(57)【要約】      （修正有）【課題】広帯域においてインピーダンスのマッチングが容易なアレイアンテナを提供する。【解決手段】アレイアンテナは、主ケーブル３２、副ケーブル３３と複数のアンテナ１３０で構成される。（ａ）では、２個のアンテナ１３０を組にして、主ケーブル３２を２つに分岐した副ケーブル３３を介して並列に同相の送信信号を供給する場合であって、主ケーブル３２のインピーダンスＺに対して、副ケーブル３３のインピーダンス及びアンテナ１３０の入力インピーダンスが２×Ｚに設定されている。（ｂ）では、３個のアンテナ１３０を組にした場合であって、副ケーブル３３のインピーダンス及びアンテナ１３０の入力インピーダンスが３×Ｚに設定されている。（ｃ）では、Ｎ個のアンテナ１３０を組にした場合であって、副ケーブル３３のインピーダンス及びアンテナ１３０の入力インピーダンスがＮ×Ｚに設定されている。【選択図】図６
2014143591.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のインピーダンスを有する第１の給電線路と、
前記第１の給電線路から分岐されたＮ個（Ｎは２以上の整数）の第２の給電線路と、
それぞれが前記第１のインピーダンスのＮ倍に基づいて設定された第２のインピーダンスを有し、前記Ｎ個の第２の給電線路のそれぞれに接続されたＮ個のアンテナと
を備えるアレイアンテナ。
【請求項２】
前記アンテナは、それぞれが縁辺に曲線を含んだ導電性材料で構成され、予め定められた軸に対して対称の位置に予め定められた間隔を設けて配置された一対の素子部を含み、形状により前記第２のインピーダンスが設定されるダイポールアンテナを備えることを特徴とする請求項１に記載のアレイアンテナ。
【請求項３】
前記アンテナは、それぞれが縁辺に曲線を含んだ導電性材料で構成され、前記軸に対して対称の位置に予め定められた間隔を設けて配置され、前記一対の素子部が送受信する偏波と直交する偏波を送受信できる他の一対の素子部をさらに備えたことを特徴とする請求項２に記載のアレイアンテナ。
【請求項４】
前記アンテナは、第１の導体と、第２の導体と、当該第１の導体と当該第２の導体との間の誘電体層又は空気層とを含み、当該第１の導体への給電の位置によって、前記第２のインピーダンスが設定されるパッチアンテナを備えることを特徴とする請求項１に記載のアレイアンテナ。
【請求項５】
前記アレイアンテナを収納するレドームをさらに備える請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアレイアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレイアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信の基地局用のアンテナ（基地局アンテナ）には、電波が放射される方向に対応して設定されたセクタ毎に電波を放射するセクタアンテナが複数組み合わせて用いられている。セクタアンテナには、ダイポールアンテナなどのアンテナ素子をアレイ状に並べたアレイアンテナが用いられている。
【０００３】
特許文献１には、約λ／２（λは、所望周波数帯の中心周波数の波長）の長さを有し、約λ／２の間隔をおいて平行配設された第１及び第２のダイポールアンテナと、主給電線路と該主給電線路から分岐して前記各ダイポールアンテナの給電点にそれぞれ接続された第１及び第２の分岐給電線路とを有してなる給電手段と、を備え、前記主給電線路の特性インピーダンスを約５０Ωに設定し、前記第１及び第２の分岐給電線路の特性インピーダンスを約１００Ωに設定した６０°ビームアンテナ装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２０３４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、アレイアンテナでは、複数のアンテナ素子に並列に給電することが行われることがある。このとき、アンテナ素子と給電線路との間でインピーダンスをマッチングさせることが求められる。
本発明の目的は、広帯域においてインピーダンスのマッチングが容易なアレイアンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的のもと、本発明が適用されるアレイアンテナは、第１のインピーダンスを有する第１の給電線路と、第１の給電線路から分岐されたＮ個（Ｎは２以上の整数）の第２の給電線路と、それぞれが第１のインピーダンスのＮ倍に基づいて設定された第２のインピーダンスを有し、Ｎ個の第２の給電線路のそれぞれに接続されたＮ個のアンテナとを備えている。
この構成によれば、変成器などによりインピーダンスをマッチングさせる場合に比較して、インピーダンスのマッチングが容易にできる。
【０００７】
このようなアレイアンテナにおけるアンテナは、それぞれが縁辺に曲線を含んだ導電性材料で構成され、予め定められた軸に対して対称の位置に予め定められた間隔を設けて配置された一対の素子部を含み、形状により第２のインピーダンスが設定されることを特徴とすることができる。
この構成によれば、本構成を有していない場合に比べ、インピーダンスの設定が容易にできる。
【０００８】
また、このようなアレイアンテナにおけるアンテナは、それぞれが縁辺に曲線を含んだ導電性材料で構成され、軸に対して対称の位置に予め定められた間隔を設けて配置され、一対の素子部が送受信する偏波と直交する偏波を送受信できる他の一対の素子部をさらに備えたことを特徴とすることができる。
この構成によれば、本構成を有していない場合に比べ、偏波共通のアンテナをより小型に構成できる。
【０００９】
さらにまた、このようなアレイアンテナにおけるアンテナは、第１の導体と、第２の導体と、第１の導体と第２の導体との間の誘電体層又は空気層とを含み、第１の導体への給電の位置によって、第２のインピーダンスが設定されるパッチアンテナを備えることを特徴とすることができる。
この構成によれば、本構成を有していない場合に比べ、インピーダンスの設定が容易にできる。
【００１０】
そして、アレイアンテナを収納するレドームをさらに備えることを特徴とすることができる。
この構成によれば、本構成を有していない場合に比べ、インピーダンスのマッチングが容易で広帯域な周波数特性が得られるアレイアンテナとできる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、広帯域においてインピーダンスのマッチングが容易なアレイアンテナを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施の形態が適用される移動通信用の基地局アンテナの全体構成の一例を示す図である。
【図２】第１の実施の形態におけるアレイアンテナの構成の一例を示す図である。
【図３】第１の実施の形態におけるアンテナの構成を説明する図である。
【図４】第１の実施の形態において偏波共用のために図３のダイポールアンテナと対になるダイポールアンテナの構成を説明する図である。
【図５】アレイアンテナにおけるアンテナへの給電方法の一例を説明する図である。
【図６】第１の実施の形態が適用される場合の主ケーブル、副ケーブルのそれぞれのインピーダンス及びアンテナの入力インピーダンスの関係を説明する図である。
【図７】第１の実施の形態を適用しない場合の主ケーブル、副ケーブルのそれぞれのインピーダンス及びアンテナの入力インピーダンスの関係を説明する図である
【図８】アンテナの特性をシミュレーションするために使用したモデルを説明する図である。
【図９】図８で示したシミュレーションモデルによって求めた第１の実施の形態におけるアンテナの反射減衰量（リターン・ロス）（ｄＢ）特性を示す図である。
【図１０】図８で示したシミュレーションモデルによって求めた第１の実施の形態におけるアンテナの水平面内のビーム幅を示す図である。
【図１１】第２の実施の形態におけるダイポールアンテナの構成を説明する平面図である。
【図１２】第２の実施の形態におけるアンテナの反射減衰量（リターン・ロス）（ｄＢ）特性を示す図である。
【図１３】第３の実施の形態におけるダイポールアンテナの構成を説明する平面図である。
【図１４】第４の実施の形態におけるダイポールアンテナの構成を説明する平面図である。
【図１５】第５の実施の形態における垂直偏波を放射できるアレイアンテナの構成の一例を示す図である。
【図１６】第６の実施の形態における水平偏波を放射できるアレイアンテナの構成の一例を示す図である。
【図１７】第７の実施の形態における双方向を放射できるアレイアンテナの構成の一例を示す図である。
【図１８】第８の実施の形態の形態におけるアンテナの構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
＜基地局アンテナ１＞
図１は、第１の実施の形態が適用される移動通信用の基地局アンテナ１の全体構成の一例を示す図である。図１（ａ）は、基地局アンテナ１の斜視図であり、図１（ｂ）は、基地局アンテナ１の設置例を説明する図である。
基地局アンテナ１は、図１（ａ）に示すように、例えば鉄塔２０に保持された複数のアレイアンテナ１０−１〜１０−６を備えている。そして、図１（ｂ）に示すように、基地局アンテナ１は、セル２内に電波を到達させる。すなわち、セル２は、基地局アンテナ１が送信する電波が到達する範囲であり、基地局アンテナ１が電波を受信する範囲である。
アレイアンテナ１０−１〜１０−６は、それぞれの外側が円筒状のレドーム（後述する図２のレドーム５００参照）であって、その円筒状のレドーム５００の中心軸が地面に対して垂直に設けられている。
【００１４】
図１（ｂ）に示すように、セル２は水平面において角度で分割した複数のセクタ３−１〜３−６を備えている。セクタ３−１〜３−６のそれぞれは、基地局アンテナ１の６個のアレイアンテナ１０−１〜１０−６に対応して設けられている。つまり、アレイアンテナ１０−１〜１０−６は、それぞれの出力電波の電界が大きいメインローブ１１の方向が、対応するセクタ３−１〜３−６に向いている。
【００１５】
ここで、アレイアンテナ１０−１〜１０−６をそれぞれ区別しないときは、アレイアンテナ１０と表記する。また、セクタ３−１〜３−６をそれぞれ区別しないときは、セクタ３と表記する。
なお、図１に例として示した基地局アンテナ１は、６個のアレイアンテナ１０−１〜１０−６及びこれらに対応するセクタ３−１〜３−６を備えている。しかし、アレイアンテナ１０及びセクタ３は、６以外の予め定められた数であってよい。また、図１（ａ）では、セクタ３は、セル２を６等分に分割（中心角６０°）して構成されているが、等分でなくともよく、いずれか１つのセクタ３が他のセクタ３に比べ広く又は狭く構成されていてもよい。
【００１６】
そして、それぞれのアレイアンテナ１０は、アレイアンテナ１０が備えるダイポールアンテナ（後述する図２におけるダイポールアンテナ１１０−１〜１１０−８参照。それぞれを区別しないときはダイポールアンテナ１１０と表記する。）に送信信号及び受信信号を伝送する送受信ケーブル３１に接続されている。
送受信ケーブル３１は、基地局（不図示）内に設けられた送信信号の生成及び受信信号を受信する送受信部４（後述する図５参照）に接続されている。送受信ケーブル３１は、例えば同軸ケーブルである。
図１（ａ）では、アレイアンテナ１０−１に、送受信ケーブル３１を表記している。他のアレイアンテナ１０−２〜１０−６も、アレイアンテナ１０−１と同様に、送受信ケーブル３１を備えているが、これらの表記を省略している。
【００１７】
なお、以下では基地局アンテナ１が電波を送信するとして説明するが、アンテナの可逆性により、基地局アンテナ１は電波を受信することができる。電波を受信する場合は、例えば送信信号を受信信号として、信号の流れを逆にすればよい。
【００１８】
また、アレイアンテナ１０は、アレイアンテナ１０が備える複数のダイポールアンテナ１１０に送信信号の位相を異ならせて供給するための移相器２００（後述する図５参照）を備えている。複数のダイポールアンテナ１１０に供給される送信信号の位相をずらすことにより、アレイアンテナ１０から放射される電波（ビーム）の放射角度を水平面から地上方向に角度θ傾けて（ビーム・チルト角θとして）いる。これにより、電波がセル２外に到達しないように設定している。
【００１９】
＜アレイアンテナ１０＞
図２は、第１の実施の形態におけるアレイアンテナ１０の構成の一例を示す図である。図２では、アレイアンテナ１０を横に置いて、斜め横から見た斜視図で示している。
アレイアンテナ１０は、反射板１２０と、反射板１２０上に配列された複数（ここでは例として８個）のダイポールアンテナ１１０−１〜１１０−８、ダイポールアンテナ１１０−１〜１１０−８のそれぞれに位相をずらして送信信号を供給する移相器２００を備えている。さらに、アレイアンテナ１０は、反射板１２０、ダイポールアンテナ１１０−１〜１１０−８及び移相器２００を包むように収納するレドーム５００を備えている。図２では、レドーム５００を破線で示し、レドーム５００の内部に設けられた反射板１２０、ダイポールアンテナ１１０−１〜１１０−８が見えるようにしている。なお、図２において、移相器２００は反射板１２０のダイポールアンテナ１１０−１〜１１０−８が設けられた側と反対の側に設けられているので、破線で示している。
【００２０】
奇数番号のダイポールアンテナ１１０−１、１１０−３、１１０−５、１１０−７は、長径の方向がそれぞれ垂直方向から４５°ずれた楕円形状の一対の素子部１１１ａ、１１２ａを備えている。そして、垂直方向から４５°ずれた偏波を送受信する。なお、一例として素子部１１１ａ、１１２ａは、表面が反射板１２０の正面反射部１２０ａに平行に設けられるとともに、点Ｏに対して対称の位置に配置されている。
偶数番号のダイポールアンテナ１１０−２、１１０−４、１１０−６、１１０−８は、長径の方向がそれぞれ垂直方向から−４５°ずれた楕円形状の他の一対の素子部１１１ｂ、１１２ｂを備えている。そして、垂直方向から−４５°ずれた偏波を送受信する。素子部１１１ｂ、１１２ｂも、一例として表面が反射板１２０の正面反射部１２０ａに平行に設けられるとともに、点Ｏに対して対称の位置に配置されている。
【００２１】
そして、ダイポールアンテナ１１０−１とダイポールアンテナ１１０−２とが、ダイポールアンテナ１１０−１の素子部１１１ａ、１１２ａが対称に配置される点Ｏと、ダイポールアンテナ１１０−２の素子部１１１ｂ、１１２ｂが対称に配置される点Ｏとが共通になるように組み合わされ、対（一対）を構成している。さらに、ダイポールアンテナ１１０−３とダイポールアンテナ１１０−４とが、ダイポールアンテナ１１０−５とダイポールアンテナ１１０−６とが、ダイポールアンテナ１１０−７とダイポールアンテナ１１０−８とが同様に組み合わされ、対を構成している。
このようにすることで、アレイアンテナ１０は、±４５°の偏波を送受信できる偏波共用となっている。
なお、素子部１１１ａ、１１１ｂをそれぞれ区別しないときは素子部１１１と、素子部１１２ａ、１１２ｂをそれぞれ区別しないときは、素子部１１２と表記する。
【００２２】
これらのダイポールアンテナ１１０−１〜１１０〜８はそれぞれ独立して動作する。よって、以下では、ダイポールアンテナ１１０−１〜１１０−８の一つを取り出して、ダイポールアンテナ１１０として説明する。
なお、図２では、±４５°の偏波を送受信するとしたが、対にした２個のダイポールアンテナ１１０を点Ｏの周りに４５°回転させることにより、水平及び垂直の偏波を送受信するようにできる。
【００２３】
反射板１２０は、ダイポールアンテナ１１０が送信する電波を反射するとともに、ダイポールアンテナ１１０を保持する。図２では、それぞれが２個のダイポールアンテナ１１０で構成された４対が、反射板１２０上において間隔Ｄｐで配置され、アレイを構成している（アレイアンテナ１０）。
反射板１２０において、ダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２が対向する正面反射部１２０ａは平坦になっている。ダイポールアンテナ１１０のアレイの方向と交差する方向における反射板１２０の両端部は、ダイポールアンテナ１１０側に折り曲げられた側面反射部１２０ｂとなっている。この折り曲げられた側面反射部１２０ｂは、アレイアンテナ１０の水平面内のビーム幅を設定する。
なお、図２では、側面反射部１２０ｂは、ダイポールアンテナ１１０側に折り曲げられているが、ダイポールアンテナ１１０側とは反対側に折り曲げられていてもよい。また、図２では、側面反射部１２０ｂは、反射板１２０のそれぞれの端部に１個設けられているが、複数個設けられていてもよい。
側面反射部１２０ｂは、アレイアンテナ１０の水平面内のビーム幅を設定するので、予め定められた水平面内のビーム幅が得られるように設定すればよい。
反射板１２０は、導体、例えばアルミニウム、銅などで構成されている。
【００２４】
図２では、反射板１２０は、８個のダイポールアンテナ１１０−１〜１１０−８に共通に設けられているが、ダイポールアンテナ１１０毎又は対にした２個のダイポールアンテナ１１０毎に分かれていると考えてもよい。
【００２５】
ここでは、ダイポールアンテナ１１０とそれに対応する反射板１２０とを含めてアンテナ１３０と表記する。対にした２個のダイポールアンテナ１１０の場合も、対にした２個のダイポールアンテナ１１０とそれに対応する反射板１２０とを含めてアンテナ１３０と表記する。
【００２６】
移相器２００については、後述する。
【００２７】
レドーム５００は、円筒５０１と、円筒５０１の上側の端部を覆う上蓋５０２と、円筒５０１の下側の端部を覆う下蓋５０３とを備えている。そして、レドーム５００は、アンテナ１３０を内部に格納している。
そして、レドーム５００の下蓋５０３には、コネクタ（不図示）が設けられ、ダイポールアンテナ１１０に送信信号及び受信信号を伝送する送受信ケーブル３１が接続されている。なお、図２においては、送受信ケーブル３１とダイポールアンテナ１１０との接続の表記を省略している。
レドーム５００は、例えばＦＲＰ（ｆｉｂｅｒ  ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  ｐｌａｓｔｉｃｓ）などの絶縁性の樹脂で構成されている。
【００２８】
なお、図２に示すアレイアンテナ１０は、８個のダイポールアンテナ１１０から構成されているが、ダイポールアンテナ１１０の個数は８個に限らず、予め定められた個数とすればよい。
また、図２に示すアレイアンテナ１０は、８個のダイポールアンテナ１１０を備えた１個のアレイから構成されているが、複数のアレイを並べることで構成されてもよい。
【００２９】
さらに、図２では、アレイアンテナ１０が備えるレドーム５００は上蓋５０２と下蓋５０３とを備えた円筒５０１としたが、断面が方形の筒であってもよく、断面の方形の一辺が円弧状となっていてもよい。
【００３０】
＜アンテナ１３０の構成＞
図３は、第１の実施の形態におけるアンテナ１３０の構成を説明する図である。図３（ａ）は、平面図であって、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線での断面図である。
アンテナ１３０は、ダイポールアンテナ１１０と反射板１２０とを備えている。
【００３１】
ダイポールアンテナ１１０は、前述した素子部１１１、１１２、素子部１１１、１１２からそれぞれ延びた脚部１１３、１１４、脚部１１３、１１４が固定される台部１１５を備えている。なお、脚部１１３、１１４及び台部１１５を備えなくともよいが、第１の実施の形態では、ダイポールアンテナ１１０は、脚部１１３、１１４及び台部１１５を備えているとして説明する。
【００３２】
ダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２は、図３（ａ）に示すように、それぞれが短径Ｌ１と長径Ｌ２とを有する楕円状の縁辺で囲まれた導電性材料で構成された部材である。そして、素子部１１１と素子部１１２とは、点Ｏで対称に配置されるとともに、それぞれの長径Ｌ２が一直線に並ぶように、間隔Ｄを挟んで対向している。
そして、図３（ｂ）に示すように、素子部１１１には、点Ｏ側に円形の開口が設けられ、開口につなげて円筒状の脚部１１３が接続されている。素子部１１２についても、点Ｏ側に円形の開口が設けられ、開口につなげて円筒状の脚部１１４が接続されている。なお、素子部１１２に開口を設けなくともよく、脚部１１４が円柱状であってもよい。
ダイポールアンテナ１１０の脚部１１３、１１４は、表面形状が円形の台部１１５に接続されている。なお、台部１１５には、円筒状の脚部１１３に対向して開口が設けられている。すなわち、素子部１１１の開口から台部１１５の開口まで、円筒状の中空部になっている。
【００３３】
第１の実施の形態では、素子部１１１、１１２、脚部１１３、１１４、台部１１５は、導電性材料により一体で構成されている。なお、素子部１１１、１１２、脚部１１３、１１４、台部１１５がそれぞれ個別又は一部が一体で構成され、ネジなどにより組み立てられていてもよい。
素子部１１１、１１２、脚部１１３、１１４、台部１１５は、例えば銅、アルミニウムなどの金属又はそれらを含む合金で構成されている。
【００３４】
台部１１５は、反射板１２０の正面反射部１２０ａに不図示のネジなどにより固定されている。そして、ダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２の表面は、反射板１２０の正面反射部１２０ａと平行になるように構成されている。
なお、反射板１２０のダイポールアンテナ１１０側の表面から、素子部１１１、１１２の厚さ方向の中央までの距離が高さＨとなっている。
【００３５】
素子部１１１の開口から台部１１５の開口まで続く円筒状の中空部に、中心に導体１１６を備えた絶縁体１１７が埋め込まれている。なお、絶縁体１１７は、中空部の全体に埋め込まれていてもよく、あるいは一部分に埋め込まれていてもよい。
そして、導体１１６の素子部１１１側の導体１１６の端部は、９０°折り曲げられ素子部１１２の点Ｏに近接する端部（矢印Ａの部分）に接続されている。なお、接続は例えばハンダなどで行なわれる。
そして、導体１１６の台部１１５側の端部は、反射板１２０に設けられた開口を通って、副ケーブル３３（後述する図５の副ケーブル３３−１又は副ケーブル３３−２であって、副ケーブル３３と表記される。）の内部導体と接続されている。また、反射板１２０は、副ケーブル３３の外部導体に接続されている。
【００３６】
導体１１６は、断面が円形状の導線であってもよいが、９０°に折り曲げにくいため、金属板をＬ字に切り出して構成してもよい。導体１１６は、例えば銅、アルミニウムなどの金属又はそれらを含む合金で構成されている。
また、絶縁体１１７は、例えば高周波特性に優れたポリテトラフルオロエチレンなどで構成されている。
なお、９０°折り曲げた導体１１６が、素子部１１２に接しないように、素子部１１２の点Ｏ側の端部（矢印Ｂの部分）を、反射板１２０側に切り下げておくことが好ましい。
【００３７】
このダイポールアンテナ１１０は、例えば素子部１１１、１１２の短径Ｌ１が２１ｍｍ、長径Ｌ２が３０ｍｍ、素子部１１１、１１２の間隔Ｄが１２ｍｍである。素子部１１１、１１２の厚さ方向の中心から反射板１２０までの高さＨが３８．５ｍｍである。
この高さＨは、アレイアンテナ１０の中心周波数ｆｃを２ＧＨｚとした場合の約１／４波長に設定されている。よって、素子部１１１、１１２から見た場合、台部１１５において素子部１１１と素子部１１２とが短絡されているが、電流は流れない。
【００３８】
なお、脚部１１３、１１４は円筒状又は円柱状としたが、外側の形状は、円筒状又は円柱状でなくてもよく、角柱状、テーパ状などであってもよい。
脚部１１３、１１４の形状は、素子部１１１、１１２、脚部１１３、１１４、台部１１５をダイキャストなどの方法で一体成型する場合、成型しやすい形状であればよい。
そして、脚部１１３に、素子部１１１から台部１１５に至る円筒状の中空部が設けられていればよい。
【００３９】
また、ダイポールアンテナ１１０の２個を対にして偏波共用とする場合、台部１１５を共通にすればよい。一体として構成することにより、ダイポールアンテナ１１０を一括して生産でき、量産性に優れる。
【００４０】
ただし、図３に示したダイポールアンテナ１１０の２つを対にして組み合わせると、導体１１６が接触してしまう。
図４は、第１の実施の形態における偏波共用のために図３のダイポールアンテナ１１０と対になるダイポールアンテナ１１０の構成を説明する図である。図４（ａ）は、平面図であって、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ線での断面図である。
図４では、図３のダイポールアンテナ１１０を素子部１１１ａ、１１２ａとした場合に、素子部１１１ｂ、１１２ｂとするダイポールアンテナ１１０を示している（図２参照）。よって、同様な部分の説明を省略し、異なる部分を説明する。
図４のダイポールアンテナ１１０では、図４に示すダイポールアンテナ１１０の導体１１６が図３のダイポールアンテナ１１０の導体１１６と接触しないように、点Ｏ側の矢印Ａ’の部分及び矢印Ｂ’の部分が、図３のダイポールアンテナ１１０の場合に比べ、反射板１２０側により深く切り下げられている。このようにすることで、２個のダイポールアンテナ１１０のそれぞれの導体１１６が、空中において立体的に交差するようにし、接触することを抑制している。
なお、このダイポールアンテナ１１０において、矢印Ａ’の部分において、素子部１１２ｂと導体１１６とが接続されている。接続は例えばハンダなどで行う。
【００４１】
前述したように、図３において、ダイポールアンテナ１１０は台部１１５を備えなくてもよい。この場合には、脚部１１３、１１４を台部１１５の厚さに相当する長さ分、長くすればよい。そして、脚部１１３、１１４を反射板１２０の正面反射部１２０ａに固定すればよい。
なお、台部１１５を設けた場合、ダイポールアンテナ１１０と反射板１２０とを、台部１１５と反射板１２０とをネジなどで固定することで固定できるので、アレイアンテナ１０の組み立てが容易になる。
【００４２】
以上においては、素子部１１１、１１２の表面が、反射板１２０の正面反射部１２０ａに対して平行であるとして説明した。しかし、素子部１１１、１１２の表面は、反射板１２０の正面反射部１２０ａに対して平行でなくともよい。例えば、素子部１１１、１１２の点Ｏに近い側が遠い側より反射板１２０の正面反射部１２０ａに近づいていてもよい。また、逆に遠くなっていてもよい。
すなわち、図３に示すように、素子部１１１と素子部１１２は、点Ｏと点Ｏを反射板１２０の正面反射部１２０ａに垂直に投影した点Ｏ’とを結ぶ軸ＯＯ’に対して対称であってもよい。
さらに、軸ＯＯ’は反射板１２０の正面反射部１２０ａに垂直でなくともよく、傾いていてもよい。
【００４３】
＜アレイアンテナ１０の給電方法＞
ここで、アレイアンテナ１０における送信信号の供給方法（給電方法）を説明する。
図５は、アレイアンテナ１０におけるアンテナ１３０への給電方法の一例を説明する図である。
図５では、図２に示したアレイアンテナ１０において、奇数番号のダイポールアンテナ１１０への給電方法を示している。すなわち、図５に示すアレイアンテナ１０は、奇数番号のダイポールアンテナ１１０のみを備え、偶数番号のダイポールアンテナ１１０を備えないとする。
よって、図５においても、図２と同様に、奇数番号のダイポールアンテナ１１０は４個（ダイポールアンテナ１１０−１、１１０−３、１１０−５、１１０−７）あるとする。そして、ダイポールアンテナ１１０−１、１１０−３、１１０−５、１１０−７のそれぞれに対応するアンテナ１３０を、アンテナ１３０−１、１３０−３、１３０−５、１３０−７と表記する。
【００４４】
なお、奇数番号のダイポールアンテナ１１０とそれぞれ偶数番号のダイポールアンテナ１１０と対にした偏波共用のアンテナ１３０では、奇数番号のダイポールアンテナ１１０と同様に、偶数番号のダイポールアンテナ１１０に給電が行われる。
【００４５】
移相器２００は、奇数番号のアンテナ１３０（アンテナ１３０−１、１３０−３、１３０−５、１３０−７）からなるアレイアンテナ１０に対して、３個の入出力ポート（Ｐｏｒｔ０、１、２）を備えている。
Ｐｏｒｔ０は、送受信部４に接続されている。アレイアンテナ１０が電波を放出する場合には、送受信部４は、送信信号をＰｏｒｔ０に供給する。移相器２００は、Ｐｏｒｔ０に入力した送信信号を、Ｐｏｒｔ１、２毎に位相をずらして出力する。
【００４６】
Ｐｏｒｔ１には、第１の給電線路の一例としての主ケーブル３２の一端が接続されている。そして、主ケーブル３２の他端には、主ケーブル３２を分岐するように２個の第２の給電線路の一例としての副ケーブル３３−１、３３−２のそれぞれの一端が並列に接続されている。そして、副ケーブル３３−１の他端は、アンテナ１３０−１に接続され、副ケーブル３３−２の他端は、アンテナ１３０−３に接続されている。
例えば、主ケーブル３２及び副ケーブル３３−１、３３−２が同軸ケーブルであるとすると、主ケーブル３２の内部導体が、副ケーブル３３−１及び副ケーブル３３−２のそれぞれの内部導体に接続され、主ケーブル３２の外部導体が、副ケーブル３３−１及び副ケーブル３３−２のそれぞれの外部導体に接続されている。なお、２個の副ケーブル３３−１、３３−２をそれぞれ区別しないときは、副ケーブル３３と表記する。
よって、図３で説明したように、アンテナ１３０の導体１１６の他端部が、副ケーブル３３の内部導体に接続され、反射板１２０が副ケーブル３３の外部導体に接続されることになる。
【００４７】
Ｐｏｒｔ２についても、同様であるので説明を省略する。
【００４８】
以上説明したように、アンテナ１３０−１、１３０−３は、移相器２００のＰｏｒｔ１に接続され、同相の送信信号が供給される。同様に、アンテナ１３０−５、１３０−７は、移相器２００のＰｏｒｔ２に接続されているので、これらにも同相の送信信号が供給される。
しかし、移相器２００は、Ｐｏｒｔ０に入力した送信信号を、Ｐｏｒｔ１、２で位相をずらして出力する。例えば、位相のずれである移相量がφ（°）であれば、図２に示したアンテナ１３０を配列した間隔Ｄｐ（ここでは２個のアンテナ１３０を組にしているので２×Ｄｐ）とから、図１に示したビーム・チルト角θ（ｓｉｎθ＝（φ×λ）／（２×Ｄｐ×３６０））を算出することができる。なお、ここでλは、アンテナ１３０が放射する自由空間における電波の波長である。
【００４９】
図５では、アンテナ１３０−１とアンテナ１３０−３とを組にして、並列に同相で送信信号を供給した。同様に、アンテナ１３０−５とアンテナ１３０−７を組にして、アンテナ１３０−１とアンテナ１３０−３との組に供給される送信信号の位相とは異なる位相の送信信号を並列に同相で供給した。
アンテナ１３０毎に、位相の異なる送信信号を供給してもよい。このようにすれば、放射角度（ビーム・チルト角θ）を変更しても指向性の乱れを少なくすることができる。しかし、アレイアンテナ１０を構成するアンテナ１３０の数に対応する入出力ポートを備えた移相器２００が必要となる。
そこで、複数のアンテナ１３０を組にして、組に属するアンテナ１３０には、並列に同相の送信信号を供給している。
なお、複数のアンテナ１３０を組にして並列に送信信号を供給する場合、インピーダンス整合が必要となる。インピーダンス整合が取れていないと、アンテナ１３０の反射減衰量が大きくなってしまう。
【００５０】
図６は、第１の実施の形態が適用される場合の主ケーブル３２、副ケーブル３３のそれぞれのインピーダンス及びアンテナ１３０の入力インピーダンスの関係を説明する図である。図６では、複数のアンテナ１３０及び複数の副ケーブル３３を表記しているが、それぞれを区別せずアンテナ１３０及び副ケーブル３３と表記する。また、主ケーブル３２、副ケーブル３３のそれぞれのインピーダンス及びアンテナ１３０の入力インピーダンスを表記している。
ここでは、図５で示した移相器２００からの主ケーブル３２のインピーダンスがＺ（第１のインピーダンスの一例）であるとする。そして、送受信部４から移相器２００の主ケーブル３２までの間は、インピーダンス整合が取れているとする。
【００５１】
図６（ａ）は、図５と同様に、２個のアンテナ１３０を組にして、並列に同相の送信信号を供給する場合である。アンテナ１３０の入力インピーダンスは２×Ｚに設定されている。主ケーブル３２のインピーダンスはＺであるので、それを２分岐すると、副ケーブル３３のインピーダンスは２×Ｚとなる。
アンテナ１３０の入力インピーダンスも２×Ｚであるので、インピーダンスが整合している。
すなわち、図５で示したように、主ケーブル３２を２個の副ケーブル３３に分岐し、それぞれの副ケーブル３３をアンテナ１３０に直接接続すれば、インピーダンス整合が取れる。
【００５２】
図６（ｂ）は、図５と異なって、３個のアンテナ１３０を組にして、並列に同相の送信信号を供給する場合である。アンテナ１３０の入力インピーダンスは３×Ｚに設定されている。主ケーブル３２のインピーダンスはＺであるので、それを３分岐すると、副ケーブル３３のインピーダンスは３×Ｚとなる。
アンテナ１３０の入力インピーダンスも３×Ｚであるので、インピーダンスが整合している。
すなわち、主ケーブル３２を３個の副ケーブル３３に分岐し、それぞれの副ケーブル３３をアンテナ１３０に接続すれば、インピーダンス整合が取れる。
【００５３】
図６（ｃ）は、図５と異なって、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のアンテナ１３０を組にして、並列に同相の送信信号を供給する場合である。アンテナ１３０の入力インピーダンスはＮ×Ｚ（第２のインピーダンスの一例）に設定されている。主ケーブル３２のインピーダンスはＺであるので、それをＮ分岐すると、副ケーブル３３のインピーダンスはＮ×Ｚとなる。
アンテナ１３０の入力インピーダンスもＮ×Ｚであるので、インピーダンスが整合している。
すなわち、主ケーブル３２をＮ個の副ケーブル３３に分岐し、それぞれの副ケーブル３３をアンテナ１３０に接続すれば、インピーダンス整合が取れる。
【００５４】
なお、上記では、主ケーブル３２のインピーダンスであるＺに対して、アンテナ１３０のインピーダンスを２×Ｚ、３×Ｚ、Ｎ×Ｚとしたが、アンテナ１３０のインピーダンスは、これらに基づいて設定された前後にずれた値であってもよい。
【００５５】
図７は、第１の実施の形態が適用されない場合の主ケーブル３２、副ケーブル３３のそれぞれのインピーダンス及びアンテナ１３０の入力インピーダンスの関係を説明する図である。この場合でも、２個のアンテナ１３０を組にして、並列に同相の送信信号を供給する。このとき、アンテナ１３０の入力インピーダンスはＺであるとする。主ケーブル３２を２分岐すると、前述したように副ケーブル３３のインピーダンスは２×Ｚとする必要がある。このため、インピーダンスが２×Ｚの副ケーブル３３をインピーダンスがＺのアンテナ１３０に接続すると、インピーダンス整合が取れない。よって、主ケーブル３２とアンテナ１３０との間に、マイクロストリップラインなどで構成されたＱ変成器３００などを設けて、副ケーブル３３のインピーダンスをＺとする必要がある。
【００５６】
マイクロストリップラインなどで構成されたＱ変成器３００は、アンテナ１３０が放射する電波の中心周波数ｆｃの波長λｃに対して共振するように構成されている。よって、Ｑ変成器３００は、周波数依存性を有し、広帯域な周波数に対応することは難しい。また、Ｑ変成器３００を多段構成にして対応できる周波数の範囲を広げることが行われるが、この場合であっても、Ｑ変成器３００は、周波数に依存した特性を有する。
したがって、例えアンテナ１３０が広帯域の周波数特性を有していても、Ｑ変成器３００の周波数特性により、使用できる周波数範囲が制限されることになる。
【００５７】
これに対し、第１の実施の形態では、アンテナ１３０の入力インピーダンスを副ケーブル３３のインピーダンスに合わせて設定しているので、副ケーブル３３とアンテナ１３０とを直接に接続することができる。このため、広帯域なアンテナ１３０の周波数範囲において電波の送受信ができる。
【００５８】
なお、上記の説明では、主ケーブル３２、副ケーブル３３を同軸ケーブルとして説明したが、マイクロストリップラインなど他の方法で構成してもよい。
【００５９】
＜アンテナ１３０の特性＞
図８は、アンテナ１３０の特性をシミュレーションするために用いたモデルを説明する図である。６個のダイポールアンテナ１１０−１〜１１０−６を用い、奇数番号と偶数番号とをそれぞれ対にして偏波共用となっている。なお、奇数番号のダイポールアンテナ１１０と偶数番号のダイポールアンテナ１１０とが組み合わされてアンテナ１３０が構成されている。ここでは、ダイポールアンテナ１１０−１とダイポールアンテナ１１０−２とで偏波共用のアンテナ１３０−１を構成し、ダイポールアンテナ１１０−３とダイポールアンテナ１１０−４とで偏波共用のアンテナ１３０−２を構成し、ダイポールアンテナ１１０−５とダイポールアンテナ１１０−６とで偏波共用のアンテナ１３０−３を構成している。
そして、偏波共用のアンテナ１３０−２のダイポールアンテナ１１０−３に電波を送信するための送信信号を供給した。他のアンテナ１３０−１、１３０−３及びアンテナ１３０−２のダイポールアンテナ１１０−４には送信信号を供給しないで、ダミーとした。
【００６０】
図９は、図８で示したシミュレーションモデルによって求めた第１の実施の形態におけるアンテナ１３０の反射減衰量（リターン・ロス）（ｄＢ）特性を示す図である。アンテナ１３０のダイポールアンテナ１１０は、素子部１１１、１１２の短径Ｌ１が２１ｍｍ、長径Ｌ２が３０ｍｍ、素子部１１１、１１２の間隔Ｄが１２ｍｍである。素子部１１１、１１２の厚さ方向の中心から反射板１２０までの高さＨが３８．５ｍｍである。
反射減衰量−１０ｄＢ以下（ＶＳＷＲ≦２）となる周波数範囲は、下限周波数ｆＬが１．６ＧＨｚ、上限周波数ｆＨが３ＧＨｚである。比帯域幅は６１％である。
【００６１】
素子部１１１、１１２が棒状であるダイポールアンテナを用いたアンテナでは、比帯域幅は約２５％である。このダイポールアンテナに無給電素子を付加して広帯域化しても、比帯域幅は約４０％である。
よって、第１の実施の形態のアンテナ１３０は、無給電素子を付加した棒状の素子部１１１、１１２を有するダイポールアンテナ１１０を用いたアンテナに比べ、さらに広帯域になっている。
また、第１の実施の形態のアンテナ１３０は、無給電素子を付加した複雑な構成のダイポールアンテナ１１０を用いたアンテナに比べ、構成要素が少なく、製作が容易である。
【００６２】
図１０は、図８で示したシミュレーションモデルによって求めた第１の実施の形態におけるアンテナ１３０の水平面内のビーム幅を示す図ある。ここでは、周波数ｆが２ＧＨｚの場合を示している。このアンテナ１３０における水平面内のビーム幅としては、６５°が得られている。
前述したように、水平面内のビーム幅は、側面反射部１２０ｂにより設定することができる。よって、反射板１２０の横幅、側面反射部１２０ｂの形状、数などを調整することにより、アンテナ１３０の水平面内のビーム幅を調整することができる。
【００６３】
表１は、図３に示す素子部１１１、１１２の短径Ｌ１を変化させた場合におけるアンテナ１３０の入力インピーダンス（Ω）をシミュレーションによって求めた結果を示す。
このシミュレーションでは、アンテナ１３０への給電線路となる副ケーブル３３のインピーダンスを変化させるとともに、図３に示した脚部１１３の中空部に設けられた導体１１６と絶縁体１１７とからなる部分のインピーダンスも合わせて変化させ、反射減衰量−１０ｄＢ以下の比帯域幅がもっとも広くなるインピーダンスを、アンテナ１３０の入力インピーダンスとした。すなわち、給電線路となる副ケーブル３３からダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２に至る経路においてインピーダンスがマッチングするように設定している。
ここでは、長径Ｌ２は３０ｍｍ、素子部１１１、１１２の間隔Ｄが１２ｍｍ、素子部１１１、１１２の厚さ方向の中心から反射板１２０までの高さＨは３８．５ｍｍである。
【００６４】
【表１】
2014143591.tif 000003
【００６５】
表１に示すように、アンテナ１３０の入力インピーダンスは、ダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２の短径Ｌ１が大きいほど小さくなり、例えば短径Ｌ１が２１ｍｍでは１００Ωとなる。逆に、短径Ｌ１が小さいほど大きくなり、例えば短径Ｌ１が１５ｍｍでは１７５Ωとなる。
すなわち、第１の実施の形態では、ダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２の短径Ｌ１により、アンテナ１３０の入力インピーダンスを設定できる。
なお、表１に示した結果は一例であって、ダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２の短径Ｌ１をさらに変化させることで、アンテナ１３０の入力インピーダンスをさらに変えることができる。
【００６６】
よって、図６（ａ）に示した主ケーブル３２を２個の副ケーブル３３に分け２個のアンテナ１３０に接続する場合、主ケーブル３２のインピーダンスであるＺが５０Ωであると、副ケーブル３３のインピーダンスは２×Ｚの１００Ωとなる。よって、入力インピーダンスが１００Ωとなるように、ダイポールアンテナ１１０の短径Ｌ１を２１ｍｍとしたアンテナ１３０を用いればよい。
また、図６（ｂ）に示した主ケーブル３２を３個の副ケーブル３３に分け３個のアンテナ１３０に接続する場合、主ケーブル３２のインピーダンスであるＺが５０Ωであると、副ケーブル３３のインピーダンスは３×Ｚの１５０Ωとなる。よって、入力インピーダンスが１５０Ωとなるように、ダイポールアンテナ１１０の短径Ｌ１を１８ｍｍとしたアンテナ１３０を用いればよい。
【００６７】
素子部１１１、１１２が棒状であるダイポールアンテナを用いたアンテナでは、棒の幅を変えても第１の実施の形態のアンテナ１３０のように入力インピーダンスを変化させることができない。
【００６８】
表２は、図３に示す素子部１１１、１１２の厚さ方向の中心から反射板１２０までの高さＨを変化させた場合におけるアンテナ１３０の入力インピーダンス（Ω）をシミュレーションによって求めた結果を示す。
このシミュレーションでも、アンテナ１３０への給電線路となる送受信ケーブル３１のインピーダンスを変化させるとともに、図３に示す脚部１１３の中空部に設けられた導体１１６と絶縁体１１７とからなる部分のインピーダンスを合わせて変化させ、反射減衰量−１０ｄＢ以下の比帯域幅がもっとも広くなるインピーダンスを、アンテナ１３０の入力インピーダンスとした。すなわち、給電線路からダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２に至る経路においてインピーダンスがマッチングするように設定している。
ここでは、短径Ｌ１は２１ｍｍ、長径Ｌ２は３０ｍｍ、素子部１１１、１１２の間隔Ｄが１２ｍｍである。
【００６９】
【表２】
2014143591.tif 000004
【００７０】
表２に示すように、アンテナ１３０の入力インピーダンスは、ダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２の厚さ方向の中心から反射板１２０までの高さＨが小さいほど大きくなり、例えば高さＨが３２．５ｍｍでは１５０Ωとなる。逆に、高さＨが小さいほど大きくなり、例えば高さＨが４２．５ｍｍでは７５Ωとなる。
すなわち、第１の実施の形態では、ダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２の厚さ方向の中心から反射板１２０までの高さＨを変化させても、アンテナ１３０の入力インピーダンスを設定できる。
なお、表２に示した結果は一例であって、ダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２の厚さ方向の中心から反射板１２０までの高さＨをさらに変化させることで、アンテナ１３０の入力インピーダンスをさらに変えることができる。
【００７１】
よって、図６（ａ）に示した主ケーブル３２を２個の副ケーブル３３に分け２個のアンテナ１３０に接続する場合、主ケーブル３２のインピーダンスであるＺが５０Ωであると、副ケーブル３３のインピーダンスは２×Ｚの１００Ωとなる。よって、入力インピーダンスが１００Ωとなるように、ダイポールアンテナ１１０の高さＨを３７．５ｍｍとしたアンテナ１３０を用いればよい。
また、図６（ｂ）に示した主ケーブル３２を３個の副ケーブル３３に分け３個のアンテナ１３０に接続する場合、主ケーブル３２のインピーダンスであるＺが５０Ωであると、副ケーブル３３のインピーダンスは３×Ｚの１５０Ωとなる。よって、入力インピーダンスが１５０Ωとなるように、ダイポールアンテナ１１０の高さＨを３２．５ｍｍとしたアンテナ１３０を用いればよい。
【００７２】
以上説明したように、第１の実施の形態が適用されるアンテナ１３０では、アンテナ１３０におけるダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２の短径Ｌ１や素子部１１１、１１２の厚さ方向の中心から反射板１２０までの高さＨなど、ダイポールアンテナ１１０の形状を設定するパラメータを変更することにより、アンテナ１３０の入力インピーダンスを設定することができる。
よって、主ケーブル３２のインピーダンスがＺであるとき、主ケーブル３２をＮ個の副ケーブル３３に分ける場合には、アンテナ１３０の入力インピーダンスがＮ×Ｚになるように、アンテナ１３０の形状を設定すればよい。
【００７３】
また、図９に示したように、第１の実施の形態のアンテナ１３０は、２つの共振周波数を示している。低周波数側の共振周波数は１．８ＧＨｚ付近にあって、高周波数側の共振周波数は２．６ＧＨｚ付近にある。
そして、素子部１１１、１１２の形状を変えたデータから、低周波数側の共振周波数は、ダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２の外縁の長さに依存し、高周波数側の共振周波数はダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２の短径Ｌ１に依存する傾向にあることが分かった。
よって、素子部１１１、１１２の外縁の長さ（周長）及び短径Ｌ１を変化させることで、予め定められた反射減衰量以下となる周波数範囲を設定することができる。
さらに、素子部１１１、１１２の外縁の長さ（周長）及び短径Ｌ１を同じとすれば、楕円形状でなくとも、反射減衰量以下となる周波数範囲を同様に設定したダイポールアンテナ１１０を用いたアンテナ１３０とすることができる。
【００７４】
［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、アンテナ１３０におけるダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２の形状が楕円形であった。第２の実施の形態では、アンテナ１３０におけるダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２の形状を半楕円形に５角形を接続した形状とした。
他の構成は第１の実施の形態と同様であるので、同様の部分の説明を省略して、異なる部分であるダイポールアンテナ１１０の構成を説明する。
【００７５】
＜ダイポールアンテナ１１０の構成＞
図１１は、第２の実施の形態におけるダイポールアンテナ１１０の構成を説明する平面図である。
図１１のダイポールアンテナ１１０では、素子部１１１及び素子部１１２の外縁が、点Ｏに近い部分（境界を破線で示す）では楕円形状であって、点Ｏから離れた部分では一頂点が点Ｏから離れる方向に飛び出した五角形状となっている。
ダイポールアンテナ１１０がこのような形状になっていても、アンテナ１３０は広帯域な周波数特性を有するとともに、ダイポールアンテナ１１０の形状を設定するパラメータを変更することにより、アンテナ１３０の入力インピーダンスを設定することができる。
【００７６】
図１２は、第２の実施の形態におけるアンテナ１３０の反射減衰量（リターン・ロス）（ｄＢ）特性を示す図である。この特性は、図１１に示すダイポールアンテナ１１０を用いて構成したアンテナ１３０について、第１の実施の形態の図８で示したシミュレーションモデルによって求めた。
反射減衰量−１０ｄＢ以下（ＶＳＷＲ≦２）となる周波数範囲は、下限周波数ｆＬが１．６ＧＨｚ、上限周波数ｆＨ（図示せず）が３ＧＨｚ以上である。図１０で示した第１の実施の形態におけるアンテナ１３０よりも広帯域になっている。
【００７７】
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態では、第２の実施の形態と同様に、第１の実施の形態のアンテナ１３０におけるダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２の形状を変化させた。
他の構成は第１の実施の形態と同様であるので、同様の部分の説明を省略して、異なる部分であるダイポールアンテナ１１０の構成を説明する。
【００７８】
＜ダイポールアンテナ１１０の構成＞
図１３は、第３の実施の形態におけるダイポールアンテナ１１０の構成を説明する平面図である。
図１３のダイポールアンテナ１１０では、素子部１１１及び素子部１１２の外縁が、点Ｏに近い部分（境界を破線で示す）では楕円形状であって、点Ｏから離れた部分では一頂点が点Ｏから離れる方向に飛び出した三角形状となっている。
ダイポールアンテナ１１０がこのような形状になっていても、アンテナ１３０は広帯域な周波数特性を有するとともに、ダイポールアンテナ１１０の形状を設定するパラメータを変更することにより、アンテナ１３０の入力インピーダンスを設定することができる。
【００７９】
［第４の実施の形態］
第４の実施の形態では、第２の実施の形態、第３の実施の形態と同様に、第１の実施の形態のアンテナ１３０におけるダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２の形状を変化させた。
他の構成は第１の実施の形態と同様であるので、同様の部分の説明を省略して、異なる部分であるダイポールアンテナ１１０の構成を説明する。
【００８０】
＜ダイポールアンテナ１１０の構成＞
図１４は、第４の実施の形態におけるダイポールアンテナ１１０の構成を説明する平面図である。
図１４のダイポールアンテナ１１０では、素子部１１１及び素子部１１２の外縁が、点Ｏに近い部分（境界を破線で示す）では楕円形状であって、点Ｏから離れた部分では点Ｏから離れる方向に飛び出した四角形状となっている。
ダイポールアンテナ１１０がこのような形状になっていても、アンテナ１３０は広帯域な周波数特性を有するとともに、ダイポールアンテナ１１０の形状を設定するパラメータを変更することにより、アンテナ１３０の入力インピーダンスを設定することができる。
【００８１】
第１の実施の形態から第４の実施の形態において説明したように、ダイポールアンテナ１１０の素子部１１１及び素子部１１２が導電性材料で構成され、その外縁が楕円などの曲線を含む形状とすることにより、予め定められた反射減衰量以下となる周波数範囲が広いアンテナ１３０が得られる。
そして、前述したダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２の短径Ｌ１又は素子部１１１、１１２の厚さ方向の中心から反射板１２０までの高さＨや、素子部１１１、１１２の長径Ｌ２、素子部１１１、１１２の間隔Ｄなど、ダイポールアンテナ１１０の形状を設定するパラメータにより、アンテナ１３０の入力インピーダンスを設定することができる。
【００８２】
また、ダイポールアンテナ１１０の素子部１１１と素子部１１２とを対称に配置する点Ｏに近い部分を、点Ｏに向けて凸状となった楕円形状などの曲線とすることで、このダイポールアンテナ１１０の送受信する電波の偏波と直交する偏波を送受信する対になるダイポールアンテナ１１０とを点Ｏを共通にして対にして偏波共用とする場合に、対にした２つのダイポールアンテナ１１０が互いに重なり合うことなく、容易に組み合わせることができる。
【００８３】
さらに、ダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２の外縁の長さ（周長）及び短径Ｌ１を変化させることで、予め定められた反射減衰量以下となる周波数範囲を設定することができる。よって、周波数範囲を設定しつつ、素子部１１１、１１２の縁辺形状を選択することができる。これにより、２つのダイポールアンテナ１１０を対にして偏波共用とする場合に、相互に重ならない形状に設定することが容易になる。
【００８４】
なお、第１の実施の形態から第４の実施の形態では、ダイポールアンテナ１１０における素子部１１１、１１２、脚部１１３、１１４、台部１１５は、金属などの導電性材料により一体又は個別に構成されているとした。しかし、素子部１１１、１１２を絶縁性の基板に貼り付けた金属箔などで構成してもよい。この場合、脚部１１３、１１４を金属の棒などで構成し、金属箔などで構成された素子部１１１、１１２と反射板１２０の正面反射部１２０ａとを接続すればよい。そして、同軸ケーブルなどにより、素子部１１２に電波を送信するための信号を供給（給電）すればよい。
【００８５】
［第５の実施の形態］
第１の実施の形態から第４の実施の形態におけるアレイアンテナ１０は、偏波共用のアンテナ１３０を一方向に並べて構成されていた。
第５の実施の形態におけるアレイアンテナ１０は、振動する電界の方向が一致するように複数のアンテナ１３０を一列に並べて構成されている。このアレイアンテナ１０は、垂直偏波を３６０°の方向に放射する無指向性（オムニ）アンテナである。
図１５は、第５の実施の形態における垂直偏波を放射できるアレイアンテナ１０の構成の一例を示す図である。図１５では、４個のアンテナ１３０−１、１３０−２、１３０−３、１３０−４が直線上（垂直方向）に配列されている。なお、４個のアンテナ１３０−１、１３０−２、１３０−３、１３０−４のそれぞれは、第１の実施の形態における図３に示したアンテナ１３０において、ダイポールアンテナ１１０が素子部１１１、１１２を備えるが、脚部１１３、１１４、台部１１５を備えない構成である。また、反射板１２０を備えない。そして、導体１１６がダイポールアンテナ１１０の素子部１１１の開口を経由して素子部１１２に接続されている。そして、垂直方向に放射する電界が振動するように、同じ向きに給電されている。
このようにすることで、垂直方向に電界が振動する垂直偏波を放射（送信）するアレイアンテナ１０とできる。なお、このアレイアンテナ１０は、アンテナの可逆性から垂直方向に電界が振動する垂直偏波を受信することができる。
【００８６】
図１５に示す第５の実施の形態におけるアレイアンテナ１０において、アンテナ１３０−１とアンテナ１３０−２とを組にして給電することができる。すなわち、給電線路である主ケーブル３２と副ケーブル３３とを、図６（ａ）に示すように接続すればよい。なお、アンテナ１３０−３とアンテナ１３０−４との組についても同様にすればよい。
また、アンテナ１３０−１〜１３０−４を組にして、図６（ｃ）に示すように接続してもよい。この場合はＮ＝４である。
ここでは、アレイアンテナ１０を４個のアンテナ１３０により構成したが、アンテナ１３０の数は４個に限らず、２個〜３個でもよく、４個を超えてもよい。そして、これらの場合には、複数のアンテナ１３０を複数の組に分けて、組毎に主ケーブル３２を設け、それから分岐する副ケーブル３３を設けて給電すればよい。なお、複数の組に分けることなく、全体を１個の組としてもよい。
【００８７】
さらに、複数の組に分けた場合、組毎に位相の異なる送信信号を供給することにより、電波の放射角度（ビーム・チルト角θ）を水平面から地上方向などに傾けることができる。
【００８８】
アンテナ１３０の入力インピーダンスは、第１の実施の形態において説明したように、ダイポールアンテナ１１０の形状を設定するパラメータを変更することにより設定することができる。よって、第１の実施の形態と同様に、アンテナ１３０の入力インピーダンスを副ケーブル３３のインピーダンスに合わせて設定し、主ケーブル３２とそれから分岐する複数の副ケーブル３３とを直接接続することで、インピーダンスのマッチングがとれる。このため、広帯域なアンテナ１３０の周波数範囲において電波の送受信ができる。
【００８９】
なお、ここでのアレイアンテナ１０は、アンテナ１３０を垂直方向に並べたが、水平方向又は垂直方向から傾けた方向に並べてもよい。この場合、水平方向又は傾けた方向に振動する偏波が放射される。
【００９０】
［第６の実施の形態］
第５の実施の形態おけるアレイアンテナ１０は、垂直偏波を放射する無指向性（オムニ）アンテナであった。
第６の実施の形態におけるアレイアンテナ１０は、３６０°の方向に水平偏波を放射する無指向性（オムニ）アンテナである。
図１６は、第６の実施の形態における水平偏波を放射できるアレイアンテナ１０の構成の一例を示す図である。図１６（ａ）はアレイアンテナ１０の平面図、図１６（ｂ）は図１６（ａ）のＸＶＩＢ−ＸＶＩＢ線でのアレイアンテナ１０の断面図である。なお、図１６（ａ）の平面図は、図１６（ｂ）のＸＶＩＡ−ＸＶＩＡ線でのアレイアンテナ１０の平面図である。
図１６（ｂ）に示すように、第６の実施の形態のアレイアンテナ１０は、例えば垂直方向に重ねた３層（層Ｐ１〜Ｐ３）から構成さている。各層Ｐ１〜Ｐ３を区別しないときは層Ｐと表記する。それぞれの層Ｐが図１６（ａ）に示すように、水平面内において３個のアンテナ１３０（アンテナ１３０−１、１３０−２、１３０−３）から構成されている。なお、３個のアンテナ１３０−１、１３０−２、１３０−３のそれぞれは、第１の実施の形態における図３に示したアンテナ１３０において、ダイポールアンテナ１１０が素子部１１１、１１２を備えるが、脚部１１３、１１４、台部１１５を備えない構成である。また、反射板１２０を備えない。そして、導体１１６が素子部１１１の開口を経由して素子部１１２に接続されている。
そして、アンテナ１３０−１、１３０−２、１３０−３は、ダイポールアンテナ１１０の素子部１１１と素子部１１２とを結ぶ線が、互いに６０°で交差するように、三角形の辺上に配置されている。
そして、図１６（ｂ）に示すように、これらのアンテナ１３０−１、１３０−２、１３０−３を複数、層状に重ねている。
このようにすることで、水平面内に電界が振動する水平偏波を送受信するアレイアンテナ１０とすることができる。なお、このアレイアンテナ１０は、アンテナの可逆性から水平方向に電界が振動する垂直偏波を受信することができる。
【００９１】
なお、ここでのアレイアンテナ１０は、各層Ｐのアンテナ１３０が水平面内に並べられているが、水平面から傾けた面に並べてもよい。この場合、傾けた面の方向に振動する偏波が放射される。
【００９２】
図１６に示す第６の実施の形態におけるアレイアンテナ１０において、層Ｐ１を構成するアンテナ１３０−１、１３０−２、１３０−３を組にして給電することができる。すなわち、給電線路である主ケーブル３２と副ケーブル３３とを、図６（ｂ）に示すように接続すればよい。なお、他の層Ｐ２、Ｐ３のアンテナ１３０の組についても同様にすればよい。
また、各層Ｐ１〜Ｐ３のアンテナ１３０−１を組にして、図６（ｂ）に示すように接続してもよい。他のアンテナ１３０−２、１３０−３の組についても同様にすればよい。
さらに、各層Ｐ１〜Ｐ３のアンテナ１３０−１、１３０−２、１３０−３を全て組にして、図６（ｃ）に示すように接続してもよい。この場合、Ｎ＝９である。
また、他の組み合わせによって組を構成してもよい。
【００９３】
ここでは、各層Ｐ１〜Ｐ３のアレイアンテナ１０を３個のアンテナ１３０により構成したが、アンテナ１３０の数は３個に限らず、２個でもよく、３個を超えてもよい。ただし、２個の場合には、図２に示すように２個のアンテナ１３０を９０°回転させた位置に配置するとともに、互いに９０°の位相差をつけて給電する必要がある。
これらの場合、複数のアンテナ１３０を複数の組に分けて、組毎に主ケーブル３２を設け、それから分岐する副ケーブル３３を設けて給電すればよい。なお、複数の組に分けることなく、全体を１個の組としてもよい。
【００９４】
さらに、複数の組に分けた場合、組毎に位相の異なる送信信号を供給することにより、電波の放射角度（ビーム・チルト角θ）を水平面から地上方向に傾けることができる。
【００９５】
アンテナ１３０の入力インピーダンスは、第１の実施の形態において説明したようにダイポールアンテナ１１０の形状を設定するパラメータを変更することにより設定することができる。よって、第１の実施の形態と同様に、アンテナ１３０の入力インピーダンスを副ケーブル３３のインピーダンスに合わせて設定し、主ケーブル３２とそれから分岐する複数の副ケーブル３３とを直接接続することで、インピーダンスのマッチングがとれる。このため、広帯域なアンテナ１３０の周波数範囲において電波の送受信ができる。
【００９６】
さらに、第５の実施の形態におけるアレイアンテナ１０と第６の実施の形態におけるアレイアンテナ１０とを組み合わせることにより、偏波共用の無指向性（オムニ）アンテナとすることができる。
第５の実施の形態におけるアレイアンテナ１０と第６の実施の形態におけるアレイアンテナ１０との組合せは、例えば第５の実施の形態におけるアレイアンテナ１０のアンテナ１３０の間に、第６の実施の形態におけるアレイアンテナ１０のアンテナ１３０をそれぞれ挿入することで行うことができる。
【００９７】
［第７の実施の形態］
第５の実施の形態におけるアレイアンテナ１０は、垂直偏波を送受信する無指向性（オムニ）アンテナであり、第６の実施の形態におけるアレイアンテナ１０は、水平偏波を送受信する無指向性（オムニ）アンテナであった。
第７の実施の形態におけるアレイアンテナ１０は、水平方向において双方向に電波を送受信するアレイアンテナ１０である。
【００９８】
図１７は、第７の実施の形態における双方向を放射できるアレイアンテナ１０の構成の一例を示す図である。
図１７に示すように、第７の実施の形態のアレイアンテナ１０は、例えば４個のアンテナ１３０から構成されている。このうち、２個のアンテナ１３０−１、１３０−２を水平方向に並べている。同様に、２個のアンテナ１３０−３、１３０−４を水平方向に並べている。そして、２個のアンテナ１３０−１、１３０−２と２個のアンテナ１３０−３、１３０−４とを垂直方向に並べている。
４個のアンテナ１３０−１、１３０−２、１３０−３、１３０−４のそれぞれは、第１の実施の形態における図３に示したアンテナ１３０において、素子部１１１、１１２を備え、脚部１１３、１１４、台部１１５及び反射板１２０を含まない。そして、導体１１６が素子部１１１の開口を経由して素子部１１２に接続されている。
【００９９】
そして、アンテナ１３０は、素子部１１１と素子部１１２とを結ぶ直線が垂直方向になるように配置されている。しかし、２個のアンテナ１３０−１とアンテナ１３０−２とでは、素子部１１１と素子部１１２との位置を逆にし、給電方向を逆にしている。２個のアンテナ１３０−３とアンテナ１３０−４とも同様である。なお、垂直方向に並べられたアンテナ１３０−１とアンテナ１３０−３とは、素子部１１１と素子部１１２との位置の関係が同じである。アンテナ１３０−２及びアンテナ１３０−４についても同様である。
【０１００】
図１７に示す第７の実施の形態におけるアレイアンテナ１０において、アンテナ１３０−１、１３０−２、１３０−３、１３０−４を組にして給電する。すなわち、給電線路である主ケーブル３２と副ケーブル３３とを、図６（ｃ）に示すように接続すればよい。なお、Ｎ＝４である。
【０１０１】
水平方向に並べた２個のアンテナ１３０（例えばアンテナ１３０−１とアンテナ１３０−２）は、素子部１１１と素子部１１２との位置を逆にし、給電方向を逆にしている。よって、水平方向の＋側（図１７の紙面において右方向）と水平方向の−側（左方向）とに電波を放射するアレイアンテナ１０とできる。なお、このアレイアンテナ１０は、アンテナの可逆性から水平方向の＋側及び−側からの電波を受信することができる。
【０１０２】
ここでは、２個のアンテナ１３０を２段重ねたが、重ねる段数は２段を超えてもよいし、１段だけでも良い。２段を超える場合には、複数のアンテナ１３０を複数の組に分けて、組毎に主ケーブル３２を設け、それから分岐する副ケーブル３３を設けて給電すればよい。なお、複数の組に分けることなく、全体を１個の組としてもよい。
【０１０３】
さらに、複数の組に分けた場合、組毎に位相の異なる送信信号を供給することにより、電波の放射角度（ビーム・チルト角θ）を水平面から地上方向に傾けることができる。
【０１０４】
アンテナ１３０の入力インピーダンスは、第１の実施の形態において説明したようにダイポールアンテナ１１０の形状を設定するパラメータを変更することにより設定することができる。よって、第１の実施の形態と同様に、アンテナ１３０の入力インピーダンスを副ケーブル３３のインピーダンスに合わせて設定し、主ケーブル３２とそれから分岐する複数の副ケーブル３３とを直接接続することで、インピーダンスのマッチングがとれる。このため、広帯域なアンテナ１３０の周波数範囲において電波の送受信ができる。
【０１０５】
［第８の実施の形態］
第１の実施の形態から第７の実施の形態におけるアレイアンテナ１０は、ダイポールアンテナ１１０を備えていた。第８の実施の形態におけるアレイアンテナ１０は、ダイポールアンテナ１１０を備えたアンテナ１３０の代わりにパッチアンテナであるアンテナ１４０を備えている。
【０１０６】
図１８は、第８の実施の形態の形態におけるアンテナ１４０の構成を説明する図である。図１８（ａ）〜（ｃ）は、パッチアンテナであるアンテナ１４０への給電の仕方が異なっている。
図１８（ａ）〜（ｃ）に示すいずれのアンテナ１４０も、第１の導体の一例としての地板部１４１、第２の導体の一例としてのパッチ部１４２、地板部１４１とパッチ部１４２とに挟まれた誘電体層１４３とを備えている。なお、地板部１４１、パッチ部１４２は、共に平面形状が矩形であって、例えば銅、アルミニウムなどの電気伝導度の大きい金属で構成されている。誘電体層１４３は、例えばポリイミド、テトラフルオロエチレンなどで構成されている。なお、誘電体層１４３の代わりに空気層としてもよい。
【０１０７】
図１８（ａ）に示すアンテナ１４０では、パッチ部１４２の中央から少しずれた点に給電の位置である給電点１４４が設けられている。そして、誘電体層１４３及び地板部１４１を貫通して、給電線路１４５が設けられている。この場合の給電線路１４５は、例えば銅などの金属の棒で構成されている。
【０１０８】
図１８（ｂ）に示すアンテナ１４０では、図１８（ａ）の場合のパッチ部１４２が、一辺の周辺部から中央部に向けて矩形に除去されている。そして、その除去された部分に給電点１４４が設けられ、その給電点から給電線路１４５が設けられている。給電線路１４５は、誘電体層１４３上に設けられ、地板部１４１とでマイクロストリップラインを構成している。なお、誘電体層１４３の代わりに空気層としてもよい。
【０１０９】
図１８（ｃ）に示すアンテナ１４０では、図１８（ａ）の場合のパッチ部１４２の一辺の中央部に給電点１４４が設けられ、その給電点から給電線路１４５が設けられている。給電線路１４５は、誘電体層１４３上に設けられ、地板部１４１とでマイクロストリップラインを構成している。なお、誘電体層１４３の代わりに空気層としてもよい。
【０１１０】
図１８（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示すアンテナ１４０は、パッチ部１４２に対する給電の位置が異なるため、入力インピーダンスが異なる。図１８（ａ）〜（ｃ）では、図１８（ａ）に示すアンテナ１４０の入力インピーダンスが最も小さく、図１８（ｃ）に示すアンテナ１４０の入力インピーダンスが最も大きい。
【０１１１】
上記したように、ダイポールアンテナ１１０を備えるアンテナ１３０の代わりに、パッチアンテナであるアンテナ１４０を用いても、パッチ部１４２における給電点１４４の位置など、アンテナ１４０の形状を変更することにより、入力インピーダンスを設定することができる。
【０１１２】
よって、第１の実施の形態におけるアンテナ１３０に代えて、第８の実施の形態におけるアンテナ１４０を適用してもよい。
【符号の説明】
【０１１３】
１…基地局アンテナ、２…セル、３、３−１〜３−６…セクタ、４…送受信部、１０、１０−１〜１０−８…アレイアンテナ、１１…メインローブ、２０…鉄塔、３１…送受信ケーブル、３２…主ケーブル、３３…副ケーブル、１１０、１１０−１〜１１０−８…ダイポールアンテナ、１１１、１１１ａ、１１１ｂ、１１２、１１２ａ、１１２ｂ…素子部、１１３、１１４…脚部、１１５…台部、１２０…反射板、１２０ａ…正面反射部、１２０ｂ…側面反射部、１３０、１３０−１〜１３０−８、１４０…アンテナ、１４１…地板部、１４２…パッチ部、２００…移相器、３００…Ｑ変成器、５００…レドーム
【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１２】
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【図１３】
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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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