ｄが一つのペアを構成している。
【００２６】
しかし、任意の一つの給電導体１０とペアを構成する短絡導体１５の数が１である構成に限定されない。給電導体１０の数をＮ（Ｎ≧２）とし、短絡導体１５の数をＭとすると、好ましくはＮ≦Ｍを満足し、さらに好ましくは、αを１以上の整数として、Ｍ＝α×Ｎという関係を満足する。Ｍ＝α×Ｎを満たす場合、任意の一つの給電導体１０は一つ以上の短絡導体１５とペアを構成することになるが、好ましくは、任意の一つの給電導体１０はα個の短絡導体１５とペアを構成する。
【００２７】
さらに好ましくは、各ペアでは、給電導体１０に関して対称性を持つ位置に複数の短絡導体が配置される。「給電導体１０に関して対称性を持つ位置」の例として、（１）給電導体１０を中心として等距離且つ等間隔の位置、（２）給電導体１０を通る少なくとも一つの仮想軸（ただし、導体板２０と平行な軸とする）を任意に定めたときに、給電導体１０を中心として等距離であって、当該仮想軸に関して対称な位置、を挙げることができる。
【００２８】
（１）の構成として、図３０の構成を例示できる。図３０は、給電導体１０の数が３であり、各給電導体１０が４個の短絡導体１５とペアを構成している場合を例示している。具体的には、給電導体１０ｂが４個の短絡導体１５ｂ１，１５ｂ２，１５ｂ３，１５ｂ４とペアを構成しており、短絡導体１５ｂ１，１５ｂ２，１５ｂ３，１５ｂ４は給電導体１０ｂを中心として等距離かつ等間隔の位置にある。他のペアについても同様である。ただし、３個の給電導体１０ａ，１０ｂ，１０ｃが導体板２０の中心に関して等距離かつ等間隔に配置される場合には、アンテナ全体における１２個の短絡導体の配置の対称性を考慮することが望ましい。つまり、この例であれば、給電導体１０ｂに対する４個の短絡導体１５ｂ１，１５ｂ２，１５ｂ３，１５ｂ４の各位置をそのまま導体板２０の中心に関して反時計回りに１２０°回転させた各位置に給電導体１０ａに対する４個の短絡導体が配置され、反時計回りに２４０°回転させた各位置に給電導体１０ｃに対する４個の短絡導体が配置される。なお、図が煩雑になることを避けるため、給電導体１０ａ，１０ｃに対応する短絡導体１５の符号は省略している。
【００２９】
（２）の構成として、図２８と図２９の各構成を例示できる。図２８は、給電導体１０の数が４であり、各給電導体１０が４個の短絡導体１５とペアを構成している場合を例示している。具体的には、給電導体１０ｂが４個の短絡導体１５ｂ１，１５ｂ２，１５ｂ３，１５ｂ４とペアを構成しており、短絡導体１５ｂ１，１５ｂ２，１５ｂ３，１５ｂ４は給電導体１０ｂを中心として等距離の位置に在り、直交する２つの仮想軸Ｘ，Ｙについて、短絡導体１５ｂ１と短絡導体１５ｂ２は仮想軸Ｘに関して対称の位置にあり、短絡導体１５ｂ３と短絡導体１５ｂ４は仮想軸Ｘに関して対称の位置にあり、短絡導体１５ｂ１と短絡導体１５ｂ４は仮想軸Ｙに関して対称の位置にあり、短絡導体１５ｂ２と短絡導体１５ｂ３は仮想軸Ｙに関して対称の位置にある。他のペアについても同様である。ただし、４個の給電導体１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが導体板２０の中心に関して等距離かつ等間隔に配置される場合には、アンテナ全体における１６個の短絡導体の配置の対称性を考慮することが望ましい。つまり、この例であれば、給電導体１０ｂに対する４個の短絡導体１５ｂ１，１５ｂ２，１５ｂ３，１５ｂ４の各位置をそのまま導体板２０の中心に関して反時計回りに９０°回転させた各位置に給電導体１０ａに対する４個の短絡導体が配置され、反時計回りに１８０°回転させた各位置に給電導体１０ｄに対する４個の短絡導体が配置され、反時計回りに２７０°回転させた各位置に給電導体１０ｃに対する４個の短絡導体が配置される。なお、図が煩雑になることを避けるため、給電導体１０ａ，１０ｃ，１０ｄに対応する短絡導体１５の符号は省略している。
【００３０】
また、図２９は、給電導体１０の数が２であり、各給電導体１０が２個の短絡導体１５とペアを構成している場合を例示している。具体的には、給電導体１０ａが２個の短絡導体１５ａ１，１５ａ２とペアを構成しており、短絡導体１５ａ１，１５ａ２は給電導体１０ａを中心として等距離の位置に在り、仮想軸Ｙについて、短絡導体１５ａ１と短絡導体１５ａ２は対称の位置にある。他のペアについても同様である。ただし、２個の給電導体１０ａ，１０ｂが導体板２０の中心に関して等距離かつ等間隔に配置される場合には、アンテナ全体における４個の短絡導体の配置の対称性を考慮することが望ましい。つまり、この例であれば、給電導体１０ａに対する２個の短絡導体１５ａ１，１５ａ２の各位置をそのまま導体板２０の中心に関して時計回りに１８０°回転させた各位置に給電導体１０ｂに対する２個の短絡導体が配置される。なお、給電導体１０ｂに対応する短絡導体１５の符号は省略している。
【００３１】
各給電導体１０は、通常、給電線（図示せず）の内導体であり、この場合、給電線の外導体（図示せず）はグラウンド板３０に接続している。より詳細には、給電点５（図１０の例であれば給電点５ａ，５ｂ，５ｃであり、図１１の例であれば給電点５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄである）にてグラウンド板３０に貫通孔が設けられており、給電線の内導体はグラウンド板３０との絶縁を保って貫通孔を挿通しており、さらに、給電線の内導体は導体板２０と物理的／機械的に接続していることによって、給電線の内導体と導体板２０との電気的接続が確保されている。また、給電線の外導体はグラウンド板３０に物理的／機械的に接続していて、給電線の外導体とグラウンド板３０との電気的接続が確保されている。
【００３２】
各給電導体１０および各短絡導体１５は、好ましくは、グラウンド板３０の法線方向と平行に配置されている。換言すれば、各給電導体１０および各短絡導体１５はそれぞれ、グラウンド板３０と導体板２０との距離とほぼ同じ長さを持っている。
【００３３】
各短絡導体１５は、好ましくは、短絡導体１５とペアの給電導体１０の近傍において、導体板２０の中心（広義の「グラウンド板３０の中心」と言い換えてもよい）から離れる側に位置している。この理由は、導体板２０の周縁部はアンテナの開放端に相当し、給電導体１０から見て開放端に近い側の位置で短絡させることによって容量性を高めることができ、この結果、アンテナのインピーダンス整合が容易となることに加え、帯域を確保し易くなるからである。また、このような理由以外に、図１２に示す電流分布と電流強度からわかるように、導体板２０の中心近傍の電位はほぼ０なので、給電導体１０から見て導体板２０の中心に近い側の位置で短絡させても上記効果を期待できないからである。図１２は、後述する、図１６に示される垂直偏波アンテナ１（２個の給電導体１０ａ，１０ｂと２個の短絡導体１５ａ，１５ｂを含む）の電流分布と電流強度であるが、３個以上の給電導体と３個以上の短絡導体を含む構成を持つ垂直偏波アンテナ１であっても導体板２０の中心近傍の電位はほぼ０となる。なお、比較例として、図６に図示される従来のアンテナの電流分布と電流強度を図１３に示す。図１３から、従来のアンテナでは、導体板２０の中心近傍の電位はほぼ０にならないことがわかる。
【００３４】
図１０や図１１に図示される例によると、例えば、短絡導体１５ａは、短絡導体１５ａとペアの給電導体１０ａの近傍であって、導体板２０の中心から離れる側に位置しており、具体的には、給電導体１０ａと導体板２０との接続部位と導体板２０の中心とを結んだ直線上であって、当該接続部位と導体板２０の縁との間に短絡導体１５ａと導体板２０との接続部位が位置する。このことは、他のペアについても同様である。
しかし、給電導体１０と導体板２０との接続部位と導体板２０の中心とを結んだ直線上に短絡導体１５と導体板２０との接続部位が位置することは必須の技術事項ではない。図１５は、短絡導体１５の位置を、図１４に示すように、給電導体１０と導体板２０との接続部位と導体板２０の中心とを結んだ直線上から導体板２０の中心に関して距離を保ったまま角度φだけ反時計回りにシフトしたときの反射減衰量特性を示している（φ＝０°の場合は、給電導体１０と導体板２０との接続部位と導体板２０の中心とを結んだ直線上に短絡導体１５と導体板２０との接続部位が位置する）。なお、図１５に図示される反射減衰量特性は、図１４に示す垂直偏波アンテナ１の構造において、グラウンド板３０と導体板２０との距離L1=6mm=0.04λ2GHz、ペアとなる給電導体１０と短絡導体１５との距離Ｄ=6.5mm=0.04λ2GHz、導体板２０の中心と各給電導体１０との距離Ｅ=17.5mm=0.12λ2GHz、グラウンド板３０の直径を137mm=0.9λ2GHz、導体板２０の直径を74mm=0.49λ2GHzとした場合の特性である。
【００３５】
図１５から明らかなように、φが大きくなるにつれてアンテナ帯域幅が広くなっている。なお、φが大きくなるにつれてアンテナの共振周波数が高域側へシフトしているが、帯域幅の拡大が当該シフトによるアンテナの実用性への影響を低減している。換言すれば、帯域幅と共振周波数との関係を考慮してφの大きさ、つまり給電導体１０に対する相対的な短絡導体１５の位置を決定することで、所望の共振周波数で広帯域のアンテナを実現できる。また、図示していないが、図１４に示す垂直偏波アンテナ１の構造では、各給電導体１０の配置および各短絡導体１５の配置のそれぞれの対称性から、角度φだけ時計回りにシフトしても、角度φだけ反時計回りにシフトした場合と同じ反射減衰量特性を示す。
【００３６】
なお、各給電導体１０と導体板２０の中心との距離は、所望の帯域幅やインピーダンス整合などを考慮して適宜に設定される。
また、給電導体１０ａと短絡導体１５ａとの距離、言い換えれば、給電導体１０ａと導体板２０との接続部位と短絡導体１５ａと導体板２０との接続部位との距離は、所望の帯域幅やインピーダンス整合などを考慮して適宜に設定される。このことは、他のペアについても同様である。
【００３７】
ここで、一例として、図１６に示される垂直偏波アンテナ１の反射減衰量S11の周波数特性を図１７に示す。図１６に示される垂直偏波アンテナ１は、２個の給電導体１０ａ，１０ｂと２個の短絡導体１５ａ，１５ｂを含み、給電導体１０ａと短絡導体１５ａが一つのペアを構成し、給電導体１０ｂと短絡導体１５ｂが一つのペアを構成している。導体板２０の中心（広義の「グラウンド板３０の中心」と言ってもよい）を中心として対称の位置に各ペアが配置されている。また、給電導体１０ａと導体板２０との接続部位と導体板２０の中心とを結んだ直線上であって、当該接続部位と導体板２０の縁との間に短絡導体１５ａと導体板２０との接続部位が位置しており、給電導体１０ｂと導体板２０との接続部位と導体板２０の中心とを結んだ直線上であって、当該接続部位と導体板２０の縁との間に短絡導体１５ｂと導体板２０との接続部位が位置している。アンテナ共振周波数が２GHzとなるように、L1=6mm=0.04λ2GHz、ペアとなる給電導体１０と短絡導体１５との距離Ｄ=10.5mm=0.07λ2GHz、グラウンド板３０の直径を135mm=0.9λ2GHz、導体板２０の直径を48mm=0.32λ2GHzとし、導体板２０の中心と各給電導体１０との距離Ｅを変化させたときの反射減衰量S11を図１７に示す（ただし、図１７中の記号spはD+Eを表している）。図１７から、距離Ｅが長くなるほど比帯域幅が大きくなることがわかる。また、図６に示す従来例における導体部２０の直径と比較すると、本例では導体板２０の直径は4mm小さく、アンテナの小型化も実現できていることがわかる。さらに、図１６に示される垂直偏波アンテナ１の水平面内指向性について、２個の短絡導体１５が配置された方向にレベルが少し低下しているが（図１８参照）、図８に示す従来例とほぼ同じであることから、本例によると、水平面内指向性を悪化させることなく、比帯域幅を拡大できていることがわかる。なお、図１８にて記号Phiは、図１６に示すXYZ直交座標軸に関して方位角（azimuth angle）を表している。
【００３８】
図１９は、図１６に示される垂直偏波アンテナ１において、距離sp（=D+E）=22mm=0.15λ2GHzを固定して、距離Dを変化させたときの反射減衰量S11の周波数特性を表している。また、図２７は、距離Dと周波数比帯域幅との関係を示している。図１９および図２７から、距離Dが長くなるほど比帯域幅が大きくなることがわかる。また、図１９から、距離Dを変化させてもアンテナ共振周波数がほとんど変化していないことから、インピーダンス整合が容易であることがわかる。
【００３９】
また、垂直偏波アンテナ１の水平面内（グラウンド板３０と平行な面）での無指向性を実現するためには、少なくとも３個の各給電導体１０が導体板２０の中心に関して等間隔の位置に設けられていることが望ましく、さらには、少なくとも３個の各給電導体１０が導体板２０の中心から等距離の位置に設けられていることが望ましい。図１０に示す例では、３個の給電導体１０ａ，１０ｂ，１０ｃが導体板２０の中心に関して１２０度間隔で配置されており、さらに、導体板２０の中心から等距離の位置に在る。また、図１１に示す例では、４個の給電導体１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが導体板２０の中心に関して９０度間隔で配置されており、さらに、導体板２０の中心から等距離の位置に在る。
【００４０】
なお、垂直偏波アンテナ１では、各給電導体１０に同振幅同位相の信号が給電される。
【００４１】
図１０に示す垂直偏波アンテナ１によると、３個の短絡導体１５が水平面内無指向性を実現するように配置されている場合であって、設計周波数を２GHzとし、グラウンド板３０と導体板２０との距離L1=6mm=0.04λ2GHz、ペアとなる給電導体１０と短絡導体１５との距離Ｄ=6.5mm=0.04λ2GHz、導体板２０の中心と各給電導体１０との距離Ｅ=17.5mm=0.12λ2GHz、グラウンド板３０の直径を135mm=0.9λ2GHz、導体板２０の直径を68mm=0.45λ2GHzとしたとき、反射減衰量S11が-10dB以下という条件（|S11|≦-10dB，つまりVSWR＜2.0；VSWRはVoltage Standing Wave Ratio）下での周波数比帯域幅は21.6％である（図２０参照）。
【００４２】
また、図１１に示す垂直偏波アンテナ１によると、４個の短絡導体１５が水平面内無指向性を実現するように配置されている場合であって、設計周波数を２GHzとし、グラウンド板３０と導体板２０との距離L1=6mm=0.04λ2GHz、ペアとなる給電導体１０と短絡導体１５との距離Ｄ=6.5mm=0.04λ2GHz、導体板２０の中心と各給電導体１０との距離Ｅ=17.5mm=0.12λ2GHz、グラウンド板３０の直径を135mm=0.9λ2GHz、導体板２０の直径を68mm=0.45λ2GHzとしたとき、反射減衰量S11が-10dB以下という条件（|S11|≦-10dB，つまりVSWR＜2.0；VSWRはVoltage Standing Wave Ratio）下での周波数比帯域幅は31.9％である（図２１参照）。
【００４３】
このように、本発明によると、垂直偏波に対して従来と同じ薄い厚みを持ちながら従来よりも遥かに周波数比帯域幅が大きい垂直偏波アンテナが実現できることが理解される。
【００４４】
図１２に示すように、導体板２０の中心近傍の電位はほぼ０なので、上述のように、導体板２０の形状として例えば環状平板（穴あき円板）を採用できる（例えば、図１０に図示されるアンテナの変形例として図３１を参照のこと）。この穴を活用した、垂直偏波アンテナ１の変形例である垂直偏波アンテナ２を図２２に示す。
【００４５】
垂直偏波アンテナ２における導体板２０の形状は、円状の穴２５を持つ円環である。以下、導体板２０を環状導体板２０と呼称する。穴２５は、環状導体板２０の中心（上記定義によると、環状導体板２０の外円の中心）と穴２５の中心とが一致するように形成されている。垂直偏波アンテナ２は、さらに、導体板５０と棒状の短絡導体５５を有している。
【００４６】
穴２５に、環状導体板２０と接触しないように且つグラウンド板３０と平行となるように導体板５０が配置されている。導体板５０の形状に限定はないが、穴５０と相似な形状を採用することができ、この例であれば導体板５０は環状導体板２０の内径よりも径が小さい円板である。また、この例では、導体板５０の中心と環状導体板２０の中心が一致するように、導体板５０が配置されている。
【００４７】
なお、図２２では、環状導体板２０が配置されている平面上に導体板５０が配置されている（換言すれば、グラウンド板３０と環状導体板２０との距離と、グラウンド板３０と導体板５０との距離と、が等しい）が、このような構成に限定されない。つまり、環状導体板２０が配置されている平面と導体板５０が配置されている平面は異なっていてもよく（換言すれば、グラウンド板３０と環状導体板２０との距離と、グラウンド板３０と導体板５０との距離と、が異なる）、この場合、グラウンド板３０と導体板５０との距離を適切に設定することによって、導体板５０を設けない場合の設計周波数とは別の共振周波数（詳しくは、後述する図２３を参照のこと）を調整することができる。このことを別の観点から説明すると、導体板５０は、グラウンド板３０の法線方向から見たときに導体板５０の全体が穴２５に収まって見えるように、グラウンド板３０と平行に配置されている。このことを言い換えれば、導体板５０をグラウンド板３０の法線方向に沿って正射影したとき、導体板５０の射影が穴２５に含まれる。
【００４８】
導体板５０とグラウンド板３０とは短絡導体５５によって接続されている。この例では、導体板５０の中心と狭義のグラウンド板３０の中心とが短絡導体５５によって接続されている。
【００４９】
図２３に、設計周波数を２GHzとし、グラウンド板３０と環状導体板２０との距離およびグラウンド板３０と導体板５０との距離L1=6mm=0.04λ2GHz、ペアとなる給電導体１０と短絡導体１５との距離Ｄ=6.5mm=0.04λ2GHz、環状導体板２０の中心と各給電導体１０との距離Ｅ=17.5mm=0.12λ2GHz、グラウンド板３０の直径を137mm=0.9λ2GHz、穴２５の直径を30mm=0.2λ2GHz、導体板５０の直径を16mm=0.11λ2GHzとしたときの、垂直偏波アンテナ２の反射減衰量S11の周波数特性を示す。図２３には、比較のために、図２２に示される垂直偏波アンテナ２の構成から導体板５０および短絡導体５５を除去した構成を持つアンテナの反射減衰量S11の周波数特性も示してある。
【００５０】
図２３から、無給電素子である導体板５０および短絡導体５５が追加されたことにより、設計周波数（２GHz）に近い1.93GHzとは別の共振周波数2.46GHzが現れており、この結果、垂直偏波アンテナ２の帯域幅が広くなっていることがわかる。
【００５１】
また、図２４に垂直偏波アンテナ２の垂直面内指向性と水平面内指向性を示す。なお、図２４にて、記号PhiはXYZ直交座標軸に関して方位角（azimuth angle）を、記号Thetaは極角（Polar angle）表している。これらから、垂直偏波アンテナ２もダイポールアンテナと同様の特性を実現できていることがわかる。
【００５２】
なお、図２２では、図１１に図示される垂直偏波アンテナ１の変形例である垂直偏波アンテナ２を示しているが、図１０に図示される垂直偏波アンテナ１の変形例として、導体板２０の形状として環状平板（穴あき円板）を採用した場合の垂直偏波アンテナ２を図２５に示す。図２５に図示される垂直偏波アンテナ２は、図２２に図示される垂直偏波アンテナ２と比較して、給電導体１０と短絡導体１５のそれぞれの数と配置について違いがあるが、この違いは、図１０に図示される垂直偏波アンテナ１と図１１に図示される垂直偏波アンテナ１との違いに由来するものであるから、図２５に図示される垂直偏波アンテナ２の構造について説明を省略する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図１２】
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【図１３】
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