(57)【要約】【課題】  簡素な構成で、かつ、小型化でき、２つの周波数帯を共用でき、共用する複数の周波数帯が互いに干渉することを抑制できる２周波コーリニアアンテナを提供すること。【解決手段】  避雷導管２０に沿って配置された低周波帯ユニット１００と、低周波帯ユニット１００に対し同軸的に配置され、高周波帯動作周波数ｆＨが低周波帯ユニット１００の低周波帯動作周波数ｆＬの２〜３倍に設定された高周波帯ユニット２００とを具備し、低周波帯ユニット１００は、避雷導管２０を囲むように配置され、スリーブ底面板１１１が避雷導管２０に接続された低周波帯スリーブ１１０と、避雷導管２０を囲むように配置され、スリーブ底面板１２１がスリーブ底面板１１１に対し、低周波帯動作周波数ｆＬに対応する波長の１／４より短い距離を隔てて対向配置された低周波帯スリーブ１２０と、低周波帯スリーブ１１０，１２０を跨ぐように配置され、中央部に励振ギャップ１３３が設けられた低周波帯励振素子１３１，１３２を備える。【選択図】      図３
2018157523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向に配置されかつ接地された線状をなす中心導体と、
前記中心導体の軸方向に沿って配置された低周波帯放射ユニットと、
前記低周波帯放射ユニットに対し同軸的に配置され、高周波帯動作周波数が前記低周波帯放射ユニットの低周波帯動作周波数の２〜３倍に設定された高周波帯放射ユニットと
を具備し、
前記低周波帯放射ユニットは、
前記中心導体の軸方向に沿って当該中心導体を囲むように配置され、一端が開放端を構成すると共に他端が閉塞端を構成し当該閉塞端が前記中心導体に接続された筒状をなす第１の低周波帯スリーブと、
前記中心導体の軸方向に沿って当該中心導体を囲むように配置され、一端が開放端を構成すると共に他端が閉塞端を構成し当該閉塞端が前記中心導体に接続された筒状をなし、当該閉塞端が前記第１の低周波帯スリーブの閉塞端に対し、前記低周波帯動作周波数に対応する波長の１／４より短い距離を隔てて対向配置された第２の低周波帯スリーブと、
前記第１及び第２の低周波帯スリーブを跨ぐように配置され、第１の端部が低周波帯給電点に接続されると共に第２の端部が前記第２の低周波帯スリーブの側面部に接続され、中央部に励振ギャップが設けられた低周波帯励振素子と
を備え、
前記高周波帯放射ユニットは、
前記第１の低周波帯スリーブの外側面に所定の間隔を隔てて対向配置され、一端部が高周波帯給電点に接続された第１の高周波帯励振素子と、
前記第２の低周波帯スリーブの外側面に所定の間隔を隔ててそれぞれ対向配置され、一端部が高周波帯給電点に接続された第２の高周波帯励振素子と
を備える２周波コーリニアアンテナ。
【請求項２】
前記高周波帯放射ユニットは、
弧状をなす板状体からなり、当該板状体が前記第１の高周波帯励振素子の外側面に対し所定の間隔を隔てて対向配置され、前記各板状体の一端部が前記第１の低周波帯スリーブに接続された第１の高周波帯無給電素子と、
弧状をなす板状体からなり、当該板状体が前記第２の高周波帯励振素子の外側面に対し所定の間隔を隔てて対向配置され、前記各板状体の一端部が前記第２の低周波帯スリーブに接続された第２の高周波帯無給電素子と
を、さらに備える請求項１記載の２周波コーリニアアンテナ。
【請求項３】
給電ユニットから１本の給電ケーブルを介して供給される励振信号を前記低周波帯動作周波数の信号と前記高周波帯動作周波数の信号とに分波し、当該分波された低周波帯動作周波数の信号を前記低周波帯給電点に供給すると共に、前記分波された高周波帯動作周波数の信号を前記高周波帯給電点に供給する分波器を、さらに備える請求項１記載の２周波コーリニアアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中継装置等に用いられるアンテナ装置、船舶や車両及び航空機、陸上基地局等の種々のプラットフォームに用いられる２周波コーリニアアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の移動体通信システムでは、新規の周波数帯割り当てへの対応において、新規の基地局を単純に増設するのではなく、既存の基地局を有効活用することが求められる。このため、既存の基地局に設けられたアンテナは、複数の周波数帯で共用されることが求められる。
【０００３】
２周波共用無指向性アンテナであるデュアルバンド全方向性アンテナは、例えば、第１周波数帯及び第２周波数帯で共振する第１デュアルバンドダイポールと、第１周波数帯のみで共振する第１シングルバンドダイポールと、第１周波数帯のみで共振する第２シングルバンドダイポールと、第１周波数帯及び第２周波数帯で共振する第２デュアルバンドダイポールとを有する（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７７５５５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
１つのアンテナを複数の周波数帯で共用するためには、アンテナにおいて、複数の共振素子の配置、アンテナの広帯域化などの方法が主流である。しかしながらアンテナ自体の構造が複雑となってしまう、多段化した（縦列配置された）アンテナにおいて周波数帯に依存する段間で複数の周波数帯が互いに干渉してしまう、といった問題が生じやすい。
【０００６】
また、２周波コーリニアアンテナは中央に避雷導管や給電ケーブルといったＧＮＤ電位導体により貫かれる構造であるため、不平衡となりやすく、電力の漏れが大きく、ひいては垂直面指向性が上下対称とならなかったり、径方向への放射の低下が顕著に現れたりすることがあった。
【０００７】
このため本発明は、上記事情に鑑み、簡素な構成で、２つの周波数帯で共用でき、共用する複数の周波数帯が互いに干渉することを抑制できる２周波コーリニア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】
【０００８】
前記の目的を達成するために、本発明の２周波コーリニアアンテナの第１の態様は、鉛直方向に配置されかつ接地された線状をなす中心導体と、前記中心導体の軸方向に沿って配置された低周波帯放射ユニットと、前記低周波帯ユニットに対し同軸的に配置され、高周波帯動作周波数が前記低周波帯放射ユニットの低周波帯動作周波数の２〜３倍に設定された高周波帯放射ユニットとを具備し、前記低周波帯放射ユニットは、前記中心導体の軸方向に沿って当該中心導体を囲むように配置され、一端が開放端を構成すると共に他端が閉塞端を構成し当該閉塞端が前記中心導体に接続された筒状をなす第１の低周波帯スリーブと、前記中心導体の軸方向に沿って当該中心導体を囲むように配置され、一端が開放端を構成すると共に他端が閉塞端を構成し当該閉塞端が前記中心導体に接続された筒状をなし、当該閉塞端が前記第１の低周波帯スリーブの閉塞端に対し、前記低周波帯動作周波数に対応する波長の１／４より短い距離を隔てて対向配置された第２の低周波帯スリーブと、前記第１及び第２の低周波帯スリーブを跨ぐように配置され、第１の端部が低周波帯給電点に接続されると共に第２の端部が前記第２の低周波帯スリーブの側面部に接続され、中央部に励振ギャップが設けられた低周波帯励振素子とを備え、前記高周波帯放射ユニットは、前記第１の低周波帯スリーブの外側面に所定の間隔を隔てて対向配置され、一端部が高周波帯給電点に接続された第１の高周波帯励振素子と、前記第２の低周波帯スリーブの外側面に所定の間隔を隔ててそれぞれ対向配置され、一端部が高周波帯給電点に接続された第２の高周波帯励振素子とを備える。
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明の２周波コーリニアアンテナの第２の態様は、前記高周波帯放射ユニットは、弧状をなす板状体からなり、当該板状体が前記第１の高周波励振素子の外側面に対し所定の間隔を隔てて対向配置され、前記各板状体の一端部が前記第１の低周波帯スリーブに接続された第１の高周波帯無給電素子と、弧状をなす板状体からなり、当該板状体が前記第２の高周波励振素子の外側面に対し所定の間隔を隔てて対向配置され、前記各板状体の一端部が前記第２の低周波帯スリーブに接続された第２の高周波帯無給電素子とをさらに備える。
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明の２周波コーリニアアンテナの第３の態様は、給電ユニットから１本の給電ケーブルを介して供給される励振信号を前記低周波帯動作周波数の信号と前記高周波帯動作周波数の信号とに分波し、当該分波された低周波帯動作周波数の信号を前記低周波帯給電点に供給すると共に、前記分波された高周波帯動作周波数の信号を前記高周波帯給電点に供給する分波器をさらに備える。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、簡素な構成で、かつ、小型化でき、２つの周波数帯で共用でき、共用する複数の周波数帯が互いに干渉することを抑制できる２周波コーリニアアンテナを提供することができる。
【００１２】
第２の発明によれば、高周波帯におけるＶＳＷＲ帯域が確保される。
【００１３】
第３の発明によれば、低周波帯と高周波帯における相互干渉を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る２周波アンテナユニットをスタックした２周波コーリニアアンテナを示す斜視図である。
【図２】図２は、同２周波アンテナユニットを示す正面図である。
【図３】図３は、同２周波アンテナユニットの斜視図である。
【図４】図４は、同２周波アンテナユニットにおいて高周波帯ユニットを省略して示す側面図である。
【図５】図５は、同２周波アンテナユニットの要部を示す正面図である。
【図６】図６は、図５における二点鎖線Ｑで囲んだ部分を拡大して示す正面図である。
【図７】図７は、同２周波アンテナユニットに組み込まれた高周波帯主支持材及び高周波帯副支持材を示す側面図である。
【図８】図８は、同２周波アンテナユニットの電気的な構成を示す模式図である。
【図９】図９は、２周波コーリニアアンテナのＶＳＷＲ特性図である。
【図１０】図１０は、本発明の第２実施形態に係る２周波アンテナユニットを模式的に示す正面図である。
【図１１】図１１は、図１０における二点鎖線Ｒで囲んだ部分を拡大して示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、一部の図面では明瞭化のためにネジ等の部材の一部の図示を省略する。なお、説明中における低周波及び高周波については、アンテナ放射が行う周波数帯域における低周波及び高周波を示している。避雷導管２０は大地側から天空側に向けてほぼ鉛直に設置されているものとする。また、ｆＬは低周波数帯の動作周波数、λＬはその波長、ｆＨは高周波数帯の動作周波数、λＬはその波長を示している。さらに、本実施形態では、低周波帯の動作周波数ｆＬを９０〜２２２ＭＨｚのＶＨＦ帯とし、ｆＨ／ｆＬ≒２．１９としたが、これらの数値に限られるものではなく、後述する通りｆＨ／ｆＬ＝２．０〜３．０の範囲で成立する。さらにまた、本実施形態における各部材は特に断らない限り、真鍮、アルミニウム、ステンレス、銅等の金属材製である。
【００１６】
［第１実施形態］
図１〜図９は本発明の第１実施形態を示している。図１は本発明の第１実施形態に係る２周波コーリニアアンテナ１の使用状態を示す斜視図である。図２は２周波コーリニアアンテナ１の１段分の構成を示す正面図、図３は２周波アンテナユニット１０の斜視図、図４は２周波アンテナユニット１０において高周波帯ユニット２００を省略して示す側面図である。なお、図４における数値は低周波数帯の動作周波数ｆＬに対応する波長λＬを基準として示す寸法であり、単位は１０−３λＬである。これらの寸法は、２周波アンテナユニット１０を簡素な構成で、かつ、後述するカバーＰ内に収容させるために小型化を実現できる最適な数値の一例である。
【００１７】
図１に示すような２周波コーリニアアンテナ１は、例えば、基地局装置において共用される低周波数帯の動作周波数ｆＬと高周波数帯の動作周波数ｆＨとを用いる。この２周波コーリニアアンテナ１に組み込まれた２周波アンテナユニット１０は、無線機４００からの給電ケーブル４１０に大地側の端部が接続された２つの周波数帯ｆＬ，ｆＨに共用されるアンテナである。前述したように高周波帯の動作周波数ｆＨは、低周波帯の動作周波数ｆＬよりも周波数が高い。例えば、低周波帯の動作周波数ｆＬと高周波帯の動作周波数ｆＨとは、ｆＨ＝ｆＬ×２．０〜３．０という関係が成り立つ。
【００１８】
図２に示すように、２周波アンテナユニット１０は、中心を貫通する避雷導管（中心導体）２０と、この避雷導管２０の周囲に配置された低周波帯ユニット１００及び高周波帯ユニット２００と、これら低周波帯ユニット１００及び一対の高周波帯ユニット２００に接続された給電ユニット３００とを備えている。これらは一体化されて図１及び図２中Ｐで示すような円筒状のカバー体に収容されている。給電ケーブル４１０は無線機４００の出力端子に接続されており、２周波アンテナユニット１０に設けられた給電ユニット３００の入力端子にそれぞれ接続されている。
【００１９】
図３及び図４に示すように、低周波帯ユニット１００は、避雷導管２０の軸方向に沿って天空側と大地側とに離間して互いに逆向きに配置された低周波帯スリーブ１１０及び低周波帯スリーブ１２０と、これら低周波帯スリーブ１１０，１２０に支持された低周波帯素子部１３０とを備えている。ここで、低周波帯スリーブ１１０を天空側、低周波帯スリーブ１２０を大地側とする。
【００２０】
低周波帯スリーブ１１０は、避雷導管２０に取り付けられた金属材製のスリーブ底面板（閉塞端）１１１を低周波帯スリーブ１２０の後述するスリーブ底面板１２１に所定間隔をもって対向配置させて有している。スリーブ底面板１１１は、その中心において避雷導管２０が垂直に挿通され、そこで避雷導管２０と電気的に導通している。このスリーブ底面板１１１から天空側に向けて所定間隔をもって配置された樹脂材製のスリーブ支持材１１２と、さらに天空側に向けて所定間隔をもって配置された樹脂材製のスリーブ支持材１１３とを備えている。スリーブ支持材１１２には金属材製で八角環状のスリーブ用リング１１４、スリーブ支持材１１３には金属材製で八角環状のスリーブ用リング（開口端）１１５が取り付けられている。また、スリーブ底面板１１１，スリーブ用リング１１４，１１５にわたって一対のスリーブ側面板１１６，１１７が取り付けられている。
【００２１】
低周波帯スリーブ１２０は、避雷導管２０に取り付けられた金属材製のスリーブ底面板（閉塞端）１２１を低周波帯スリーブ１１０のスリーブ底面板１１１に所定間隔をもって対向配置させて有している。スリーブ底面板１２１は避雷導管２０と導通している。このスリーブ底面板１２１から大地側に向けて所定間隔をもって配置された樹脂材製のスリーブ支持材１２２と、さらに天空側に向けて所定間隔をもって配置された樹脂材製のスリーブ支持材１２３とを備えている。スリーブ支持材１２２には金属材製で八角環状のスリーブ用リング１２４、スリーブ支持材１２３には金属材製で八角環状のスリーブ用リング（開口端）１２５が取り付けられている。また、スリーブ底面板１２１，スリーブ用リング１２４，１２５にわたって一対のスリーブ側面板１２６，１２７が取り付けられている。
【００２２】
低周波帯スリーブ１１０，１２０は、避雷導管２０と同心の円筒形かつ所定以上の直径を有することが理想であるが、カバーＰに収められるよう構造が簡素化されており、少なくとも1対のスリーブ側面板によって同様に機能させることができる。なお、軸方向の長さは例えば、０．２４λＬとし、λＬ／４に近い寸法となっていることが好ましい。
【００２３】
スリーブ用リング１１４，１１５及びスリーブ用リング１２４，１２５は、絶縁体であるスリーブ支持材１１３，１２３により避雷導管２０に触れることなく、それぞれスリーブ側面板１１６，１１７及びスリーブ側面板１２６，１２７に導通している。スリーブ側面板１１６及びスリーブ側面板１２６の径方向外側には後述するように低周波帯励振素子１３１，１３２が配置されている。
【００２４】
低周波帯素子部１３０は、天空側の低周波帯励振素子１３１と、大地側の低周波帯励振素子１３２とが避雷導管２０に沿って取り付けられている。低周波帯励振素子１３１，１３２は板金を折曲して形成されている。低周波帯励振素子１３１は、避雷導管２０に平行に配置された励振素子本体１３１ａと、この励振素子本体１３１ａの大地側から折曲された扇状の励振素子対向部１３１ｂと、を備えている。励振素子本体１３１ａの天空側の端は、スリーブ側面板１１６の所定の位置から径方向外側へ突出させて設けた低周波帯給電アセンブリ３２１との間で低周波帯給電点を構成する。
【００２５】
低周波帯励振素子１３２は、避雷導管２０に平行に配置された励振素子本体１３２ａと、この励振素子本体１３２ａの天空側から折曲された扇状の励振素子対向部１３２ｂと、励振素子本体１３２ａの大地側から折曲されてスリーブ側面板１２６に取り付けられた励振素子支持部１３２ｃとを備えている。励振素子支持部１３２ｃはスリーブ側面板１２６に接続されている。なお低周波帯給電点は、低周波帯励振素子１３２の側（つまり励振素子本体１３２ａと励振素子支持部１３２ｃの間）に設けられてもよい。
【００２６】
励振素子対向部１３１ｂと励振素子対向部１３２ｂとは、僅かな間隔δを有する励振ギャップ１３３を挟んで対向配置されている。励振ギャップ１３３には、間隔δを維持するための樹脂材製のギャップ支持材１３４が設けられている。ギャップ支持材１３４の基端側は避雷導管２０に支持されている。励振ギャップ１３３の寸法は適切な容量結合とすることで低周波帯の電波定在波比（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｓｔａｎｄｉｎｇ  Ｗａｖｅ  Ｒａｔｉｏ；ＶＳＷＲ）特性を最適化するよう調整する。本実施形態においては、例えば、０．００３λＬとしている。
【００２７】
図５及び図６に示すように、高周波帯ユニット２００は、避雷導管２０に取り付けられた高周波帯主支持材２１０及び高周波帯副支持材２２０と、この高周波帯主支持材２１０に支持されると共に、スリーブの外側に対向配置された一対の高周波帯放射素子２３０，２３０及び一対の高周波帯無給電素子２４０，２４０とを備えている。天空側の高周波帯ユニット２００の高周波帯主支持材２１０は、高周波帯副支持材２２０より大地側に配置されている。また、大地側の高周波帯ユニット２００の高周波帯主支持材２１０は、高周波帯副支持材２２０より天空側に配置されている。
【００２８】
高周波帯放射素子２３０及び高周波帯無給電素子２４０は、同軸的に配置され、いずれも避雷導管２０の中心軸を中心とする円弧状（範囲１２０°）の断面を有する金属板で形成されており、高周波帯放射素子２３０が内周側、高周波帯無給電素子２４０が外周側となるように所定間隔を有して配置されている。高周波帯放射素子２３０の軸方向長さは０．４７３λＬに設定され、λＨ／４に近い値となっている。
【００２９】
高周波帯放射素子２３０，２３０の軸方向の端面は低周波帯スリーブ１１０，１２０の開口端と一致している。
【００３０】
図７に示すように、高周波帯主支持材２１０は、避雷導管２０に取り付けられた樹脂材製で直方体状の支持材本体２１１と、この支持材本体２１１の両端部にネジ留めされた樹脂材製で円環状の支持材円環部２１２と、支持材本体２１１と支持材円環部２１２との間に配置された八角形状の支持環２１３とを備えている。高周波帯副支持材２２０は、避雷導管２０に取り付けられた樹脂材製で直方体状の支持材本体２２１と、この支持材本体２２１の両端部にネジ留めされた樹脂材製で円環状の支持材円環部２２２とを備えている。
【００３１】
図８に示すように、給電ユニット３００は、無線機或いは分配器である無線機器４０１に接続された同軸ケーブルである給電ケーブル４１０に接続されている。給電ユニット３００の内部には受動回路である分波回路と２分配回路が設けられている。分波回路は、無線機器４０１から入力された信号を高周波成分と低周波成分とに分離する。２分配回路は、分波回路によって分離された高周波成分の信号を２つに電力分配する。給電ユニット３００の出力端には、いずれも同軸ケーブルである１本の低周波帯給電ケーブル３２０及び２本の高周波帯給電ケーブル３３０が接続されており、それらを介して低周波帯ユニット１００及び高周波帯ユニット２００にそれぞれ給電されている。なお、２本の高周波帯給電ケーブル３３０による給電には略１８０°の位相差が必要で、ケーブルには適宜、位相補償用の余長が設けられうる。
【００３２】
次に、複数の給電ケーブル４１０（図では簡略のため１本で示している）、低周波帯給電ケーブル３２０及び高周波帯給電ケーブル３３０の引き回し位置について説明する。給電ケーブル４１０は、避雷導管２０の外周面に沿って這わせてあり、うち１本が、１つのアンテナユニット１０のユニット本体３１０に導入され、分波回路３１１で低周波帯ｆＬと高周波帯ｆＨに分波される。そして、低周波帯ｆＬは低周波帯給電ケーブル３２０、高周波帯ｆＨは高周波帯給電ケーブル３３０へ出力される。残りの給電ケーブル４１０はさらに天空側に配置される別のアンテナユニット１０へ給電される。
【００３３】
低周波帯給電ケーブル３２０は低周波帯スリーブ１１０のスリーブ側面板１１６を這いつつ低周波帯給電アセンブリ３２１へ向かう。低周波帯給電アセンブリ３２１は、金属板に印刷配線基板を張り合わせた部品であり、印刷配線基板を用いることで給電点の形状を高精度に形成できる。金属板は、スリーブ側面板１１６と電気的に導通している。印刷配線基板には、金属板と導通する接地パターンと、励振素子本体１３１ａへ向かう伝送線路パターンとが形成されおり、低周波帯給電ケーブル３２０の外側導体が接地パターンを介してスリーブ側面板１１６へ接続され、内側導体が伝送線路パターンを介して励振素子支持部１３１ｃに接続されている。なお、低周波帯給電ケーブル３２０は他方の低周波帯スリーブ１２０側には直接接続されていない。
【００３４】
高周波帯給電ケーブル３３０は、避雷導管２０の外面に沿って引き回され、高周波帯放射素子２３０に内周側から高周波帯給電アセンブリ３３１を介して接続されている。高周波帯給電アセンブリ３３１は、印刷配線基板やその締結具等からなる部品で、少なくとも高周波帯給電ケーブル３３０の内側導体を、高周波帯放射素子２３０上の高周波帯給電点に導通させる。一方、外側導体は、低周波帯スリーブ１２０が高周波帯放射素子２３０上の給電点と対向していればその場所に接続され得るが、それ以外の場合は、どこにも接続されないか、或いは避雷導管２０の低周波帯スリーブ１２０の内で給電点に最も近い場所に接続される。
【００３５】
次に、各部材の寸法及び位置関係について説明する。図４に示すように、各部材の低周波帯ｆＬの波長λＬを基準に寸法が定められている。
【００３６】
避雷導管２０の軸方向において、低周波帯スリーブ１１０，１２０の開口端の位置と高周波帯放射素子２３０，２３０の端部の位置とが略一致しており、低周波帯スリーブの開口端の両端間の距離が２周波アンテナユニット１０のアンテナ１段分の高さ寸法となる。
【００３７】
２周波アンテナユニット１０の径方向の寸法は高周波帯無給電素子が最も外側となっており、結果として０．００７λＬの避雷導管２０を備えつつ、直径は０．０４９２λＬとなっている。
【００３８】
次に、図４を用いて、２周波アンテナユニット１０の低周波帯における動作原理について説明する。ＧＮＤ電位の無限遠接地棒（避雷導管２０に相当）を仮定する。無限遠設置棒に半波長ダイポールアンテナがλＬ／４以上の十分な距離を想定して平行に配置され、半波長ダイポールアンテナに平衡給電するとアンテナ効率・ＶＳＷＲ帯域幅・指向性は良好であり、かつ、無限遠設置棒に沿って伝搬する漏れ電力は非常に小さいことは知られている。
【００３９】
ここで、半波長ダイポールアンテナに対して不平衡給電とすると共に、無限遠設置棒に近づけ（０．０３λ程度）、半波長ダイポールアンテナの中央部分と無限遠設置棒とを接続すると、漏れ電力が大幅に増え、放射効率が低下し、ＶＳＷＲ帯域幅が狭くなる。また、無限遠設置棒上に電流分布が生じて指向性が乱れる。
【００４０】
一方、無限遠接地棒の接続部分を挟んで有底筒状の一対のスリーブ（低周波帯スリーブ１１０，１２０に相当）をその底面同士を対向配置させると、漏れ電力がスリーブで反射されて、漏れ電力は低減する。この時、一対のスリーブの開口部間の距離を半波長となるように設ける。また、一対のスリーブを同じ寸法で、かつ、接続部分を中心として対称に配置すると、電流分布において定在波が発生する。この定在波によって指向性が乱れる。
【００４１】
さらに、半波長ダイポールアンテナ（放射素子）から励振素子に代えると、定在波が発生するものの、定在波が発生する距離がほぼ半波長であるため、８の字指向性として良好な放射が得られる。
【００４２】
さらに、励振素子の中央部に励振ギャップ（励振ギャップ１３３に相当）を設けて分割し、一方に同軸の給電ケーブル（低周波帯給電ケーブル３２０に相当）を接続すると、アンテナ効率・ＶＳＷＲ帯域幅・指向性が向上する。
【００４３】
このように構成された２周波アンテナユニット１０では、次のように動作する。すなわち、図１において、給電部品から入力された電力は低周波帯励振素子１３１から放射され、天空側と大地側へ避雷導管２０に沿って伝わる。この電力は低周波帯スリーブ１１０，１２０によって、さらに軸方向外側へ漏れることは阻止される。このとき、２つの低周波帯スリーブ１１０，１２０の間では定在波が発生するため、低周波帯ｆＬの電力は空間へ放射される。
【００４４】
低周波帯スリーブ１１０，１２０をその底面同士が向かい合う構造とすることで２周波アンテナユニット１０の軸方向中心位置から軸方向に対称形となっている。このことから避雷導管２０がＧＮＤ電位（接地電位）であっても低周波帯素子部１３０が平衡となるので、避雷導管２０を伝わる電力の漏れは最小限に抑えられる。
【００４５】
高周波帯給電アセンブリ３３１を介して入力された電力は高周波帯放射素子２３０により空間へ放射される。高周波帯無給電素子２４０によりＶＳＷＲ帯域が確保される。天空側と大地側の高周波帯放射素子２３０はアンテナ中央から対称形となっているため、例えば垂直面指向性にチルト角が無い場合の給電位相は一方に対し他方は１８０°位相差を加えて給電する。高周波帯放射素子２３０と低周波帯スリーブ１１０，１２０とは、低周波帯スリーブ１１０，１２０が簡略化された構造を有しているため、結合が小さくＶＳＷＲ帯域悪化の影響を受けにくい。
【００４６】
これらにより、低周波帯と高周波帯での放射が可能なコーリニアアンテナ１段分の構造が形成される。さらに、高さ方向に多段化することで高利得特性を持つコーリニアアンテナとなる。本実施形態に係る２周波アンテナユニット１０は、並列給電であるため、垂直面指向性の周波数特性は良好である。
【００４７】
これら２周波アンテナユニット１０を３段スタックした２段コーリニアアンテナ１の電気特性のうち、ＶＳＷＲ特性は図９に示すものとなる。スタック間隔は０．７７λＬとしている。図に示す通りＶＳＷＲが２．０以下と良好であり、多段スタックした場合の利得も十分高く、放射素子での漏れが小さいため、放射効率が高いアンテナが得られていることがわかる。水平面無指向性も良好である。
【００４８】
なお、本実施形態においては、低周波帯と高周波帯の比率ｆＨ／ｆＬ＝約２．１９としているが、この比は２．０〜３．０の範囲で有効である。なお、比率の下限（ｆＨ／ｆＬ＝２．０）は、低周波スリーブ１個の高さ方向の距離が高周波帯放射素子の長さの上限であることによる。前者はλＬ／４となり、後者はλＨ／２となるため、比が小さくなると高周波帯放射素子が接触するため不適切である。また、高周波帯のスタック間隔が極端に短くなり、相互影響や多段化の利得効果が低下する。
【００４９】
比率の上限（ｆＨ／ｆＬ＝３．０）は高周波帯放射素子のスタック間隔が一般的にλＨ未満であることによる。これより長い距離になるとグレーティングローブが発生し利得が低下する。また、本発明のアンテナ１段分を多段化したコーリニアアンテナを想定した場合についても、低周波帯での利得効果が低下する。
【００５０】
また、上述した実施形態においては、給電ケーブル４１０からの信号を分波回路３１１において分波したが、分波回路３１１を用いず、無線機４００から直接低周波帯給電ケーブル３２０及び高周波帯給電ケーブル３３０に供給するようにしてもよい。
【００５１】
本実施形態によれば、２周波アンテナユニット１０の構成を簡素化でき、２つの周波数帯ｆＬ，ｆＨを共用でき、共用する２つの周波数帯ｆＬ，ｆＨ互いに干渉することを抑制できる。
【００５２】
上述したように、本実施形態に係る２周波アンテナユニット１０及びこれらを多段化した２段コーリニアアンテナ１によれば、簡素な構成で、２つの周波数帯を共用でき、共用する複数の周波数帯が互いに干渉することが可能となる。
【００５３】
［第２実施形態］
図１０及び図１１は本発明の第２実施形態を示す図である。図１０は、第２実施形態に係る２周波アンテナユニット１０Ａの要部の構成を示す斜視図である。図１０において、図２〜図４と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５４】
２周波アンテナユニット１０Ａの基本的構成は、上述した２周波アンテナユニット１０と寸法を除いてほぼ同一であるが、給電ユニット３００の代わりに給電ユニット５００を用いている点で異なっている。すなわち、給電ユニット５００は、低周波帯励振素子１３２の内周側に平行に配置された金属材製の分波素子５１０と、この分波素子５１０の天空側端部に設けられた金属材製のスタブ５２０と、このスタブ５２０に接続された分配器５３０とを備えている。分配器５３０からは、２本の高周波帯給電ケーブル５４０が導出されている。高周波帯給電ケーブル５４０は、避雷導管２０の外面に沿って引き回され、高周波帯放射素子２３０に内周側から高周波帯給電用導体５４１を介して接続されている。
【００５５】
無線機４００からの給電ケーブル４１０は、低周波帯スリーブ１２０のスリーブ底面板１２１を貫通し、スリーブ底面板１２１の天空側からスリーブ側面板１２６を通って、低周波帯給電アセンブリ３２１に接続されている。
【００５６】
２周波アンテナユニット１０Ａにおいては、給電ケーブル４１０に低周波帯の信号と高周波帯の信号とが重畳して供給され、低周波帯給電アセンブリ３２１に入力される。入力された低周波帯の信号は、低周波帯励振素子１３１及び低周波帯励振素子１３２から放射される。
【００５７】
一方、高周波帯の信号は、分波素子５１０によって抽出され、スタブ５２０を介して分配器５３０に入力される。分配器５３０は、高周波帯給電ケーブル５４０及び高周波帯給電用導体５４１を介して、高周波帯放射素子２３０に入力され、放射される。
【００５８】
このように構成された２周波アンテナユニット１０Ａにおいても、上述した２周波アンテナユニット１０Ａと同様の効果を得ることができると共に、高額な分波器が不要となることから、低コストで製造可能となる。
【００５９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【符号の説明】
【００６０】
１…２周波コーリニアアンテナ、１０…２周波アンテナユニット、１０Ａ…２周波アンテナユニット、２０…避雷導管（中心導体）、１００…低周波帯ユニット、１１０…低周波帯スリーブ、１１１…スリーブ底面板（閉塞端）、１１５…スリーブ用リング（開口端）、１１６…スリーブ側面板、１１７…スリーブ側面板、１２０…低周波帯スリーブ、１２１…スリーブ底面板（閉塞端）、１２５…スリーブ用リング（開口端）、１２６…スリーブ側面板、１２７…スリーブ側面板、１３０…低周波帯素子部、１３１…低周波帯励振素子、１３２…低周波帯励振素子、１３３…励振ギャップ、２００…高周波帯ユニット、２１０…高周波帯主支持材、２２０…高周波帯副支持材、２３０…高周波帯放射素子、２４０…高周波帯無給電素子、３００…給電ユニット、３１０…ユニット本体、３１１…分波回路、３２０…低周波帯給電ケーブル、３２１…低周波帯給電アセンブリ、３３０…高周波帯給電ケーブル、４００…無線機、４１０…給電ケーブル、５００…給電ユニット、５１０…分波素子、５２０…スタブ、５３０…分配器、５４０…高周波帯給電ケーブル、５４１…高周波帯給電用導体。
【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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